Obrabotka Metallov 2009 No. 4

УДК 539.3:621.7 ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО НАГРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА В АМПУЛАХ СОХРАНЕНИЯ А.Е. БУЗЮРКИН, науч. сотр., канд.физ.-мат. наук ИТПМ им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск Е.И. КРАУС, науч. сотр., канд.физ.-мат. наук ИТПМ им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск Я.Л. ЛУКЬЯНОВ, науч. сотр. ИГиЛ СО РАН, Новосибирск Проведены исследования, включающие математическое моделирование взаимодействия косых ударных волн в по- ристых материалах и эксперименты по взрывному компактированию металлических порошков. Разработана математи- ческая модель упругопластического деформирования порошковой среды. Показано, что результаты численных расчетов хорошо согласуются с экспериментами. The researches including numerical simulation of oblique shock wave interaction and experiments on explosive com-paction of metal powders are carried out. The mathematical model of elasto-plastic deformations of the metal powders is developed. It is shown, that results of numerical calculations is well coordinated to experimental data. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : УДАРНЫЕ ВОЛНЫ, ВЗРЫВНОЕ НАГРУЖЕНИЕ, ПОРОШКОВАЯ СРЕДА, ЧИСЛЕН- НОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОМПАКТИРОВАНИЕ. Введение Методы взрывного нагружения порошковых ма- териалов в ампулах сохранения применяются для получения новых, в том числе композиционных, ма- териалов с уникальнымифизико-механическими свой- ствами. Кроме того, эти методы могут использоваться для исследования фазовых переходов, происходящих в материалах при высоких давлениях и температурах, возникающих за фронтом ударных волн, а также для синтеза метастабильных фаз. Нагружение порошковых материалов в ампулах сохранения может осуществляться как плоскими, так и косыми ударными волнами. Каждый из вышеупо- мянутых способов имеет свои преимущества и недо- статки. Схема взрывного нагружения косой ударной волной характеризуется большими значениями сдви- говой деформации по сравнению с плоским ударным нагружением, что приводит к улучшению связи между компактируемыми частицами. Кроме того, эта схема позволяет получать компакты не только в форме пла- стин, но и труб, стержней, конусов и т.д. Также можно получать компакты больших размеров. Схема нагру- жения плоскими ударными волнами позволяет варьи- ровать значения давления и температуры за фронтом в более широких пределах и достигать гораздо более высоких значений этих параметров. Вместе с тем схе- ма является более материалоемкой и имеет ограниче- ния на размер нагружаемых образцов. Экспериментальное исследование структуры компактов Эксперименты по взрывному компактированию проводились по цилиндрической схеме без централь- ного стержня. Порошок состоял из частиц по форме, близкой к сферической, и размерами 145…310 мкм. Насыпная плотность порошка составляла во всех экс- периментах: для меди – 5.0±0.05 г/см 3 , для алюми- ния – 1.4 г/см 3 , для вольфрама – 10.5 г/см 3 . Скорость детонации измерялась электроконтактным методом и варьировалась в диапазоне от 2,2 до 6,2 км/с. Во всех экспериментах соблюдалось условие δ ≥ r , где δ – толщина слоя ВВ, r – внешний радиус контейнера с порошком. Стенка контейнера была тонкой по срав- нению с толщиной слоя взрывчатого вещества (ВВ) и диаметром порошкового образца. Предварительно бесконтактным электромагнит- ным методом [1] были измерены ударные адиабаты исследуемого порошка. Данная методика позволяет в одном эксперименте фиксировать как скорость удар- ной волны, так и массовую скорость за ее фронтом. Ударные адиабаты исследуемых порошков в виде за- висимости скорости ударной волны от массовой ско- рости за фронтом приведены на рис. 1. Структуры поперечных сечений и фрактограммы компактов исследовались с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов. На рис. 2 приведены структуры поперечных се- чений компактов вблизи оси ампулы для различных значений скорости детонации заряда. Видно, что ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ МАТЕРИАЛЫ № 4 (45) 2009 17