powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2018-3-23-29powder-381Research ArticleТеория и процессы формования и спекания порошковых материаловTheory and Processes of Formation and Sintering of Powder MaterialsЭкспериментальное и расчетное определение температуры разогрева порошковой смеси при взрывном прессованииExperimental determination and calculation of powder mixture heating temperature at explosive compactionХаустовС. В.KhaustovS. V.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Cand. Sci. (Tech.), Assoc. prof., Department of welding equipment and technology VSTU.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

regent_k@mail.ruКрохалёвА. В.KrokhalevA. V.

Доктор технических наук, декан факультета технологии конструкционных материалов ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Dr. Sci. (Eng.), Dean of Structural materials technology faculty VSTU.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

kroch@vstu.ruХарламовВ. О.KharlamovV. O.

Кандидат технических наук, ведущий инженер Центра коллективного пользования «Физико-химические методы исследования» ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Cand. Sci. (Tech.), Lead engineer, Shared equipment center VSTU.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

harlamov_vo@mail.ruТупицинМ. А.TupitsinM. A.

Младший научный сотрудник кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Junior research assistant, Department of welding equipment and technology VSTU.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

michael200567@mail.ruКузьминС. В.Kuz’minS. V.

Доктор технических наук, профессор кафедры «Оборудование и технология сварочного производства», проректор ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of welding equipment and technology, Vice-rector of VSTU.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

weld@vstu.ruЛысакВ. И.LysakV. I.

Доктор технических наук, академик РАН, профессор, заведующий кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», ректор ВолгГТУ.

400005, Волгоград, пр. Ленина, 28

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Acad. of RAS, Rector of VSTU, Head of the Department of welding equipment and technology.

400005, Volgograd, Lenin av., 28

lysak@vstu.ruВолгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)РоссияVolgograd State Technical University (VSTU)Russian Federation201816092018032329Copyright © Хаустов С.В., Крохалёв А.В., Харламов В.О., Тупицин М.А., Кузьмин С.В., Лысак В.И., 20182018Хаустов С.В., Крохалёв А.В., Харламов В.О., Тупицин М.А., Кузьмин С.В., Лысак В.И.Khaustov S.V., Krokhalev A.V., Kharlamov V.O., Tupitsin M.A., Kuz’min S.V., Lysak V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://powder.misis.ru/jour/article/view/381

Представлены результаты экспериментального определения температуры разогрева смеси порошков карбида хрома и титановой связки при взрывном нагружении на металлической подложке. Давление сжатия порошковой смеси в ударных волнах при взрывном прессовании составляло 2,5 ГПа. В эксперименте фиксировался термический цикл тыльной стороны металлической подложки, выполнявшей роль теплоприемного элемента, с нанесенным на нее покрытием и решалась нестационарная задача теплопроводности до совпадения расчетного и экспериментального термических циклов. Начальные условия выбирались из предположения, что к моменту окончания ударно-волновых процессов скомпактированный материал равномерно прогрет до некоторой средней температуры. Необходимые для расчетов теплофизические свойства скомпактированного материала определялись методом лазерной вспышки на установке LFA 427 («Netzsch», Германия). Расчеты показали, что температура разогрева порошковой смеси составила 208 и 225 °С при использовании адиабатического приближения и с учетом теплотдачи в окружающую среду соответственно. Сравнение полученных значений температуры с рассчитанными по увеличению энтальпии в процессе ударно-волновой обработки (в этих расчетах использовались значения плотности монолитного материала в нормальных условиях и конечной плотности порошкового материала, определенной после взрывной обработки, – 199 °С и 220 °С соответственно) показало, что они отличаются незначительно. Таким образом, использование предположения о равенстве плотности материала в ударной волне и плотности монолита не приводит к существенной погрешности и может быть использовано для практических расчетов.

The paper presents the experimentally determined heating temperature of mixed chromium carbide powders and titanium bond under explosive loading on a metal substrate. Pressure of powder mixture compression in shock waves during explosive pressing was 2,5 GPa. The experiment involved recording a thermal cycle on the back side of the coated metal substrate serving as a heat receiving element. It also solved a problem of non-stationary heat conduction until the calculated and experimental thermal cycles coincided. Initial conditions were chosen assuming that the compacted material is uniformly heated to a certain average temperature by the time the shock-wave processes end. Required thermophysical properties of the compacted material were determined by the laser flash method using the LFA 427 unit («Netzsch», Germany). According to calculations, powder mixture heating temperatures were 208 °C and 225 °C for adiabatic approximation and taking into account heat transfer into the environment, respectively. The obtained values were compared with ones calculated by the increase in enthalpy during the shock wave processing (these calculations used solid material densities under normal conditions and final powder material density determined after explosive treatment to be 199 °C and 220 °C, respectively), and it was found that they differ insignificantly. Thus, the assumption of equal material density in a shock wave and solid density does not lead to a significant error and can be used for practical calculations.

твердый сплавкарбид хроматитанвзрывное прессование порошковтемпература разогреваhard alloychromium carbidetungsten carbidesilicon carbidetitaniumexplosive compacting of powdersheating temperatureРоссийский научный фонд, грант № 18-19-00518ReferencesGourdin W.H. Dynamic consolidation of metal powders // Progr. Mater. Sci. 1986. Vol. 30. P. 39—80.Gourdin W.H. Dynamic consolidation of metal powders. Progr. Mater. Sci. 1986. Vol. 30. P. 39—80.Prummer R.A. Explosive compaction of powders, principle and prospects // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 1989. Bd. 20. S. 410—415.Prummer R.A. Explosive compaction of powders, principle and prospects. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 1989. Bd. 20. S. 410—415.Murr L.E., Staudhammer K.P., Meyers M.A. Metallurgical applications of shock-wave and high-strain-rate phenomena. N.Y.: Marcel Dekker Inc., 1986.Murr L.E., Staudhammer K.P., Meyers M.A. Metallurgical applications of shock-wave and high-strain-rate phenomena. N.Y.: Marcel Dekker Inc., 1986.Prummer R.A., Balakrishna Bhat T., Siva Kumar K., Hokamoto K. Explosive compaction of powders and composites. Enfield, NH: Sci. Publ., 2006.Prummer R.A., Balakrishna Bhat T., Siva Kumar K., Hokamoto K. Explosive compaction of powders and composites. Enfield, NH: Sci. Publ., 2006.Buzyurkin A. E., Kraus E. I., Lukyanov Ya. L. Explosive compaction of WC + Co mixture by axisymmetric scheme // J. Phys.: Conf. Ser. 653 012036. 2015. P. 1—5.Buzyurkin A.E., Kraus E.I., Lukyanov Ya.L. Explosive compaction of WC + Co mixture by axisymmetric scheme. J. Phys.: Conf. Ser. 653 012036. 2015. P. 1—5.Nesterenko V.F. Dynamics of heterogeneous materials. N.Y.: Springer Science + Business Media, 2001.Nesterenko V.F. Dynamics of heterogeneous materials. N.Y.: Springer Science + Business Media, 2001.Krokhalev A.V., Kharlamov V.O., Lysak V.I., Kuz’min S.V. Friction and wear on hard alloy coatings of the Cr3C2—Ti system over silicified graphite in water // J. Mater. Sci. 2017. Vol. 52. P. 10261—10272.Krokhalev A.V., Kharlamov V.O., Lysak V.I., Kuz’min S.V. Friction and wear on hard alloy coatings of the Cr3C2—Ti system over silicified graphite in water. J. Mater. Sci. 2017. Vol. 52. P. 10261—10272.Sang-Hoon Lee, Kazuyuki Hokamoto. WC/Co coating on a mild steel substrate through underwater shock compaction using a self combustible material layer (WC/ Co coating through underwater shock compaction) // Mater. Trans. 2007. Vol. 48. No. 1. P. 80—83.Sang-Hoon Lee, Kazuyuki Hokamoto. WC/Co coating on a mild steel substrate through underwater shock compaction using a self combustible material layer (WC/Co coating through underwater shock compaction). Mater. Trans. 2007. Vol. 48. No. 1. P. 80—83.Яковлев И.В., Оголихин В.М., Шемелин С.Д. Взрывное изготовление металлокерамических защитных контейнеров // Вестн. ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14. С. 55—60.Yakovlev I.V., Ogolikhin V.M., Shemelin S.D. Vzryvnoe izgotovlenie metallokeramicheskikh zashchitnykh kontejnerov [Explosive manufacture of metal-ceramic protective containers]. Vestnik PNIPU. Mashinostroenie, materialovedenie. 2012. Vol. 14. P. 55—60Кормер С.Б., Фунтиков А.И., Урлин В.Д., Колесникова А.Н. Динамическое сжатие пористых металлов и уравнение состояния с переменной теплоемкостью при высоких температурах // ЖЭТФ. 1962. Т. 42. No. 3. С. 686—702.Kormer S.B., Funtikov A.I., Urlin V.D., Kolesnikova A.N. Dinamicheskoe szhatie poristykh metallov i uravnenie sostoyaniya s peremennoj teploemkost’yu pri vysokikh temperaturakh [Dynamic compression of porous metals and the equation of state with variable heat capacity at high temperatures]. Zhurnal eksperimental’noi i tekhnicheskoi fiziki. 1962. Vol. 42. No. 3. P. 686—702.Meyers M. Shock waves: Equations of state, in dynamic behavior of materials. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1994.Meyers M. Shock waves: Equations of state, in dynamic behavior of materials. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1994.Pikus I.M., Roman O.V. Possibility of experimental determination of the heating temperature of porous bodies with explosive loading // Combustion, Explosion and Shock Waves. 1974. Vol. 10. No. 2. P. 706—707.Pikus I.M., Roman O.V. Possibility of experimental determination of the heating temperature of porous bodies with explosive loading. Combustion, Explosion and Shock Waves. 1974. Vol. 10. No. 4. P. 706—707.Belyakov G.V., Rodionov V.N., Samosadnyi V.P. Heating of porous material under impact compression // Combustion Explosion and Shock Waves. 1977. Vol. 13. No. 4. P. 524—528.Belyakov G.V., Rodionov V.N., Samosadnyi V.P. Heating of porous material under impact compression . Combustion Explosion and Shock Waves. 1977. Vol. 13. No. 4. P. 524—528.Blackburn J.H., Seely L.B. Source of the light recorded in photographs of shocked granular pressing // Nature. 1962. Vol. 194. Р. 370—371.Blackburn J.H., Seely L.B. Source of the light recorded in photographs of shocked granular pressing. Nature. 1962. Vol. 194. Р. 370—371.Матыцин А.И., Попов С.Т. Определение яркостных температур при выходе УВ из порошка на границу с прозрачной преградой // Физика горения и взрыва. 1987. Т. 23. No. 3. С. 126—132.Matytsin A.I., Popov S.T. Opredelenie yarkostnykh temperatur pri vykhode UV iz poroshka na granitsu s prozrachnoj pregradoj [Determination of brightness temperatures at the outlet of hydrocarbons from the powder to the boundary with a transparent barrier]. Fizika goreniya i vzryva. 1987. Vol. 23. No. 3. P. 126—132.Staver А.М. Metallurgical effects under shock compression of powder materials // Shock waves and high-strain-rate phenomena in metals. Concepts and applications / Eds. M.A. Meyers, L.E. Murr. N. Y.: Plenum Press, 1981. Р. 865—880.Staver А.М. Metallurgical effects under shock compression of powder materials. In: Shock waves and high-strainrate phenomena in metals: Concepts and applications (Eds. M.A. Meyers, L.E. Murr). N.Y.: Plenum Press, 1981. Р. 865—880.Кузьмин Г.Е., Пай В.В., Яковлев И.В. Экспериментально-аналитические методы в задачах динамического нагружения материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002.Kuz’min G.E., Paj V.V., Yаkovlev I.V. Ehksperimental’no-analiticheskie metody v zadachakh dinamicheskogo nagruzheniya materialov [Experimental-analytical methods in problems of dynamic loading of materials]. Novosibirsk: SO RAN, 2002.Лысак В.И., Крохалев А.В., Кузьмин С.В., Рогозин В.Д., Каунов А.М. Прессование порошков взрывом. М.: Машиностроение, 2015.Lysak V.I., Krokhalev A.V., Kuz’min S.V., Rogozin V.D., Kaunov A.M. Pressovanie poroshkov vzryvom: monografiya [Pressing powders by explosion: monograph]. Moscow: Mashinostroenie, 2015.Рогозин В.Д. Взрывная обработка порошковых материалов. Волгоград: ВолгГТУ, 2002.Rogozin V.D. Vzryvnaya obrabotka poroshkovykh materialov [Explosive processing of powder materials]. Volgograd: VolgGTU, 2002.Физика взрыва / Под ред. К.П. Станюковича. 2-е изд., перераб. М.: Наука, 1975.Stanyukovich K.P. (Ed.). Fizika vzryva [Physics of explosion]. Moscow: Nauka, 1975.Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.Livshits B.G., Kraposhin B.C., Lipetskij Ya.L. Fizicheskie svojstva metallov i splavov [Physical properties of metals and alloys]. Moscow: Metallurgiya, 1980.Крохалев А.В., Харламов В.О., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Компьютерный расчет параметров сжатия при нанесении порошковых покрытий взрывом // Изв. ВолгГТУ. Сер. Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Вып. 4. 2010. No. 5. C. 110—116.Krokhalev A.V., KHarlamov V.O., Kuz’min S.V., Lysak V.I. Komp’yuternyj raschyot parametrov szhatiya pri nanesenii poroshkovykh pokrytij vzryvom [Computer calculation of compression parameters when powder coatings are applied by explosion]. Izv. VolgGTU. Ser. Svarka vzryvom i svoistva svarnykh soedinenii. Iss. 4. 2010. No. 5. P. 110—116.Крохалев А.В., Харламов В.О., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Программа для расчета параметров сжатия порошковых материалов при импульсном нагружении (взрывное компактирование): Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ. № 2010616142 (РФ). 2010.Krokhalev A.V., Kharlamov V.O., Kuz’min S.V., Lysak V.I. Programma dlya raschyota parametrov szhatiya poroshkovykh materialov pri impul’snom nagruzhenii (vzryvnoe kompaktirovanie) [Program for calculating the parameters of compression of powder materials under impulse loading (explosive compaction)]: Certificate of state registration of the computer program. No. 2010616142 (RF). 2010.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.