Экспериментальное и расчетное определение температуры разогрева порошковой смеси при взрывном прессовании

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.

1. Gourdin W.H. Dynamic consolidation of metal powders // Progr. Mater. Sci. 1986. Vol. 30. P. 39—80.

2. Prummer R.A. Explosive compaction of powders, principle and prospects // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 1989. Bd. 20. S. 410—415.

3. 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.

4. Prummer R.A., Balakrishna Bhat T., Siva Kumar K., Hokamoto K. Explosive compaction of powders and composites. Enfield, NH: Sci. Publ., 2006.

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.

6. Nesterenko V.F. Dynamics of heterogeneous materials. N.Y.: Springer Science + Business Media, 2001.

7. 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.

8. 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.

9. Яковлев И.В., Оголихин В.М., Шемелин С.Д. Взрывное изготовление металлокерамических защитных контейнеров // Вестн. ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14. С. 55—60.

10. Кормер 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.

11. Meyers M. Shock waves: Equations of state, in dynamic behavior of materials. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1994.

12. 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.

13. 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.

14. Blackburn J.H., Seely L.B. Source of the light recorded in photographs of shocked granular pressing // Nature. 1962. Vol. 194. Р. 370—371.

15. 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.

16. 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.

17. Кузьмин Г.Е., Пай В.В., Яковлев И.В. Экспериментально-аналитические методы в задачах динамического нагружения материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002.

18. Лысак В.И., Крохалев А.В., Кузьмин С.В., Рогозин В.Д., Каунов А.М. Прессование порошков взрывом. М.: Машиностроение, 2015.

19. Рогозин В.Д. Взрывная обработка порошковых материалов. Волгоград: ВолгГТУ, 2002.

20. Физика взрыва / Под ред. К.П. Станюковича. 2-е изд., перераб. М.: Наука, 1975.

21. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

22. 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.

23. 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.