2.3 Упрочнение малоуглеродистой стали

Из малоуглеродистых сталей наиболее подробно исследована сталь марки Ст.3. В экспериментах использовались различные схемы упрочнения: плоская и косая волна от контактного взрыва различных ВВ, а также метание пластин. После прохождения волн исследовали изменения микроструктуры при обычных увеличениях (до 500) и измеряли изменение микротвердости. Увеличение микротвердости в наших экспериментах являлось основной характеристикой упрочнения, изменение других механических параметров: предела прочности, относительного удлинения и др. – исследовались менее подробно. Проводились также некоторые рентгеноструктурные анализы.

Для экспериментов использовались аммонит № 6 ЖВ, насыпной гексоген, сплав ТГ 50/50.

2.3.1 Упрочнение в плоских волнах

Контактный взрыв. В экспериментах использовались цилиндрические образцы диаметром 30 мм, толщиной 10мм. Они помещались соосно в толстостенную стальную трубу и заливались сплавом Вуда ( ) по боковой поверхности. На упрочняемой поверхности генератором плоской волны подрывались заряды аммонита, гексогена, ТГ50/50 с диаметром рабочей части 40мм. Разрушения образцов не наблюдались, осадка составила величину порядка 5%.

При нагружении аммонитом (р=70 кбар) использовались заряды высотой 20 мм и 120 мм . Исходная структура имела микротвердость порядка 130 HV, после подрыва заряда 20мм твердость на поверхности увеличилась до 160 HV, на глубине 3 мм падала до исходной. После подрыва заряда 120 мм твердость у поверхности составила 178 HV, по всему течению образца была приблизительно 160 HV. Таким образом, микротвердость увеличилась на 20-40% по сравнению с исходной.

Металлографические исследования обнаруживают в этом случае присутствие двойников.

При нагружении гексогеном (р=220 кбар) твердость на поверхности увеличивается на 80% по сравнению с исходной и остается постоянной до глубины примерно 0,2 мм для заряда высотой 5 мм (без генератора плоской волны). При толщине заряда 30 мм глубина зоны равна 1,5-2мм, для заряда 60мм – примерно 2,5 мм, для 120 мм – примерно 3мм. Металлографическое исследование структуры в этой зоне обнаруживает множественное искажение структуры. Вслед за зоной “множественного искажения” идет зона, где микротвердость увеличивается в 1,5-1,2 раза, а далее падает до исходной, в зависимости от толщины образца. В этой зоне зафиксировано двойникование, аналогично экспериментам с аммонитом.

Нагружение зарядом ТГ 50/50 дает картину упрочнения, несущественно отличающуюся от нагружения гексогеном.

Был проведен рентгеноструктурный анализ металла после упрочнения, в результате которого не удалось зафиксировать существенной разницы в дебаеграммах исходного и упрочненного материала.

Метание пластины. Упрочнение при метании пластины исследовалось в специальной серии опытов, где фиксировались заряд и толщина метаемых пластин, и измерялся начальный угол между пластиной и упрочняемой поверхностью. Рассмотрим плоские соударения.

Металась стальная пластинка, толщина мм, использовался заряд насыпного гексогена мм. Давление соударения составляло 155 кбар. Твердость на поверхности в этом эксперименте увеличилась на 20%, зона “множественного искажения” отсутствовала.