2.3.3 Результаты упрочнения
Из полученных результатов упрочнения малоуглеродистых сталей плоскими ударными волнами большой интерес представляет появление “множественного искажения” структуры и связанного с ним специфического упрочнения до величин микротвердости, превышающей исходную в 1,5-1,8 раза в зависимости от абсолютной величины исходной микротвердости. Как отмечено, давление в ударных волнах, развивающихся при подрыве плоских зарядов аммонита, гексогена и ТГ 50/50, равно соответственно 70,222 и 384 кбар, а давление при соударении пластины в нашем случае равнялось 155 кбар.
Эксперименты показывают, что “специфическое упрочнение”, связанное с “множественным искажением” структуры, появляется лишь при давлениях выше 155кбар. Величина “специфического упрочнения” зависит от толщины слоя ВВ и, следовательно, от времени прихода волны разгрузки.
Сравнение результатов упрочнения в плоских волнах с результатами упрочнения в косых волнах, обнаруживает ряд интересных особенностей.
Во-первых, подтверждается вывод об определяющей роли давления во фронте ударных волн для увеличения микротвердости. При косой волне от заряда гексогена давление, составляющее 120 кбар недостаточно для появления “специфического упрочнения”, как было установлено в экспериментах с плоскими волнами. С другой стороны, давление в косой волне, порожденной ТГ50/50, равное 173 кбар, достаточно для получения “специфического упрочнения”, что и показывают приведенные эксперименты.
Дальнейшее сравнение результатов экспериментов с косыми и плоскими волнами показывают, что при одном и том же давлении на фронте глубина упрочненной зоны при косых волнах существенно больше, чем при плоских волнах.
3. Факторы, влияющие на результаты взрывного упрочнения
На степень упрочнения металлов, прежде всего, влияет приложенное давление, длительность ударного импульса, характер нагружения, степень деформации нагружаемого образца. Кроме того, на степень упрочнения влияют физико-механические характеристики упрочняемого металла, а также температура нагрева в результате ударного нагружения.
На практике при взрывном нагружении необходимо достижение определенного комплекса прочностных свойств, характеризующимися эксплуатационными условиями работы изделия.
3.1 Влияние давления при взрыве на упрочнение
Давление является важнейшим фактором среди других параметров ударной волны, влияющим на структуру и свойства металлов. Давление ударной волны находится в прямой зависимости от давления во фронте волны детонации. Выбранная схема упрочнения меняет только коэффициент пропорции. Поэтому при взрывном упрочнении металла стремятся выбрать ВВ с большим давлением во фронте детонационной волны. Давление во фонте детонационной волны и скорость детонации взаимосвязаны между собой и являются постоянными для каждого ВВ. Поэтому при выборе ВВ для упрочнения главным является скорость детонации. Предпочтение отдают ВВ с большими скоростями детонации, которым соответствуют большие давления во фронте детонационной волны. При упрочнении металлов взрывом наиболее распространены ВВ со скоростями детонации 7000-9000 м/с. Чем выше скорость детонации, тем больше итоговая прочность металла и больше глубина упрочненного слоя.
Степень упрочнения при использовании исходных зарядов ВВ зависит от количества и мощности ВВ. Чем больше мощность ВВ, тем интенсивнее упрочнение и толще упрочненный слой. Глубина упрочненного слоя прямо пропорциональна высоте заряда (рисунке 10) до определенной для каждого металла границы. Превышение этой границы приводит или к разрушению или к уменьшению упрочнения вплоть до его снятия.
Рисунок 10 –Зависимость толщины слоя упрочненного металла от высоты заряда.
Регулировать давление, оказываемое со стороны на металл, можно подбором ВВ, мощность которых последовательно возрастает. При этом наблюдается та же зависимость: более мощным ВВ, у которых скорость детонации выше, и которые оказывают на металл более высокое давление, соответствует большая итоговая твердость металла.
Другой способ регулирования давления – это изменение скорости метаемой пластины. При этом способе проявляется та же зависимость между давлением на металл и его итоговой твердостью.
Исследование зависимостей между степенью упрочнения металла и давлением на фронте ударной волны приводит к следующим выводом. Для всех металлов начальный интервал давлений, возрастающий до 20-30 ГПа, сопровождается интенсивным упрочнением металла. Затем следует диапазон давлений, при котором степень упрочнения максимальна. Твердость металла в этом интервале давлений меняется очень мало и ее можно считать почти постоянной. Дальнейшее увеличение давления во фронте ударной волны ведет к резкому снижению степени упрочнения. Каждый металл имеет свои границы установленных экспериментально диапазонов давлений. У некоторых металлов интервалы этих давлений настолько растянуты, что в полосе значений давлений, создаваемых распространенными ВВ спада степени упрочнения не наблюдается.