Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория и технология процессов прессования ЭНМ. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

коэффициент бокового давления; f – коэффициент внешнего трения; d

– гидравлический диаметр изделия.

Анализ приведенной зависимости позволил установить общий механизм уплотнения при различных давлениях и сделать вывод о том, что прессование порошков состоит из двух основных этапов.

Первый – уплотнение сыпучей массы, в процессе которого закладывается будущий фундамент неравномерной плотности, и проявляются законы распределения давления, характерные для сыпучих сред.

Второй этап − деформация прессованного изделия, имеющего неравномерную плотность по сечению и проявляющего в большей степени свойства сплошного беспористого тела.

Экспериментальную оценку распределения плотности (пористости) по высоте прессованных изделий можно сделать из величины коэффициента пропрессовываемости при решении уравнения

П = П

+ С·

, (24)

где П – пористость изделия высотой h; П

− условная величина

пористости׳ при h →0; С − коэффициент пропрессовываемости.

Коэффициент С определяет величину перепада пористости по высоте для данного вида ЭНМ при заданной геометрии прессованного изделия. Он характеризует также свойства уплотняемого материала в сочетании с определенным материалом матрицы и качеством ее внутренней поверхности.

Следует отметить, что прессовки с одинаковым соотношением высоты изделия к его диаметру (h/d), имеют, независимо от их размеров, одинаковые значения общей пористости.

Показано также, что значения П

и С зависят от содержания

флегматизатора (чем больше флегматизатора, тем лучше распределение плотности по объему), удельной поверхности ПМ, природы антифрикционной смазки рабочих поверхностей прессинструмента.

Для построения поля плотности (пористости) прессованное изделие распиливается на отдельные элементы, плотность которых,

после парафинирования, определяется гидростатическим взвешиванием.

Например, на рисунке 17 приведено поле пористости для кумулятивного изделия из A-IX-1.

Рисунок 17. Поле пористости кумулятивного изделия

Оценка полей пористости модельных и натурных изделий имеет важное теоретическое и практическое значение. Имея сведения о характере распределения плотности в объеме изделия, особенно для изделий сложной формы, можно оптимизировать выбор способа прессования изделий.

Знание поля плотности необходимо для оценки возможной деформируемости заряда в различных его зонах под действием динамических перегрузок, с целью определения надежности действия боеприпасов.

Контрольные вопросы

1. Проведите анализ процесса прессования, используя технологическую кривую прессования.

2. Назовите процессы, происходящие в ПМ, характерные для первой стадии прессования.

3. Объясните влияние структурно-механических свойств порошкообразных ВВ на безопасность переработки и качество получаемых изделий.

4. Объясните явление «перепрессовки», в чем она проявляется и с чем связано это явление. Назовите пути устранения остаточных напряжений в прессовках.

5. Объясните, что такое разноплотность прессованных изделий и покажите на примерах как ее устранить.

6. Для каких целей производится термообработка, шлифование и применение различных смазок для пресс–инструмента?

7. Напишите уравнение прессования Кунина–Юрченко и проведите его анализ.

8. Обоснуйте оптимальный режим прессования качественных изделий.

9. Прессуемость, уплотняемость и формуемость порошков ВВ, что это за характеристики и как они влияют на процесс прессования?

10. Диаграмма прессования ПВВ. Чем отличается истинная кривая прессования от технологической?

11. Назовите основные факторы, влияющие на плотность прессованных изделий.

12. Как влияет подготовка пресс-инструмента на качество прессованных изделий?

13. Для каких целей используется ограничитель при прессовании?

14. Что необходимо выполнять для увеличения срока службы деталей пресс-инструмента?

15. Перечислите дефекты прессованных изделий и способы их устранения.

16. Объясните, что происходит с воздушной фазой ПМ при прессовании и как это отражается на качестве прессовок.

17. Назовите виды остаточных напряжений.

18. Необходимо запрессовать цилиндрическую шашку с гнездом под капсюль-детонатор. Куда следует крепить штырь для формирования гнезда − к пуансону или поддону, чтобы получить более высокую плотность заряда?

19. Обоснуйте теоретически способ прессования и схему прессинструмента для получения шашки в виде стакана.

20. Обоснуйте теоретически оптимальную величину H/D прессовки (H и D – высота и диаметр), чтобы гарантировать разноплотность по высоте не более 0,01 г/см3, используя метод одностороннего прессования.

4. ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭНМ

Первыми исследователями монокристаллов штатных ЭНМ были профессор Бочков В.М. с сотрудниками кафедры Технологии твердых химических веществ (ТТХВ) Казанского химико-технологического института [17]. Исследования, проведенные на монокристальных образцах, показали, что ВВ обладают как и металлические, неорганические кристаллические вещества дислокационной структурой, которая определяет многие эксплуатационные свойства. Было показано, что ВВ (тротил, тетрил, ТЭН, гексоген, октоген) являются макрохрупкими веществами, в которых величины исходной плотности дислокаций на 3-4 порядка ниже, чем у металлических и ионных веществ. Для кристаллов взрывчатых веществ исходная плотность дислокаций колеблется от 2∙103 до 5∙104 1/см2 (дислокаций на один квадратный сантиметр). Для металлов - она находится в интервале от 106 до 108 см-2. Сравнительно низкие значения исходной плотности дислокаций в кристаллических решетках ВВ объясняются, во-первых, тем, что они имеют большие (по сравнению с металлами) размеры элементарных ячеек от 6 до 10 Å, а, следовательно, большие вектора Бюргерса. Последнее приводит к тому, что дислокации с большими векторами Бюргерса обладают высокими значениями энергий, что ограничивает их возможности к скольжению и размножению.

Для каждой кристаллической решетки ВВ были установлены системы скольжения, представляющие собой пару: плоскость и направление скольжения. Установлено, что перемещение дислокаций в кристаллических решетках ВВ осуществляется в основном за счет скольжения. Для образцов октогена была выявлена система двойникования (101)[101]. С повышением нагрузки и температуры в кристаллах ВВ начинают активизироваться и другие плоскости скольжения, происходит увеличение плотности дислокаций до 106−107 см-2. В металлах, число практически действующих систем скольжения колеблется от 3 до 5, а низкие величины энергий дислокаций (~10 эВ) обеспечивает их высокую подвижность и, как следствие, более высокую пластичность материалов. В отличие от металлов, кристаллы ЭНМ имеют всего лишь 1−2 системы скольжения, а величины энергий дислокаций от 10 до 16 эВ обуславливают их низкие скорости

скольжения и меньшую, по сравнению с металлами, пластичность. В результате проведенных исследований свойств монокристаллов ВВ было показано, что их можно характеризовать как квазихрупкие малопластичные вещества, в которых протекание элементарных актов пластической деформации ограничено малым числом систем скольжения. Значения общей деформации, при которой происходит разрушение монокристальных образцов ВВ, находится в пределах 2−6 %, а величины упругих деформаций составляют всего лишь 0,01−0,02 %. Однако образцы одного и того же ВВ, в зависимости от ориентировки их главных осей, вдоль которых прикладывается внешняя нагрузка, способны даже при комнатной температуре деформироваться до нескольких десятков процентов. Типичные кривые деформирования монокристальных образцов имеют вид, представленный на рисунке 18.

Для монокристальных образцов ТЭНа. гексогена, октогена, тротила (неблагоприятно ориентированных для протекания пластической деформации) диаграммы деформирования имеют вид типичный для хрупких тел (рис.18, кривая 1).

Рисунок 18. Диаграмма деформирования

монокристальных образцов ВВ

Образцы тетрила (ориентированные благоприятно для проявления пластических свойств) имеют вид диаграмм схожих с пластичными телами (рис.18, кривая 2), для монокристаллов октогена ориентировки [101], благоприятной для двойникования, вид кривых − аналогичный (рис.18, кривая 3). При этом деформации до разрушения образцов могут достигать 20−40 % для тетрила и 10−15 % для октогена.

Изучение физико-механических свойств монокристаллов ЭНМ в различных условиях нагружения, позволило установить дислокационные механизмы, контролирующие процессы деформации ВВ. С этой целью были проведены комплексные испытания кристаллов ВВ при осевом сжатии в условиях активного нагружения, релаксации деформирующих напряжений и ползучести [17].

Эти исследования, кроме установления механизмов пластической деформации, позволили разработать методы повышения плотности и упрочнения разрывных зарядов, изготовленных из порошкообразных ЭНМ. Поскольку кристаллы ВВ относятся к молекулярным органическим соединениям, в узлах решеток которых находятся целые молекулы, основным механизмом, контролирующим скорость пластического деформирования, является механизм преодоления движущимися дислокациями «внутреннего трения» кристаллической решетки (механизм Пайерлса-Набарро). Для образцов тетрила, благоприятно ориентированных для протекания пластической деформации, основным механизмом является преодоление движущимися дислокациями, дислокаций «леса», а для образцов октогена ориентированных для двойникования – поперечное скольжение. Знание дислокационных механизмов позволило объяснить низкую уплотняемость практически всех ВВ, за исключением тетрила, у которого проявляется более высокоэнергетический механизм пластической деформации.

Знание механизмов пластической деформации позволяет не только вскрыть причины хрупкости или пластичности, но и наметить пути по изменению их деформационных свойств. Так повышение пластических свойств октогена, гексогена и других веществ можно достичь за счет снижения барьеров Пайерлса-Набарро, как это обычно делают для металлических материалов, а именно за счет повышения температуры при их деформировании. Однако для ЭНМ такой метод снижения барьеров Пайерлса-Набарро не эффективен, поскольку высокое «внутреннее трение» перемещению дислокаций в молекулярных кристаллических решетках обусловлено их природой [5; 6].

Вместе с тем, повышение температуры при уплотнении порошков октогена, гексогена и других взрывчатых веществ может привести к их разложению и даже к взрыву, поэтому для ВВ такой способ является неприемлемым. В связи с этим на практике при

формировании разрывных зарядов методами механического уплотнения температурный интервал ограничен температурами 80−100 0С для гексогена и 145 0C для октогена.

Для тротила, в отличие от других ВВ, механизмами, контролирующими скорость пластической деформации, являются следующие:

– механизм Пайерлса-Набарро, который проявляется при напряжениях до 1,6 МПа;

− диффузионный (примесно-вакансионный), который

проявляется при напряжениях от 9−16 МПа.

Для мощных ЭНМ были разработаны другие методы повышения их пластичности, например, добавление к индивидуальным порошкам ВВ различных пластичных добавок, которые изменяют механизмы пластической деформации веществ.

Одним из таких методов является метод ступенчатого высокотемпературного уплотнения (СВТУ). Суть этого метода заключается в том, что предварительно спрессованные до определенной плотности образцы (методом «глухого» прессования при комнатной температуре) доуплотняются при давлениях (на порядок меньших, чем при «глухом» прессовании) и повышенных температурах, при достаточно большой временной выдержке в течение 30−40 минут. Применяя СВТУ возможно получить изделия с высокой плотностью, приближающейся к теоретической. Пористость образцов при этом достигает ~ 0,8−1,2 %. Получение такой пористости обеспечивается тем, что окончательное формирование плотной структуры и стабилизации геометрических размеров прессовки происходит не в режиме динамического упрочнения частиц порошка ЭНМ (как при обычном «глухом» прессовании), а за счет дислокационно-вязкого течения всего объема прессовки. В результате происходит стабилизация структуры прессовки и полностью исключается «перепрессовка» формуемого изделия.

Дальнейшие исследования поведения моно- и поликристаллических образцов из ВВ и ВС в условиях ползучести, позволили выявить закономерности длительной прочности. Определяя прочность как характеристику суммарного сопротивления движению дислокаций при заданных условиях нагружения, можно изменить ее, варьируя факторами, контролирующими состояние дислокационной структуры кристаллического материала. Изменение параметров

дислокационной структуры в направлении ее стабилизации представляет физический смысл упрочнения.

Основными факторами, обуславливающими структурное упрочнение материалов, являются, с одной стороны, увеличение запасаемой энергии деформации в результате накопления заблокированных дислокаций, приводящее к повышению сопротивляемости внешнему механическому воздействию. С другой стороны, упругое взаимодействие подвижных дислокаций с дислокациями, накопленными в результате деформации, вызывающее возрастание энергетического потенциала материала [5−7].

На основании этих исследований были предложены различные методы упрочнения как индивидуальных ВВ, так и составов на их основе:

1. Измельчение исходного продукта перед прессованием приводит к увеличению прочности прессованных зарядов в 2−3 раза. Это упрочнение достигается за счет образования плотной трехмерной сетки зернограничных дислокаций и дислокаций несоответствия, что в итоге приводит к их торможению и упрочнению изделий из ЭНМ.

2. Введение в составы, содержащие ТНТ, высокодисперсного аэросила приводит к увеличению долговечности прессованных образцов. Аэросил, являясь активным седиментирующим агентом с развитой поверхностью, препятствует перемещению дислокаций за счет торможения их у границ зерен. Кроме того, он обладает способностью связывать жидкую фазу, появляющуюся в тротиле при формировании из него прессовок при повышенной температуре.

3. Упрочнение за счет армирования различными дисперсными добавками и волокнами.

4. Термоциклическая обработка прессованных образцов.

5. Применение комбинированных способов упрочнения (совместное действие нескольких приемов: измельчение, термообработка, введение дисперсных и волокнистых наполнителей, СВТУ и т.д.).

Изучение способов упрочнения изделий из ЭНМ объясняется необходимостью повышения несущей способности самих изделий за счет повышения их прочности, и как следствие приведет к снижению прочности оболочки-корпуса, т.е. к снижению расхода металла.

Задачи и вопросы для повторения

1. Какое количество дислокаций N будет участвовать в процессе пластической деформации в кристаллическом образце высотой 100 мм, чтобы достичь величины сдвиговой деформации 2 %?

Величина вектора Бюргерса в направлении скольжения, равна b= 2А󰇗.

Дано: h =100 мм = 10 b = 2А󰇗 = 2∙10 γ = 2 % = 2∙10

-10

-1

-2

Решение:

Величина сдвиговой деформации в относительных единицах

равна:

γ = b∙N / h,

отсюда N = γ∙ h/ b = 2∙10-2∙10-1/2∙10

-10

= 107.

Ответ: 107

2. Перечислите основные виды ЭНМ.

3. Назовите отличия ВВ от других кристаллических материалов с атомными и ионными решетками.

4. Изобразите типичные кривые деформирования для кристаллов ВВ.

5. В чем заключается основная причина низкой пластичности кристаллов ВВ?

6. Объясните необходимость выявления механизмов пластической деформации, упрочнения и разрушения для ВВ и других материалов.

7. Назовите структурные методы упрочнения прессованных образцов.

8. Изложите суть метода СВТУ.

9. Объясните физический смысл структурного упрочнения кристаллических тел.

10. Назовите ученых кафедры ТТХВ – исследовавших структуру и свойства кристаллов ЭНМ.

11. Объясните, как можно добиться бездефектной структуры материала, тем самым повысить прочность и назовите другой альтернативный путь повышения прочности материалов.

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ПРЕССОВАНИЮ ВВ

В данной главе представлены методические разработки для выполнения лабораторных работ по прессованию порошкообразных ВВ, а также по определению некоторых физико-механических и структурных характеристик прессованных образцов.

Цель работ: освоить методы прессования и определения физико-механических характеристик прессованных образцов (плотности, распределения ее по высоте и объему прессованного изделия, пределов прочности на сжатие и скол), изучения структуры и дефектов прессованных изделий.

Установить влияние некоторых факторов на плотность и прочность прессованных образцов (давления и температуры прессования, отношения высоты к диаметру изделия, дисперсности порошков, скорости приложения давления и формы прессуемого изделия).

Содержание отчета по лабораторной работе. При оформлении отчета каждая работа должна состоять из следующих разделов:

1. Название, цель и задачи лабораторной работы.

2. Теоретическая часть. В ней должны быть кратко представлены теоретические сведения с использованием рекомендуемой литературы по каждой лабораторной работе.

3. Экспериментальная часть, в которой приводится порядок проведения работы, а также исходные данные и условия прессования. Здесь приводятся формулы для расчета массы навески, перевода удельного давления прессования в манометрическое, расчета величины плотности прессованных изделий (методами геометрического обмера и взвешивания, либо гидростатическим). Расчет и статистическая обработка результатов по определению прочности, плотности прессованных образцов. Выявление влияния на эти характеристики исследуемых факторов (давления прессования, температуры, отношения высоты к диаметру прессованного образца, дисперсности порошка и других факторов) и представление этих зависимостей в виде таблиц и графиков.

4. Анализ и обсуждение полученных результатов.

5. Выводы по работе.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]