СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КУМУЛЯТИВНЫХ ОБЛИЦОВОК
METHOD OF FABRICATION OF CUMULATIVE COATING

Изобретение относится к технике кумулятивных зарядов, в частности к технологии получения кумулятивных облицовок, которые могут быть использованы в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтедобыче.
При прочих равных условиях следующие две характеристики материала кумулятивной облицовки существенно влияют на величину пробития:
- величина зерна,
- предел текучести.
Известно, что глубина пробития тем больше, чем больше суммарная длина всех фрагментов кумулятивной струи
cp
L=N×l, где
L - суммарная длина всех фрагментов струи,
N - количество фрагментов,
cp
l - средняя длина фрагмента.
0,2
0,5
th
Средняя длина отдельных фрагментов тем больше, чем мельче зерно. Количество фрагментов обратно пропорционально корню квадратному из предела текучести N~l/(σ) (В.Bourne, K.G.Cowan, J.P.Curis. Shaped charge warheads containing low melt energy metal liners. 19 International Symposium of Ballistics, 7-11 May 2001, Interlaken, Switzerland).
Таким образом, для обеспечения увеличения глубины пробития необходимо в материале кумулятивной облицовки получить мелкое зерно, обеспечив при этом минимально возможное значение предела текучести.
Известен способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда, включающий ротационную вытяжку заготовки в два этапа при изменении направления, вращения заготовки на противоположное и рекристаллизационный отжиг после каждого этапа (патент РФ №2180723, МПК F42B 1/036, Способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда, опубл. 20.03.2002).
К недостаткам известного способа можно отнести отсутствие технологических операций, обеспечивающих мелкозернистую и равноосную структуру деталей.
Известен способ изготовления кумулятивных облицовок, при котором листовую заготовку получают из прутка путем его деформирования осевым усилием. Листовую заготовку формованием преобразуют в коническую. Деформирование листовой заготовки с образованием конической формы осуществляют методом ротационной вытяжки. Заготовку подвергают отжигу в соляной ванне с выдержкой при температуре 270-280°С не менее 2 часов с последующим охлаждением вместе с печью или на воздухе до температуры окружающей среды. При указанном способе получают кумулятивные облицовки из меди с равноосными зернами размером ~20 мкм (патент РФ №2237849, МПК F42B 1/036, Способ изготовления кумулятивных облицовок, опубл. 27.07.02).
Указанный прототип имеет недостаток, выражающийся в недостаточно мелком размере зерна.
Задачей настоящего изобретения является повышение пробивной способности кумулятивного заряда за счет получения в материале кумулятивной облицовки однородного измельченного зерна, близкого к равноосному, с сохранением низкого значения предела текучести.
Использование предлагаемого способа обеспечивает следующий технический результат: получена облицовка кумулятивного заряда с размером зерна ~4 мкм и пределом текучести, превышающим предел текучести материала в исходном состоянии на 17%.
Для достижения указанного технического результата в способе изготовления кумулятивных облицовок, заключающемся в получении заготовки из медного прутка, ее деформировании с образованием заданной формы, например конической, и низкотемпературном отжиге полученной заготовки, предлагается исходный пруток подвергать интенсивной пластической деформации, а низкотемпературный отжиг осуществлять в течение 0,5-1 часа при температуре на 20-40° выше температуры начала рекристаллизации меди. Интенсивную пластическую деформацию можно осуществлять путем равноканального углового прессования (РКУП), а также методом винтовой экструзии или методом всесторонней ковки.
При интенсивной пластической деформации прутка происходит измельчение зерненой структуры металла в 30-100 раз при обеспечении достаточно однородной структуры металла. При этом предел текучести повышается в 2,5-5 раз.
Предлагаемый последующий низкотемпературный отжиг (НТО) при температуре на 20-40° выше температуры начала рекристаллизации обеспечивает снижение предела текучести до значений не более чем в 2 раза выше значений предела текучести в исходном состоянии при росте зерна в 1,5-3 раза.
Интенсивная пластическая деформация в отличие от обычного деформирования характеризуется пластическими деформациями более 100% при высоких значениях удельных нагрузок.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
C
1. Медь марки M1 в виде прутка диаметром 40 мм подвергают 12 циклам равноканального углового прессования по маршруту В для получения мелкозернистой равноосной структуры материала.
2. Формируют коническую форму с углом раствора в 30° методом осадки.
3. Полученную заготовку подвергают низкотемпературному отжигу при 320°С в течение 1 часа.
Свойства меди M1 в процессе выполнения вышеприведенных технологических операций представлены в таблице 1.
Температура начала рекристаллизации определялась по изменению микротвердости в зависимости от температуры отжига. За температуру начала рекристаллизации была принята температура, после которой наблюдается резкое снижение микротвердости (см. фиг.1).
2
2
Для оценки относительной эффективности применения для изготовления кумулятивных облицовок ультрамелкозернистой (УМЗ) меди Ml были проведены эксперименты по отстрелу кумулятивных зарядов на разных фокусных расстояниях как с облицовками, изготовленными из УМЗ меди (величина зерна 4 мкм, предел текучести 109 Н/мм), так и из крупнокристаллической (КК) меди (величина зерна 80 мкм, предел текучести 93 Н/мм). Здесь под относительной эффективностью понимается отношение глубины пробития кумулятивного заряда при применении облицовок из УМЗ меди к глубине пробития при применении облицовок из КК меди. При проведении экспериментов использовались облицовки Ш 43 мм (фиг.2).
Результаты экспериментов приведены на фиг.3.
2
Как видно из фиг.3 применение для изготовления кумулятивных облицовок ультрамелкозернистой меди Ml с величиной зерна ~4 мкм и пределом текучести 109 Н/мм обеспечивает существенное превышение глубины пробития мишени на фокусных расстояниях более четырех калибров, которое составляет 50% при фокусном расстоянии в 18 калибров.
Таблица 1
Свойства меди M1 после различных технологических операций
Состояние материала
Величина зерна, мкм
Предел текучести, Н/мм<sup>2</sup>
Исходное
80
93
РКУП и осадка
2
375
РКУП, осадка и НТО при 320°С
4
109