СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА
METHOD FOR MANUFACTURING OF MULTI-LAYER PRODUCTS BY BLASTING ENERGY

Изобретение относится к технологии обработки материалов энергией взрывчатых веществ и может быть использовано для изготовления слоистых композиционных материалов в виде плоских круглых и цилиндрических заготовок, со слоями из различных металлов и порошковых материалов.
Известен способ плакирования металлической поверхности путем приварки к ней взрывом плакирующего листа, устанавливаемого под углом к плакируемой поверхности, и инициирования заряда взрывчатого вещества из наиболее удаленной от плакируемой поверхности точки (см. патент Англии №1255231, кл. В23Р 3/09, 01.12.71).
Этот способ не обеспечивает возможности плакирования наклонных поверхностей.
Известен способ прессования порошковых материалов взрывом по схеме (см. Обработка металлов взрывом / А.В.Крупин, В.Я.Соловьев, Г.С.Попов и др. - М.: Металлургия, 1991. - 496 с., стр.313-317), в которой прессование осуществляется метаемой пластиной за счет плоского соударения последней с порошком, расположенным в песчаном или металлическом контейнере.
Этот способ не обеспечивает полную сохранность материала контейнера и спрессованного в нем порошка, так как не обеспечивает сварку метаемой заготовки с металлическим контейнером. Способ не позволяет получить многослойные замкнутые изделия из порошков и металлических заготовок.
Изобретение решает следующие задачи: получение многослойного сварного монолитного изделия сложной конфигурации; обеспечение плоского и косого соударения заготовок между собой; одновременную сварку взрывом металлических заготовок и прессование взрывом порошкового материала.
Задачи решаются следующим образом. В предлагаемом способе перед установкой метаемой заготовки на неподвижной заготовке, являющейся металлической основой многослойного изделия, по периметру относительно горизонтальной поверхности выполняют скосы под углом 7≤φ≤20°, на горизонтальной поверхности неподвижной заготовки выполняют полость и заполняют прессуемым порошковым материалом. Интервал углов скосов от 7° до 20° выбирается исходя из того, что при сварке взрывом листовых металлических заготовок между собой для большинства металлов необходимо обеспечить косое соударение под углом от 7° до 20°. При меньших или больших углах соударения сварка либо не происходит, либо не достигает нужного качества.
Метаемую заготовку устанавливают относительно неподвижной заготовки под углом α, равным углу поворота β метаемой заготовки под действием детонирующего заряда ВВ в процессе полета. В результате плоского соударения с метаемой заготовкой порошковый материал прессуется, а в результате последующего косого соударения той же метаемой заготовки с наклонной поверхностью неподвижной заготовки происходит сварка заготовок с получением многослойного изделия сложной конфигурации из порошкового материала и металлических заготовок.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг.1 показано положение неподвижной и метаемой заготовок, прессуемого порошкового материала перед взрывной обработкой, а на фиг.2, 3 - то же в процессе обработки энергией взрыва.
Метаемую заготовку 1 (см. фиг.1) устанавливают под углом α к горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки 3, на которой в специальном углублении 4 размещен прессуемый (компактируемый) порошковый материал 5. По краям неподвижная заготовка 3 имеет наклонную поверхность 6, имеющую угол наклона 7≤φ≤20° к горизонтальной поверхности 2. На метаемой заготовке 1 устанавливают заряд взрывчатого вещества (ВВ) 7 и в точке заряда ВВ, наиболее удаленной от неподвижной заготовки 3, установливают детонатор 8. При этом заряд ВВ 7 (см. фиг.2) подобран таким образом, что при метании заготовки 1 последняя поворачивается на угол β, равный углу α между метаемой заготовкой 1 и горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3.
Метаемая заготовка 1 (см. фиг.3) после инициирования заряда ВВ 7 приобретает скорость V, направленную вертикально вниз, поворачивается на угол β=α и плоско соударяется с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3. В результате плоского соударения метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 и порошковым материалом 5, расположенным в специальном углублении 4 на горизонтальной поверхности 2 неподвижной заготовки, происходит прессование порошкового материала 5.
Далее, после соударения центральной части метаемой заготовки 1 с горизонтальной поверхностью 2 неподвижной заготовки 3 края метаемой заготовки 1, летящие горизонтально, соударяются с наклонной поверхностью 6 неподвижной заготовки 3 под ранее заданным углом φ.
В результате косого соударения под углом φ происходит качественная сварка метаемой заготовки 1 с неподвижной заготовкой 3 по наклонной поверхности 6. Угол φ задают при механической обработке на неподвижной заготовке 3 расположением горизонтальной 2 и наклонной 6 поверхностями в интервале от 7° до 20°. Интервал угла φ выбирают равным интервалу угла соударения γ, обеспечивающего качественную сварку взрывом плоских листовых заготовок из данного материала между собой при их параллельном расположении и использовании аналогичных зарядов ВВ. Выбор величины угла φ также зависит от свойств материала метаемой и неподвижной заготовок и, как правило, определяется экспериментально.
Пример конкретного исполнения.
Описанное взаимное расположение метаемой и неподвижной заготовок в процессе взрывного нагружения позволяет плакировать сложные поверхности неподвижной заготовки с одновременным прессованием (компактированием) порошкового материала, размещенного в неподвижной заготовке на горизонтальной поверхности в специальном углублении, и сваривать часть поверхности метаемой заготовки с наклонной поверхностью неподвижной заготовки.
По описанному способу в КТФ ИГиЛ СО РАН были изготовлены многослойные изделия из порошкового материала и металлических стальных заготовок.
о
На неподвижной стальной заготовке диаметром 170 мм и высотой 30 мм на одной из сторон по периметру протачивали усеченную коническую поверхность с наклоном образующей конуса к горизонтали под углом φ=14° и диаметром вершины усеченного конуса 80 мм. На горизонтальной поверхности усеченного конуса протачивали специальное углубление глубиной 15 мм и диаметром 70 мм. В углубление засыпали порошковый материал (смесь порошков меди и карбида вольфрама) и статически подпрессовывали. В качестве метаемой заготовки использовали стальную (Ст.3) пластину размером 200×200×3 мм. На метаемой пластине располагали заряд ВВ (смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1) слоем высотой δ=18 мм. Скорость детонации (Д) составляла 3100 м/с.
Предварительно на аналогичной пластине таким же зарядом ВВ экспериментально с помощью скоростной фоторегистрационной установки определялся угол поворота пластины (стального листа) под действием продуктов взрыва. Он равнялся β=11°.
С учетом полученных результатов метаемую заготовку с зарядом ВВ устанавливали с зазором от 5 до 20 мм относительно горизонтальной поверхности усеченного конуса неподвижной заготовки под углом 11°. Заряд ВВ инициировали электродетонатором из точки, наиболее удаленной от неподвижной заготовки. Под действием продуктов взрыва метаемая заготовка поворачивалась на угол 11°, летела вниз и соударялась с неподвижной.
На горизонтальной поверхности неподвижной заготовки происходило плоское соударение метаемой заготовки с порошковым материалом и прессование (компактирование) последнего. По конической поверхности происходило косое соударение заготовок под углом 14° и сварка их между собой.
В результате было получено многослойное изделие с качественной сваркой металлических заготовок по краям между собой и качественное компактирование порошкового материала.
Способ позволяет получать многослойные изделия сложной конфигурации при одновременной обработке взрывом металлических заготовок и порошковых материалов.