необходимо воздействие на металлы достаточно сильных ударных волн. Ударные волны в упрочняемом материале создаются контактным взрывом заряда BB или ударом пластины. При нормальном падении детонационной волны на поверхность детали или нормальном ударе пластины упрочнение осуществляется в прямой ударной волне, при скользящей детонации или косом ударе пластины — в косой ударной волне (рис. 21.1). Расчет параметров нагружения осуществляется методами, описанными в гл. 10.
В промышленных масштабах упрочнение обычно осуществляется ударными волнами, образующимися при скользящей детонации тонких слоев пластичных или эластичных BB [21.11], плотно контактирующих с упрочняемой деталью (рис. 21.1а). Плотность таких BB составляет 1,5... 1,6 г/см3, скорость детонации 7.. .8 км/с, достигаемые в ударных волнах давления (в стали) 15... 20 ГПа. Для увеличения давления используют более сложные схемы нагружения падающей детонационной волной (рис. 21.16). При нормальном отражении детонационной волны от границы раздела давление в ударной волне в стали достигает 35... 40 ГПа, Для дальнейшего увеличения давления нагружения необходимо использовать более мощные BB или осуществлять нагружение в режиме нерегулярного отражения детонационной волны от поверхности упрочняемой детали. Высокий уровень давления может быть достигнут при нагружении упрочняемой детали ударом металлической пластины, разогнанной взрывом (рис. 21.1в, г): при скорости стальной пластины — ударника 1500 м/с, давление в стальной детали составляет 30 ГПа, при скорости 2000 м/с — 44 ГПА.
Рис. 21.2. Нагружение упрочняемой детали через пористую прослойку; (р-и)-диаграмма процесса (а); (х — ?)-диаграмма процесса (б), а — ударная адиабата материала упрочняемой детали, Ь — изэнтропа разгрузки продуктов детонации заряда BB1 с — ударная адиабата пористой прослойки, d — ударная адиабата повторного сжатия пористой прослойки
Увеличение давления нагружения упрочняемой детали возможно и при скользящей детонации путем размещения между зарядом BB и деталью тонкого пористого слоя из плотных порошковых материалов: песка или металлических порош-
538
21. Обработка материалов взрывом
ков. В этом случае ударная волна, образующаяся в пористом слое при детонации заряда BB, уплотняет пористый материал до сплошного состояния и разгоняет его до некоторой скорости. Нагружение упрочняемой детали осуществляется ударом уплотненного пористого материала. Описанный процесс иллюстрируется (р-гг)-диаграммой нагружения детали при скользящей детонации через пористую прослойку, рис. 21.2. Давление нагружения детали при наличии прослойки будет превосходить давление нагружения без прослойки в том случае, если ударная адиабата двойного сжатия материала прослойки будет лежать выше изэнтропы разгрузки продуктов детонации. Использование пористой прослойки для увеличения давления нагружения при упрочнении было предложено и реализовано в [21.4].
По отношению к воздействию ударных волн все металлы и сплавы условно можно разделить на две большие группы. В первую группу входят хорошо упрочняющиеся металлы и сплавы. К ним относятся отожженные металлы и однофазные сплавы: алюминий, медь, серебро, железо, ниобий, никель, Of-латунь, стали аустенитного класса (1Х18Н10Т, ПЗЛ). При взрывном нагружении их твердость возрастает в 1,5-2,5 раза. Во вторую группу входят материалы, которые при взрывном нагружении упрочняются незначительно или даже разупрочняются. К ним относятся гетерофазные сплавы с развитой (тонкой) мозаичной структурой, образованной в результате наклепа или термообработки. Твердость таких сплавов в исходном состоянии велика. Более точная классификация металлов и сплавов по Отношению к взрывному упрочнению, учитывающая фазовые переходы в ударных волнах, приведена в [21.5].
Механизмы упрочнения металлов и сплавов при взрывном нагружении сложны и многообразны [21.1, 21.2]. Величина упрочнения определяется количеством дефектов и искажений, остающихся в решетке после прохождения ударной волны. Наиболее наглядно характер изменения микроструктуры металла (в данном случае меди), при взрывном нагружении представлен на рнс. 21.3, взятом из [21.2].
Взрывное нагружение приводит к формированию чрезвычайно мелких субзерен. Материалы с суб-микрозернистой структурой (размер частиц 0,1... 1,0 мкм), благодаря большой объемной доле межзе-ренных границ, приобретают повышенную прочность при сохранении пластичности.
Ударно-волновое нагружение упрочняемой детали характеризуется следующими параметрами: давлени-. ем во фронте ударнЪй волны р\ формой ударно-волнового импульса, определяемой длительностью T и крутизной импульса сжатия; величиной деформации во фронте ударной волны. На эффект упрочнения оказывает также существенное влияние остаточная деформация, зависящая от способа и интенсивности нагружения.
В [21.7] на основании анализа экспериментальных данных сделан
Рис* 21.3, Субструктура кристалла в зависимости от вида обработки: исходный кристалл (состоит из крупных фрагментов с небольшими углами ра-зориентировки) (а), квазистатическая деформация (образуются крупные разорнентнрованные субзерна) (б), взрывное упрочнение (образование мелких элементов субструктуры) [ъ\
