Способ исследования фазового превращения металла при сжатии ударной волной Советский патент 1980 года по МПК G01N25/02 G01N27/02 

(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ СЖАТИИ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам исследования состояния веществ при высоких давлениях, и предназначено для изучения механизма фазового превращения в удариой волне.

Для установления состояния вещества обычно определяется один из механических параметров ударной волны, распространяющейся по веществу, а затем, используя законы сохранения, все остальные.

В этой области техники известны следующие способы, дающие возможность определить один из этих параметров:

а)дискретное определение скорости ударной волны D с помощью электроконтактных датчиков;

б)определение скорости ве1цества U (массовой скорости) за фронтом ударной волиы в диэлектриках с помощью электромагнитиой методики;

в)определение скорости свободной поверхиости образцов с помощью электрокоитактных датчиков;

г)фотохронографические способы определения волновой скорости и скорости полета поверхностей образцов;

д) способ исследования фазового изменения состояния вещества по изменениям зависимостей (P-f) или (D-U), где Р - давление, f -плотность вещества.

Последний из известных способов заключается в том, что проводят серию опытов, в которых на образец воздействуют ударной волной с меняющейся от опыта к опыту амплитудой. Регистрируют скорость ударной волны или массовую скорость U, при необ, ходимости регистрируют скорость свобод10 ной поверхности образца W и по зависимости (для металлов) определяют U.. Механические параметры ударной волны, распространяющейся по веществу (давление Р скорости D и и, плотность вещества JJ ), связаны между собой следую15

шими зависимостями:

J) --V- - - закин сохраиения

закон сохраиения массы

на фронте ударной волны;

. ,ил|уапспип nmnyjiD ai закон сохранения импульса

- Р(р р)-закон сохранения энергии, где РО - начальная плотность ве20щества, & - изменение внутренней энергии вещества. Далее строят графики (D-и)-или (Р-/) зависимостей. При фазовых переходах первого рода, т.е. при переходах вещества из одной кристаллической модификации в другую, с изменением- объема и выделением (нлн поглощением) скрытой теплоты на (D-и)-и ( )-зависимостях обнаруживают излом.

Точку излома этих зависимостей считают точкой начала перехода одной фазы в другую I.

Однако для определения точки излома необходимо получение указанных зависимостей в большом диапазоне, давлений, что требует больщого количества дорогостоящих олытов. С другой стороны, при таком фазовом превращении, как плавление, изменение одной закономерной связи параметров cotTOяния на другую обнаружить не удается из-за малости эти.х изменений и недостаточной точности эксперимента.

Ближайщим техническим решением является способ исследования фазового превращения металла при сжатии ударной волной, заключающийся в том, что на образец металла воздействуют ударной волной и регистрируют изменения его электрического сопротивления. В измерениях проводимости эксперимент ставят следующим образом. В исследуемый материал, по которому распространяется ударная волна, вводят электроды, соединенные шунтирующим сопротивлением. После достижения ударной волной участка исследуемого материала, занятого электродами, сопротивление электрической цепи изменяется за счет изменения проводимости исследуемого материала, находящегося между электродами. Регистрацию производят осциллографом. В опытах с рядом диэлектриков сопротивление уменьшается, что свидетельствует о «металлизации этих диэлектриков 2.

Целью изобретения является снижение трудоемкости при установлении тбчки плавления металла.

Согласно предложенному способу это достигается тем, что ударную волну со спадом давления за фронтом создают в пористом образце металла, например ударом тонкой пластины, по изменению электрического сопротивления образца регистрируют распространение в нем ударной волны при воздействии разгрузки, определяют границу в образце, начиная с которой уменьшается скорость изменения сопротнвления, по скорости ударной волны в слое образца за этой границей определяют состояние сжатого металла, соответствующее началу Ч1лавления.

На чертеже дана схема осуществления опыта по определению в образце скорости, ударной волны по изменению сопротивления образца.

Для лучшего понимания предлагаемого способа приводится пример определения точки плавления меди. Тонкой пластиной 1, разогнанной продуктами взрыва заряда ВВ 2, ударяют jio экрану 3. на котором установлен образец пористой меди 4, отпрессованиый из порошка. Удар тонкой пластиной обеспечивает распространение в исследуемом материале ударной волны высокой интенсивности с относительно быстрым выходом на ударный фронт волны разрежения с тыльной стороны ударяющей пластины. После начала воздействия волны р зрежения измерения электропроводности пористого металла происходят в условиях ударного сжатия с уменьщением интенсивности сжатия. В каждый последующий момент состоянне нового сжатого слоя соответствует новой точке на ударной адиабате, с меньшей амплитудой сжатия. В таких измерениях возможно проследить за изменением состояния металла в одном опыте в большом диапазоне давлении, от жидкой фазы до твердой.

Пористый образец взят по следующим причинам. Во-первых, пористый образец состоит из 3epeii. металла и обладает повышенным по сравнению со сплошным металлом электрическим сопротивлением, так как его сопротивление обусловлено переходными сопротивлениями между зернами. Практически удельное сопротивление пористой меди, например, в зависимости от пористости и тол5. щины оксидной пленки на частицах может быть в сотни раз выше удельного сопротивления сплошной меди. Учитывая, что при некоторой выбранной геометрии образца сопротивление его сжатой части, находящейся за фронтом волны, пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением несжатой части, по напряжению, регистрируемому с помощью осциллографа 5, легко определять положение фронта ударной волны в каждый момент сжатия, иначе говоря, скорость ежа5 тия, т.е. скорость ударной волны. Высокое сопротивление образцов облегчает процесс регистрации благодаря использованию относительно несложиой аппаратуры.

Во-вторых, применение образца позволяет повысить его температуру по сравиению со сплошным, материалом при сжатии до тех же давлений. Изменение пористости металла в подобных исследованиях позволяет получить более полную информацию о термодинамических свействах материала.

5 . Установлено, что в данном примере ослабление фронта ударной волны наступает При толщине образцов меди X55s3 мм. Однако по изменении сопротивления образца скорость волны остается постоянной. Это является следствием, того, что сближение

частиц пористой меди происходит от воздействия передией волны с параметрами D i и Р| (D- скорость, Р - давление). Действие разгрузки не касается волны D ь Р i, а лишь распространяется на волну с параметрами

J Da PI и продолжается до некоторых пор. В некоторый момент времени tt при толщине Xjпроисходит скачком новое распределение параметров сжатия, т.е. изменение профиля. Параметры волны сжатия пористога образца при толщине X Х| по оцён ке температуры (выполняется расчетом) и положению на кривой плавления меди отвечают точке на ударной адиабате, где начинается плавление.

Предлагаемый способ опробован и на других металлах и показал положительные результаты при обработке их взрывным давл нием.

Формула изобретения

Способ исследования фазового превращения металла при сжатии ударной волной, заключающийся в том, что на образей металла воздействуют ударной волной и регистрируют изменения его электрического сопротивления, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости при установлении точки плавления металла, ударную

волну со спадом давления за фронтом создают в пористом образце металла, например ударом тонкой пластины, по изменению электрического сопротивления образца регистрируют распространение в нем ударной волны при воздействии разгрузки, определяют границу в образце, начиная с которой уменьшается скорость изменения сопротивления, по скорости ударной волны в слое образца за этой границей определяют состояние сжатого металла, соответствующее началу плавления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Альтшулер Л. В. «Применение ударных волн в физике высоких давлений. Ж-,

«Успехи физических наук, т. 85, вып. 2, 1965.

2.Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. «Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явленнй. М., 1963, с. 561