Elevada temperatura Normal y combinado de la presión de corte placa impacto experimentos mediante un sistema de calentador de Sabot de nalgas-final
Summary
Aquí, presentamos un protocolo detallado de un nuevo enfoque para la realización de impacto placa normal inversa a temperatura elevada y el impacto combinado de presión y corte de placa. El enfoque implica el uso de un calentador de bobina resistiva de nalgas-fin para calentar una muestra celebrada en el front-end de un casquillo a prueba de calor a la temperatura deseada.
Abstract
Se presenta un nuevo enfoque para realizar experimentos de impacto de placa normal o combinada de corte de presión a prueba de temperaturas hasta 1000 ° C. El método permite experimentos de impacto placa de temperatura elevada orientados sondeo dinámico comportamiento de materiales bajo extremos de termomecánica, mientras mitiga varios especiales experimentales retos al realizar experimentos similares utilizan el enfoque de impacto convencional de la placa. Adaptaciones personalizadas se realizan en el extremo trasero de un cañón de gas de una etapa en la Case Western Reserve University; estas adaptaciones incluyen una pieza de extensión de precisión fabricada en acero SAE 4340, que está estratégicamente diseñado para acoplar el cañón existente mientras que proporciona una alta tolerancia coincida con el agujero y chavetero. La pieza de extensión contiene un cilíndrico vertical calentador-pozo, que alberga a un conjunto del calentador. Una bobina resistiva calentador-cabeza, capaz de alcanzar temperaturas de hasta 1200 ° C, se une a un vástago vertical con grados axial/rotación de las libertades; Esto permite muestras metal delgadas en el front-end de un sabot a prueba de calor para calentar uniformemente todo el diámetro a las temperaturas de prueba deseado. Calentando la placa flyer (en este caso, la muestra) al final recámara del cañón en vez de en el extremo de destino pueden evitarse varios críticos desafíos experimentales. Estos incluyen: 1) severos cambios en la alineación de la placa de la blanco durante el calentamiento debido a la expansión térmica de los varios componentes de la Asamblea de sostenedor de destino; 2) los desafíos que se presentan debido a los elementos de diagnóstico, (es decir., rejas olográficas del polímero y sondas ópticas) están demasiado cerca de la Asamblea de destino climatizada; 3) los retos que se presentan para apuntan las placas con una ventana óptica, donde las tolerancias cruciales entre la muestra, enlace de capa y la ventana cada vez más difícil mantener a altas temperaturas; 4) en el caso de combinar compresión cizalladura placa impacto experimentos, la necesidad de rejillas de difracción resistentes de alta temperatura para la medición de la velocidad transversal de la partícula en la superficie libre del destino; y 5) limitaciones impusieron a la velocidad de impacto es necesaria para la interpretación inequívoca de la velocidad de superficie libre medida versus Perfil de tiempo debido a la térmica de ablandamiento y posiblemente rendimiento de las placas limitadoras de destino. Mediante la utilización de las adaptaciones antes mencionadas, presentamos los resultados de una serie de experimentos de impacto de placa normal de geometría inversa en el aluminio de pureza comercial en un rango de temperaturas de la muestra. Estos experimentos muestran disminución de velocidades de partículas en el Estado afectado, que son indicativas de ablandamiento del material (disminución en la tensión de flujo de la producción) con aumento de la temperatura de la muestra.
Introduction
En aplicaciones de ingeniería, los materiales son sometidos a una amplia gama de condiciones, que puede ser estática o dinámica en la naturaleza, juntada con altos niveles de deformación y temperaturas que van desde habitaciones hasta cerca del punto de fusión. Bajo estos extremos termomecánico el comportamiento del material puede variar drásticamente; así, durante casi un siglo, varios experimentos han sido desarrollados destinado a sondear la respuesta dinámica y otras características de comportamiento material mientras que bajo control carga regímenes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. para metales en baja las tasas de tensión intermedio (10-6-100 s), tornillo servo-hidráulico o de precisión, máquinas de ensayo universales se han utilizado para estudiar la respuesta de materiales sometidos a diferentes modos de carga y niveles de deformación. Pero como la tensión aplicada, las tasas aumentan más allá de las tasas de tensión intermedio (es decir., > 10/s2), otras técnicas experimentales sea necesarios con el fin de sondear la respuesta mecánica. Por ejemplo, carga de tarifas de 103/s hasta a 5 × 104/s tamaño completo o miniaturizados permiten de barras Hopkinson Split presión estas mediciones para hacer8,15.
Tradicionalmente, armas de gas luz y placa explosivo conducido experimentos de impacto se han utilizado para estudiar la dinámica inelasticidad y otro fenómeno como la Espalación, o fase de transformación que se producen con índices de muy alta tensión (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, o una combinación de altas presiones y carga dinámica. Habitualmente, los experimentos de impacto placa implican el lanzamiento de una placa de aviador por un sabot inicialmente en el extremo trasero de la pistola de gas, que luego viaja a lo largo del cañón y se hace chocar con una placa de destino estacionarias cuidadosamente alineados en la cámara de impacto. Como consecuencia del impacto, se generan presión normal o combinada y tensiones de esquileo en la interfaz de volante/destino, que viajan a través de las dimensiones espaciales de las placas como ondas de esfuerzo longitudinal y transversal longitudinal o combinada. La llegada de las ondas en la superficie posterior de la placa de la blanco afectan la velocidad de partícula superficial libre instantánea de la placa de la blanco, que se controla normalmente mediante técnicas interferométricas. Para permitir la interpretación de la velocidad de la partícula medida versus historia del tiempo, es necesario que se generen ondas planas con un frente paralelo a la superficie de impacto al impacto14,23. Para los efectos anteriores, se deben producir con un ángulo de inclinación de impacto del orden de Mili-radian menos12,24, con superficies de impacto de llanura mejor que unos micrómetros5,25.
Experimentos de impacto placa se han adaptado para incluir elementos calefactores que permitan investigaciones de comportamiento material para ampliar en termomecánica extremos26,27,28,29. Estas adaptaciones implican generalmente la adición de una bobina de inducción o de un calentador de resistencia hasta el destino final de la pistola de gas; Aunque estas adaptaciones han demostrado ser factibles experimentalmente, el enfoque conduce intrínsecamente a desafíos experimentales especiales que requieren consideraciones de cuidado. Algunas de estas complicaciones experimentales incluyen expansión térmica diferencial de los diversos componentes del conjunto de soporte objetivo o accesorio de la alineación mientras la placa de la blanco (muestra), que requiere ajustes de alineación en tiempo real, de la calefacción hecho generalmente con las herramientas de alineación controlado remotamente con retroalimentación continua para mantener la tolerancia de paralelismo crucial entre la placa de muestra y blanco. En el caso del esquema de experimentales de impacto placa de presión de corte, calentamiento de la muestra requiere rejillas de polímero convencional ser reemplazado por rejillas metálicas resistentes de alta temperatura para monitorear la velocidad transversal de la partícula en la superficie libre de la placa de la blanco. Por otra parte, el calentamiento de la muestra puede Agregar limitaciones en la velocidad de impacto que se puede emplear en algunos regímenes experimentales, como en la cepa alta tasa combinada configuración de impacto presión y corte de placa, donde se puede requeridos consideraciones especiales para evitar la clara interpretación de los resultados experimentales, que se calculan utilizando la impedancia acústica de la parte delantera y trasera blanco placas que puede ser dependientes de la temperatura. Por último, otros esquemas experimentales, que requieren una placa de la blanco con una ventana óptica, las tolerancias entre la muestra, capa de enlace y capas cada vez más difíciles mantener a las altas temperaturas19.
Para aliviar los desafíos experimentales mencionados anteriormente, hemos realizado adaptaciones personalizadas a la vigente etapa gas pistola en caso Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Estas modificaciones permiten muestras metal delgadas en el front-end de un zueco resistente al calor para ser calentado a temperaturas superiores a 1000 ° C, antes de la cocción, que permiten alta temperatura experimentos de impacto de placa corte de presión normal o combinado que llevó a cabo. En contraste con la mayoría de los enfoques convencionales empleados para estudios de impacto de la placa de temperatura elevada, este método se ha demostrado para aliviar varios de los desafíos experimentales descritos. Por ejemplo, este enfoque ha sido utilizado para viable alcanzar ángulos de inclinación de menos de un milli-radián sin la necesidad de ajuste de tilt remoto30o elementos ópticos adicionales para monitorear los cambios de inclinación durante el experimento. En segundo lugar, debido a que la placa de la blanco es bajo temperaturas ambientales, este método no requiere la necesidad de rejillas olográficas resistentes de alta temperatura especiales para la medición de la velocidad transversal de la partícula en los experimentos de impacto oblicuo; Además, mayores velocidades de impacto pueden ser utilizadas sin riesgo de que el objetivo de la placa y por lo tanto, reducir la complejidad en la interpretación de los resultados experimentales. Para añadir, este enfoque puede ser utilizado para realizar experimentos de impacto de placa normal de geometría inversa de alta temperatura que proporcionan relaciones de nosotros-para arriba para un material de muestra de elección. Estos pueden obtenerse mediante técnicas de adaptación de impedancias, o además, un análisis del ventilador vacuo de la superficie posterior de la muestra que llevan información sobre los cambios en la velocidad de descarga de muestra durante descarga33,34 . En la configuración de impacto temperatura elevada presión-esquile combinado placa, este enfoque permite la inelasticidad dinámica de películas delgadas a estudiar hasta una temperatura amplia y gama de deformación plástica y tasas de tensión hasta 107/s según del espesor del espécimen fino16,27,29.
Vamos a presentar los protocolos necesarios para llevar a cabo un experimento de impacto placa típica elevada temperatura mencionado. Esto será seguido por una sección dedicada representante resultados obtenidos utilizando la técnica actual. Por último, se presentará una discusión de los resultados antes de una conclusión.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método y el Protocolo mencionados detallada el procedimiento para realizar correctamente un experimento de impacto placa normal de geometría inversa en las temperaturas elevadas. En este enfoque, hacer modificaciones personalizadas en el cañón en el extremo de alta presión (nalgas) de la pistola de gas existentes en Case Western Reserve University, para una bobina de calentador resistivo con grados de libertad rotacionales y axiales. El sistema de bobina de calentador resistente permite a muestras de aluminio fin…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean reconocer el apoyo financiero del Departamento de energía de Estados Unidos a través de la administración ciencia académica Alianza DOE/NNSA (DE NA0001989 y DE NA0002919) en la realización de esta investigación. Por último, los autores desean agradecer a Laboratorio Nacional Los Álamos por su colaboración para apoyar los esfuerzos que en las investigaciones actuales y futuras.
Materials
| 99.999% commercial purity polycrystalline aluminum | Goodfellow | AL007970 | Material for flyer plate (sample) |
| H13 tool steel | Fabrication Center of CWRU | N/A | Material for the sample holder |
| Solution treat & age Inconel 718 alloy | High Temp Metals | N/A | (1.005/1.015)" Dia x 24", Material for target plate |
| Photoresist S1805 | MicroChem | N/A | Material of the photoresist for holographic grating |
| Developer CD-26 | MicroChem | N/A | Developer to the photoresist for holographic grating |
| Aluminum 6063 tube | McMaster-Carr | 4568T19 | Material for the ring in target assembly |
| Black Delrin (R) Acetal Resin Rod (4-1/2" Dia.) | McMaster-Carr | 8576K81 | Material for the Delrin holder in target assembly |
| White Delrin (R) Acetal Resin Rod (1/4" Dia.) | McMaster-Carr | 8572K51 | Material for the Delrin pins in target assembly |
| Aluminum 6061 tube | McMaster-Carr | 9056K24 | Material for the body in projectile assembly |
| Aluminum 6061 rod | McMaster-Carr | 8974K88 | Material for the cap in projectile assembly |
| Teflon sheet | McMaster-Carr | 8711K98 | Material for the key |
| LAVA-FF – Alumina Silicate disc | Technical Products | CWR-033116-1 | |
| LAVA-FF – Alumina Silicate tube | Technical Products | ALR11515 | |
| Alumina Pan Slotted Head Bolt | Ceramco | A83200PANSLT0.500 | |
| 409 N70 Buna-N O-ring | The O-ring Store | B70409 | |
| Loctite Hysol 9412 adhesive | Loctite | 83107 | |
| High Temperature Cements | OMEGA Engineering | OB-300 | |
| Extra fast-set epoxy | Ellsworth | 4001 | |
| Mylar sheet | McMaster-Carr | 8567K94 |
Referências
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