Elevada temperatura Normal y combinado de la presión de corte placa impacto experimentos mediante un sistema de calentador de Sabot de nalgas-final

Una pregunta de gran interés es: ¿Cómo responde la resistencia dinámica al cizallamiento de los metales a los cambios en la presión y las tasas de deformación aplicadas? Esta importante cuestión en el campo de la caracterización dinámica de materiales, y otras, podría abordarse mediante esta técnica que también mitiga varias fuentes de variación experimental que están presentes en el enfoque convencional. Aunque este método fue diseñado principalmente para investigaciones de resistencia a la compresión y/o al cizallamiento a alta temperatura de los materiales, también se puede aplicar para estudios como el deslizamiento y el desconchado dinámicos.

La pistola de gas de la Universidad Case Western Reserve es de una sola etapa, con una longitud de seis metros y un diámetro de 82,5 milímetros. Una sección alberga una modificación personalizada del arma para este experimento. Las modificaciones están representadas en este esquema.

Un sistema de calentamiento se acopla con el cañón de la pistola existente para que la muestra contenida en la parte delantera del sabot resistente al calor personalizado se pueda calentar a las temperaturas deseadas superiores a 1000 grados Celsius. Las modificaciones adicionales se encuentran en el extremo de la cámara objetivo. Allí, una sonda velocímetro Doppler fotónica mide con precisión la velocidad de la superficie posterior de la placa objetivo.

Las señales de diagnóstico de disparo e inclinación provienen de los pines polarizados por voltaje en la superficie frontal de la placa objetivo. El primer paso es crear la muestra y el objetivo para el experimento. Cree las muestras utilizando aluminio policristalino de alta pureza.

Los orificios equiespaciados son para asegurar la muestra. Ahora verifique la planitud de la superficie. Coloque la muestra en contacto con un plano óptico y, a continuación, coloque los dos bajo una fuente de luz monocromática verde.

Observe bandas de luz curvadas y espaciadas en función de las características de la superficie. La superficie es lo suficientemente plana si se ven tres o menos bandas de luz a lo largo del diámetro de la muestra. El experimento también requiere una placa objetivo y un anillo de aluminio.

Haga que las placas objetivo sean de varilla de aleación endurecida por precipitación. Sección el anillo de un tubo de aluminio y taladre seis ranuras espaciadas iguales antes de pulirlo. Junte la placa de destino y el anillo de aluminio para producir un ensamblaje similar a este.

A continuación, monte el conjunto en el anillo de soporte del objetivo. Una vez terminado, el ensamblaje incluirá clavijas de cobre para conectarse al gatillo y al circuito de diagnóstico de inclinación. Monte el anillo en el soporte del objetivo.

Reúna los componentes del sabot resistente al calor. Estos incluyen el portamuestras, la muestra y los tornillos de alúmina. También incluye el tubo de roca volcánica de silicato de alúmina y el tubo de cuerpo de aluminio con su tapa.

Ahora trabaja con la tapa. La tapa tiene un cáncido. Sus ranuras tienen una junta tórica de sellado y una llave de PTFE.

Pase un cable de termopar a través de su parte inferior. Use epoxi para adherir la tapa a la parte posterior del tubo de aluminio. En la parte delantera del tubo de aluminio epoxi el tubo de roca volcánica.

Tire del cable del termopar desde la tapa a través de los tubos hasta el portamuestras y adhiera el portamuestras al tubo de lava. Después de que el cemento se seque, asegure la muestra al portamuestras con los tornillos de alúmina. Antes de continuar, asegúrese de que la planitud de la superficie frontal de la muestra no haya cambiado.

Ahora comience a trabajar con la pistola de gas en la cámara de impacto. Monte una etapa de movimiento de tres ejes en una varilla sobre el cañón del arma. Fije a la platina un soporte de prisma con un prisma de alineación óptica de precisión.

A continuación, coloque un primer espejo de superficie sobre la placa de muestra. A continuación, coloque el sabot y el cañón de la pistola con la muestra hacia fuera. En la cámara del objetivo, coloque un primer espejo de superficie en el objetivo y coloque el conjunto del soporte del objetivo en su lugar.

Gire con cuidado el prisma para que quede entre el objetivo y las placas de muestra y sus espejos. Utilice una bombilla difusa para realizar una alineación aproximada de las placas. Ajuste la platina para lograr una única imagen reflejada continua de la bombilla desde todas las superficies del prisma.

Continúe para lograr una alineación fina con la ayuda de un colimador automático. Apriete todos los tornillos de posicionamiento del soporte del objetivo y retire la etapa de movimiento, el prisma y los espejos. Mueva el sabot al extremo de la recámara de la pistola de gas y conecte el termopar al monitor de temperatura.

En este punto, configure el velocímetro Doppler. Esto requiere una sonda enfocadora de fibra óptica epoxi en un tubo de aluminio. Conecte el enfocador óptico a un interferómetro NDI TDI de fibra óptica.

Ahora lleve el conjunto del enfocador al soporte del objetivo. Este está fuera de la cámara objetivo para la demostración. Utilice la cantidad adjunta en la parte trasera para sostener el enfocador.

Apunte el enfocador a la superficie trasera del objetivo. Encienda el láser y ajuste la posición de la sonda del enfocador con los tornillos del conjunto del enfocador. Deténgase después de lograr el acoplamiento de luz adecuado y la optimización de la señal.

Ajuste el acoplador de relación variable para que coincida con la intensidad de la luz de referencia y desplazada Doppler para optimizar la señal. Una vez completados todos los preparativos, selle la recámara de la culata y evacue el cañón del arma a menos de 100 militorr. Mueva el calentador a su posición y enciéndalo.

Aumente su temperatura en incrementos de 100 grados Celsius para alcanzar la temperatura de muestra deseada. Presurice el volquete de disparo y las cámaras de carga. También asegúrese de asegurar el receptor de sabot a la cámara de impacto.

Con todo en su lugar, apague el calentador e inmediatamente muévalo hacia arriba, hacia el pozo del calentador. Registre la temperatura del termopar en la superficie de la muestra. A partir de aquí, continúe con la secuencia de disparo normal.

Este es un ejemplo de voltaje registrado en función del tiempo durante un experimento típico de impacto de placa normal de geometría invertida. La traza roja es la señal de disparo de los pines basados en voltaje. La diferencia entre los tiempos de activación del primer y el último bolo permite estimar la inclinación máxima en el momento del impacto.

Una onda longitudinal llega a la superficie posterior. La señal negra es el resultado del diagnóstico de movimiento normal de la superficie libre utilizando el velocímetro Doppler de fotones. Este gráfico es de la velocidad superficial normal libre para un rango de temperaturas.

Los símbolos de datos van de negro a rojo, lo que representa las temperaturas iniciales de la muestra más frías a las más cálidas. El aumento brusco inicial está relacionado con la tensión de la muestra de aluminio en su interfaz con el objetivo a medida que evoluciona el choque. La meseta es el resultado de la coincidencia de impedancia entre la muestra y el objetivo.

Tenga en cuenta que la velocidad de la superficie libre más alta se asocia con la temperatura más baja y las velocidades disminuyen con el aumento de la temperatura. Esto sugiere un posible reblandecimiento térmico de la muestra en las diferentes condiciones de ensayo. Un resultado más interesante se puede ver en la figura 16, que muestra la traza de velocidad de las partículas de superficie libre normal obtenida a partir de experimentos de impacto de placas normales de geometría inversa realizados en magnesio policristalino de pureza comercial.

Los resultados muestran velocidades de partícula monótonamente decrecientes en la meseta de choque con temperaturas crecientes en el rango de 23 a 610 grados Celsius. Sin embargo, a temperaturas más allá de este nivel, es decir, 617 y 630 grados centígrados, se puede observar claramente una inversión de esta tendencia. Este aumento en la velocidad de la partícula sugiere un aumento en la impedancia de choque del material de la muestra.

Además, suponiendo que las constantes elásticas del material disminuyen en función del aumento de la temperatura, entonces un aumento en la impedancia de choque en este caso sugiere un aumento en el límite elástico y/o el módulo plástico del material de muestra. Se puede ver que el aumento de la velocidad de las partículas en la meseta de choque va acompañado de un aumento de los niveles de velocidad de las partículas a lo largo del aumento inicial de la traza de la velocidad de las partículas, lo que se correlaciona con los niveles de tensión de la interfaz objetivo de la muestra durante la plasticidad incipiente del material de la muestra. La Figura 17 muestra micrografías de secciones transversales de la superficie de impacto de muestras posteriores a la prueba.

Las imágenes muestran dos efectos notables en la microestructura como resultado del aumento de la temperatura. La primera es la maduración del grano con el aumento de la temperatura de la muestra. Las imágenes también muestran un cambio en las formaciones de bandas gemelas.

Mirando cuidadosamente las imágenes correspondientes a temperaturas que oscilan entre los 23 y los 500 grados centígrados, se observa una clara reducción de las bandas gemelas con el aumento de la temperatura. Sin embargo, a temperaturas más altas, es decir, 610, 617 y 630 grados Celsius, se observa una reemergencia de estas bandas gemelas, lo que sugiere que la formación de bandas gemelas se ve favorecida en el último extremo de este rango de temperatura. Si los materiales de prueba ya están ensamblados, una vez dominados, esta técnica se puede realizar en unas cinco o seis horas.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar tener el cuidado adecuado en la preparación de los materiales de muestra para que las tolerancias de planitud y paralelismo se puedan cumplir adecuadamente. Siguiendo este procedimiento, también se pueden realizar métodos similares, como el impacto de la placa oblicua y el impacto de la placa de cizallamiento a presión, que permiten sondear el comportamiento dinámico del material a varias velocidades y modos de carga. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar un experimento de impacto de placa a temperatura elevada, lo que le permite aliviar varios desafíos experimentales presentes en el enfoque convencional.