Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot

Una domanda di grande interesse è: in che modo la resistenza al taglio dinamico dei metalli risponde alle variazioni di pressione e velocità di deformazione applicate? Questa importante domanda nel campo della caratterizzazione dinamica dei materiali, e altre, potrebbe essere affrontata da questa tecnica che mitiga anche diverse fonti di variazione sperimentale presenti nell'approccio convenzionale. Sebbene questo metodo sia stato progettato principalmente per indagini sulla resistenza alla compressione e/o al taglio ad alta temperatura dei materiali, può essere applicato anche per studi come lo scorrimento dinamico e la scheggiatura.

La pistola a gas della Case Western Reserve University è monostadio, con una lunghezza di sei metri e un alesaggio di 82,5 millimetri. Una sezione ospita una modifica personalizzata alla pistola per questo esperimento. Le modifiche sono rappresentate su questo schema.

Un sistema di riscaldamento si accoppia con la canna del cannone esistente in modo che il campione tenuto nella parte anteriore del sabot resistente al calore personalizzato possa essere riscaldato alle temperature desiderate superiori a 1000 gradi Celsius. Ulteriori modifiche sono presenti all'estremità della camera target. Lì, una sonda velocimetrica doppler fotonica misura con precisione la velocità della superficie posteriore della piastra bersaglio.

I segnali diagnostici di attivazione e inclinazione provengono dai pin polarizzati in tensione sulla superficie anteriore della piastra di destinazione. Il primo passaggio consiste nel creare il campione e la destinazione per l'esperimento. Creare i campioni utilizzando alluminio policristallino ad alta purezza.

I fori equidistanti servono per fissare il campione. Ora controlla la planarità della superficie. Posizionare il campione a contatto con un piano ottico, quindi posizionare i due sotto una sorgente di luce monocromatica verde.

Osservare le bande luminose curve e distanziate a seconda delle caratteristiche della superficie. La superficie è sufficientemente piana se sono visibili tre o meno bande luminose sul diametro del campione. L'esperimento richiede anche una piastra di bersaglio e un anello di alluminio.

Realizzare le piastre bersaglio con un'asta in lega indurita per precipitazione. Sezionare l'anello da un tubo di alluminio e praticare sei fessure equidistanti prima di lucidarlo. Metti insieme la piastra di destinazione e l'anello di alluminio per produrre un assemblaggio simile a questo.

Quindi montare il gruppo sull'anello portabersaglio. Al termine, l'assemblaggio includerà pin in rame per il collegamento al circuito diagnostico del grilletto e dell'inclinazione. Montare l'anello sul supporto del bersaglio.

Raccogli i componenti del sabot resistente al calore. Questi includono il supporto del campione, il campione e le viti di allumina. Include anche il tubo in roccia lavica di silicato di allumina e il tubo del corpo in alluminio con il suo tappo.

Ora lavorate con il tappo. Il tappo ha un golfare. Le sue scanalature hanno un O-ring di tenuta e una chiave in PTFE.

Far passare un filo della termocoppia attraverso il fondo. Utilizzare resina epossidica per far aderire il tappo al retro del tubo di alluminio. Nella parte anteriore del tubo di alluminio epossidico il tubo di roccia lavica.

Tirare il filo della termocoppia dal tappo attraverso i tubi fino al portacampioni e far aderire il portacampione al tubo di lava. Dopo che il cemento si è asciugato, fissare il campione al portacampione con le viti di allumina. Prima di procedere, assicurarsi che la planarità della superficie anteriore del campione non sia cambiata.

Ora inizia a lavorare con la pistola a gas nella camera d'impatto. Monta uno stadio di movimento a tre assi su un'asta sopra la canna del fucile. Fissare al tavolino un supporto per prisma con un prisma di allineamento ottico di precisione.

Quindi fissare con nastro adesivo un primo specchio di superficie sulla piastra del campione. Quindi posizionare il sabot e la canna del fucile con il campione rivolto verso l'esterno. Nella camera del bersaglio, posizionare un primo specchio di superficie sul bersaglio e posizionare il gruppo del supporto del bersaglio.

Ruotare con cautela il prisma in modo che si trovi tra il bersaglio e le piastre campione e i loro specchi. Utilizzare una lampadina diffusa per eseguire un allineamento approssimativo delle piastre. Regola il tavolino per ottenere un'unica immagine riflessa continua della lampadina da tutte le superfici del prisma.

Continua a ottenere un allineamento preciso con l'aiuto di un collimatore automatico. Serrare tutte le viti di posizionamento sul supporto del bersaglio e rimuovere il tavolino di movimento, il prisma e gli specchi. Spostare il sabot all'estremità della culatta della pistola a gas e collegare la termocoppia al monitor della temperatura.

A questo punto impostate il velocimetro doppler. Ciò richiede una sonda del focheggiatore in fibra ottica epossidica in un tubo di alluminio. Collegare il focheggiatore ottico a un interferometro NDI TDI interamente in fibra ottica.

Ora porta il gruppo focheggiatore al supporto del bersaglio. Questo è al di fuori della camera di destinazione per la dimostrazione. Utilizzare la quantità allegata nella parte posteriore per sostenere il focheggiatore.

Puntare il focheggiatore verso la superficie posteriore del bersaglio. Accendere il laser e regolare la posizione della sonda del focheggiatore utilizzando le viti sul gruppo focheggiatore. Fermarsi dopo aver ottenuto un corretto accoppiamento della luce e l'ottimizzazione del segnale.

Regolare l'accoppiatore a rapporto variabile in modo che corrisponda all'intensità della luce di riferimento e spostata Doppler per ottimizzare il segnale. Dopo che tutti i preparativi sono stati completati, sigillare la camera del bersaglio della culatta ed evacuare la canna del cannone a meno di 100 millitorr. Spostare il riscaldatore in posizione e accenderlo.

Aumentare la sua temperatura con incrementi di 100 gradi Celsius per raggiungere la temperatura del campione desiderata. Pressurizzare le camere di scarico e di carico di combustione. Assicurati anche di fissare il sabot catcher alla camera d'impatto.

Con tutto a posto, spegnere il riscaldatore e spostarlo immediatamente verso l'alto verso il pozzetto del riscaldatore. Registrare la temperatura della termocoppia sulla superficie del campione. Da qui proseguire con la normale sequenza di cottura.

Questo è un esempio di tensione registrata in funzione del tempo durante un tipico esperimento di impatto su piastra normale a geometria invertita. La traccia rossa è il segnale di trigger dai pin basati sulla tensione. La differenza tra i tempi di attivazione del primo e dell'ultimo perno consente una stima dell'inclinazione massima all'impatto.

Un'onda longitudinale arriva sulla superficie posteriore. Il segnale nero è il risultato della normale diagnostica del movimento della superficie libera utilizzando il velocimetro doppler a fotoni. Questo grafico rappresenta la velocità superficiale normale libera per un intervallo di temperature.

I simboli dei dati vanno dal nero al rosso, rappresentando le temperature iniziali del campione più fredde e più calde. Il forte aumento iniziale è correlato allo stress del campione di alluminio alla sua interfaccia con il bersaglio mentre l'urto si evolve. Il plateau risulta dalla corrispondenza di impedenza tra il campione e il target.

Si noti che la velocità della superficie libera più alta è associata alla temperatura più bassa e le velocità diminuiscono con l'aumentare della temperatura. Ciò suggerisce un possibile rammollimento termico del campione nelle diverse condizioni di prova. Un risultato più interessante può essere visto nella figura 16 che mostra la normale traccia di velocità delle particelle sulla superficie libera ottenuta da esperimenti di impatto su piastre normali a geometria inversa eseguiti su magnesio policristallino di purezza commerciale.

I risultati mostrano una diminuzione monotona della velocità delle particelle al plateau d'urto con temperature crescenti nell'intervallo da 23 a 610 gradi Celsius. Tuttavia, a temperature superiori a questo livello, cioè 617 e 630 gradi Celsius, si può osservare chiaramente un'inversione di tendenza. Questo aumento della velocità delle particelle suggerisce un aumento dell'impedenza d'urto del materiale campione.

Inoltre, supponendo che le costanti elastiche del materiale diminuiscano in funzione dell'aumento della temperatura, allora un aumento dell'impedenza d'urto in questo caso suggerisce un aumento della resistenza allo snervamento e/o del modulo plastico del materiale campione. Si può notare che l'aumento della velocità delle particelle al plateau d'urto è accompagnato da un aumento dei livelli di velocità delle particelle durante l'aumento iniziale della traccia di velocità delle particelle, che è correlato ai livelli di stress dell'interfaccia target del campione durante l'incipiente plasticità del materiale campione. La Figura 17 mostra le micrografie delle sezioni trasversali della superficie d'impatto dei campioni post-test.

Le immagini mostrano due effetti evidenti sulla microstruttura a causa dell'aumento della temperatura. Il primo è la maturazione del grano con l'aumento della temperatura del campione. Le immagini mostrano anche un cambiamento nelle formazioni a banda gemella.

Osservando attentamente le immagini corrispondenti a temperature comprese tra 23 e 500 gradi Celsius, si osserva una chiara riduzione delle bande gemelle con l'aumentare della temperatura. Tuttavia, a temperature più elevate, cioè 610, 617 e 630 gradi Celsius, si osserva una riemersione di queste bande gemelle, il che suggerisce che la formazione di bande gemelle è favorita all'ultima estremità di questo intervallo di temperatura. Se i materiali di prova sono già assemblati, una volta padroneggiati, questa tecnica può essere eseguita in circa cinque o sei ore.

Durante il tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di prestare la dovuta attenzione nella preparazione dei materiali campione in modo che le tolleranze di planarità e parallelismo possano essere adeguatamente soddisfatte. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire metodi simili, come l'impatto obliquo della piastra e l'impatto della piastra di taglio a pressione, che consentono di sondare il comportamento dinamico del materiale a varie velocità e modalità di carico. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire un esperimento di impatto su piastra a temperatura elevata, che ti consente di alleviare diverse sfide sperimentali presenti nell'approccio convenzionale.