Realização de elevada temperatura Normal e combinados de pressão-tesoura chapa impacto experiências através de um sistema de aquecedor de Sabot culatra-final

Uma questão de grande interesse é: Como a resistência dinâmica ao cisalhamento dos metais responde às mudanças na pressão e nas taxas de deformação aplicadas? Esta importante questão no campo da caracterização dinâmica de materiais, e outras, poderia ser abordada por esta técnica que também mitiga várias fontes de variação experimental que estão presentes na abordagem convencional. Embora este método tenha sido projetado principalmente para investigações de resistência à compressão e/ou cisalhamento de materiais em alta temperatura, ele também pode ser aplicado para estudos como deslizamento dinâmico e fragmentação.

A pistola de gás da Case Western Reserve University é de estágio único, com seis metros de comprimento e diâmetro de 82,5 milímetros. Uma seção abriga uma modificação personalizada da arma para este experimento. As modificações são representadas neste esquema.

Um sistema de aquecimento combina com o cano da arma existente para que a amostra mantida na frente do sabot resistente ao calor personalizado possa ser aquecida a temperaturas desejadas superiores a 1000 graus Celsius. Modificações adicionais estão na extremidade da câmara alvo. Lá, uma sonda velocímetro doppler fotônica mede com precisão a velocidade da superfície traseira da placa alvo.

Os sinais de diagnóstico de disparo e inclinação vêm dos pinos polarizados por tensão na superfície frontal da placa alvo. A primeira etapa é criar a amostra e o destino para o experimento. Crie as amostras usando alumínio policristalino de alta pureza.

Os orifícios equi-espaçados são para proteger a amostra. Agora verifique o nivelamento da superfície. Coloque a amostra em contato com um plano óptico e posicione os dois sob uma fonte de luz monocromática verde.

Observe as faixas de luz curvas e espaçadas, dependendo das características da superfície. A superfície é suficientemente plana se três ou menos faixas de luz forem visíveis em todo o diâmetro da amostra. O experimento também requer uma placa alvo e um anel de alumínio.

Faça as placas-alvo a partir de haste de liga endurecida por precipitação. Separe o anel de um tubo de alumínio e perfure seis ranhuras com espaçamento igual antes de poli-lo. Junte a placa alvo e o anel de alumínio para produzir um conjunto semelhante a este.

Em seguida, monte o conjunto no anel do suporte do alvo. Quando terminar, a montagem incluirá pinos de cobre para conexão ao gatilho e ao circuito de diagnóstico de inclinação. Monte o anel no suporte do alvo.

Reúna os componentes do sabot resistente ao calor. Isso inclui o suporte de amostra, a amostra e os parafusos de alumina. Também inclui o tubo de rocha de lava de silicato de alumina e o tubo de corpo de alumínio com sua tampa.

Tricotar agora com a tampa. A tampa tem um parafuso de olhal. Suas ranhuras têm um O-ring de vedação e chave de PTFE.

Passe um fio de termopar pela parte inferior. Use epóxi para colar a tampa na parte de trás do tubo de alumínio. Na frente do tubo de alumínio epóxi o tubo de rocha de lava.

Puxe o fio do termopar da tampa através dos tubos para o suporte de amostra e cole o suporte de amostra ao tubo de lava. Depois que o cimento secar, prenda a amostra ao porta-amostras com os parafusos de alumina. Antes de prosseguir, certifique-se de que o nivelamento da superfície frontal da amostra não mudou.

Agora comece a trabalhar com a pistola de gás na câmara de impacto. Monte um estágio de movimento de três eixos em uma haste acima do cano da arma. Prenda ao palco um suporte de prisma com um prisma de alinhamento óptico de precisão.

Em seguida, cole um primeiro espelho de superfície sobre a placa de amostra. Em seguida, posicione o sabot e o cano da arma com a amostra voltada para fora. Na câmara alvo, coloque um primeiro espelho de superfície no alvo e coloque o conjunto do suporte do alvo no lugar.

Gire cuidadosamente o prisma para ficar entre o alvo e as placas de amostra e seus espelhos. Use uma lâmpada difusa para realizar um alinhamento aproximado das placas. Ajuste a platina para obter uma única imagem refletida contínua da lâmpada de todas as superfícies do prisma.

Continue a obter um alinhamento fino com a ajuda de um colimador automático. Aperte todos os parafusos de posicionamento no suporte do alvo e remova o stage de movimento, prisma e espelhos. Mova o sabot para a extremidade da culatra da pistola de gás e conecte o termopar ao monitor de temperatura.

Neste ponto, configure o velocímetro doppler. Isso requer uma sonda focalizadora de fibra óptica epóxi em um tubo de alumínio. Conecte o focalizador óptico a um interferômetro NDI TDI totalmente em fibra óptica.

Agora leve o conjunto do focalizador ao suporte do alvo. Este está fora da câmara alvo para demonstração. Use a quantidade anexada na parte traseira para apoiar o focalizador.

Aponte o focalizador para a superfície traseira do alvo. Ligue o laser e ajuste a posição da sonda do focalizador usando os parafusos no conjunto do focalizador. Pare depois de obter o acoplamento de luz adequado e a otimização do sinal.

Ajuste o acoplador de proporção variável para corresponder à intensidade da luz deslocada de referência e doppler para otimizar o sinal. Depois que todos os preparativos estiverem completos, sele a câmara alvo da culatra e evacue o cano da arma para menos de 100 militorr. Coloque o aquecedor na posição e ligue-o.

Aumente sua temperatura em incrementos de 100 graus Celsius para atingir a temperatura desejada da amostra. Pressurize as câmaras de descarga e carga de queima. Certifique-se também de prender o coletor de sabot à câmara de impacto.

Com tudo no lugar, desligue o aquecedor e mova-o imediatamente para cima em direção ao poço do aquecedor. Registre a temperatura do termopar na superfície da amostra. A partir daqui, continue com a sequência de disparo normal.

Este é um exemplo de tensão registrada em função do tempo durante um experimento típico de impacto de placa normal de geometria invertida. O traço vermelho é o sinal de disparo dos pinos baseados em tensão. A diferença entre os tempos de disparo do primeiro e do último pino permite uma estimativa da inclinação máxima no impacto.

Uma onda longitudinal chega à superfície posterior. O sinal preto é o resultado do diagnóstico de movimento normal da superfície livre usando o velocímetro doppler de fótons. Este gráfico é da velocidade de superfície normal livre para uma faixa de temperaturas.

Os símbolos de dados vão do preto ao vermelho, representando as temperaturas iniciais da amostra mais frias para as mais quentes. O aumento acentuado inicial está relacionado à tensão da amostra de alumínio em sua interface com o alvo à medida que o choque evolui. O platô resulta da correspondência de impedância entre a amostra e o alvo.

Observe que a maior velocidade de superfície livre está associada à temperatura mais baixa e as velocidades diminuem com o aumento da temperatura. Isso sugere um possível amolecimento térmico da amostra sob as diferentes condições de teste. Um resultado mais interessante pode ser visto na figura 16, que mostra o traço da velocidade da partícula de superfície livre normal obtido a partir de experimentos de impacto de placa normal de geometria reversa realizados em magnésio policristalino de pureza comercial.

Os resultados mostram velocidades de partículas monotonicamente decrescentes no platô de choque com temperaturas crescentes na faixa de 23 a 610 graus Celsius. No entanto, em temperaturas além desse nível, ou seja, 617 e 630 graus Celsius, uma reversão dessa tendência pode ser claramente observada. Esse aumento na velocidade das partículas sugere um aumento na impedância de choque do material da amostra.

Além disso, supondo que as constantes elásticas do material diminuam em função do aumento da temperatura, um aumento na impedância de choque, neste caso, sugere um aumento na resistência ao escoamento e/ou módulo plástico do material da amostra. Pode-se observar que o aumento da velocidade da partícula no platô de choque é acompanhado por um aumento nos níveis de velocidade da partícula ao longo do aumento inicial no traço da velocidade da partícula, que se correlaciona com os níveis de tensão da interface alvo da amostra durante a plasticidade incipiente do material da amostra. A Figura 17 mostra micrografias de seções transversais da superfície de impacto de corpos de prova pós-teste.

As imagens mostram dois efeitos perceptíveis na microestrutura como resultado do aumento da temperatura. O primeiro é o amadurecimento do grão com o aumento da temperatura da amostra. As imagens também mostram uma mudança nas formações de bandas gêmeas.

Olhando atentamente para as imagens correspondentes a temperaturas que variam de 23 a 500 graus Celsius, uma clara redução nas bandas gêmeas é observada com o aumento da temperatura. No entanto, em temperaturas mais altas, ou seja, 610, 617 e 630 graus Celsius, observa-se um ressurgimento dessas bandas gêmeas, o que sugere que a formação de bandas gêmeas é favorecida na extremidade posterior dessa faixa de temperatura. Se os materiais de teste já estiverem montados, uma vez dominados, essa técnica pode ser feita em cerca de cinco a seis horas.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de tomar os devidos cuidados na preparação dos materiais da amostra para que as tolerâncias de planicidade e paralelismo possam ser atendidas adequadamente. Seguindo este procedimento, métodos semelhantes, como impacto oblíquo da placa e impacto da placa de cisalhamento por pressão, também podem ser executados, o que permite que o comportamento dinâmico do material seja sondado em várias taxas e modos de carregamento. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar um experimento de impacto de placa de temperatura elevada, o que permite aliviar vários desafios experimentais presentes na abordagem convencional.