Name: Realização de elevada temperatura Normal e combinados de pressão-tesoura chapa impacto experiências através de um sistema de aquecedor de Sabot culatra-final (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-07T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Aprenda a realizar ensaios de impacto de placa em alta temperatura e pressão-cisalhamento combinados usando um aquecedor de bobina resistiva. Este método avançado permite caracterizar a resistência dinâmica de metais com maior precisão experimental.

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Os autores gostaria de reconhecer o apoio financeiro do departamento de energia dos EUA através da mordomia ciência acadêmico aliança DOE/NNSA (DE-NA0001989 e DE-NA0002919) na realização desta pesquisa. Finalmente, os autores gostaria de agradecer sua colaboração em prol da submetidos à esforços nos atuais e futuros inquéritos laboratório nacional de Los Alamos.

1. amostra e preparação de Material-alvo
Nota: No protocolo a seguir, detalharemos as etapas necessárias para preparar os materiais de amostra e alvo, que serão utilizados mais tarde em um experimento de impacto de placa normal de geometria inversa. Nesta configuração, um prato de passageiro (também a amostra), realizado na frente de um tamanco, será lançado através de uma arma de gás único estágio e feito para o impacto de uma placa-alvo estacionário alojada na câmara do alvo a arma de gás. Um típico flyer e alvo placa montagem descrita o seguinte protocolo é mostrada esquematicamente na Figura 1.
<ol><li>Seção de uma haste de alumínio 99.999% pureza comercial policristalino em discos que serão posteriormente usados como as placas de passageiro (amostras). Nota: Isto pode ser feito usando uma serra de velocidade lenta para evitar altas temperaturas e tensões residuais na peça de trabalho.</li>
	<li>Enfrentar e transformar os discos de amostra em um torno mecânico para um diâmetro de 76 mm e espessura de 5,6 mm.</li>
	<li>Faça três furos equispaced 5 mm de diâmetro em um círculo de bold (realce) de diâmetro de 62mm sobre os discos de amostra, que será posteriormente usado para fixar as amostras para o tamanco.</li>
	<li>Moa a ambos os lados das placas de amostra para atingir uma tolerância de planicidade e paralelismo de quase 10 µm sobre o diâmetro das amostras.<ol>
<li>Execute um colo áspero nas superfícies da placa de amostra usando uma máquina de polimento comercial com granulometria relativamente grossa (10-20 µm). Nota: Um peso pode ser adicionado nesta etapa as superfícies dobradas alcançará uma cinza maçante mesmo, indicando uniformidade em todo o diâmetro do disco.</li>
		<li>Limpe cuidadosamente as amostras rodou usando etanol para remover quaisquer partículas residuais e óleo mineral. Em seguida, polonês ambas as superfícies das placas de amostra usando 1 µm colar de diamante sobre um pano de polimento.</li>
		<li>Verificar o nivelamento das amostras pela observação de bandas de luz através de um plano óptico em contacto com a superfície de interesse sob uma fonte de luz monocromática verde16. Nota: Nivelamento pode ser quantificado, observando-se a curvatura das bandas de luz na superfície da amostra, ou pela contagem do número de bandas em todo o diâmetro, conforme mostrado na Figura 2.<ol>
<li>Movimento-para o próximo passo, se a luz de 3 bandas ou menos são vistos em todo o diâmetro de amostra, indicando que um nivelamento de cerca de 2 µm. caso contrário, repita os passos de 1.4.1 - 1.4.3 até 3 faixas de luz ou melhor é alcançado.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Repita as etapas 1.1-1.3 para fabricar as placas de destino. Seção de uma vareta de liga de endurecido (alta resistência) de precipitação (Tabela de materiais) em discos e depois da máquina para um diâmetro de 25 mm e espessura de 7 mm. Finalmente, moa a ambos os lados plana para aproximadamente 10 µm.<ol>
<li>Colo de ambas as superfícies das placas de destino em uma máquina de polimento usando pó de alumina 15 µm em óleo mineral até as superfícies alcançar uma aparência cinzenta nem maçante. Nota: Um tamanho de partícula equivalente de chorume de diamante pode ser usado para alcançar taxas de remoção mais rápidas e melhor superfície reflexiva. Adicionalmente, os pesos podem ser usados.</li>
		<li>Repita a etapa 1.4.2.</li>
		<li>Verificar o nivelamento das placas de alvo, repetindo o passo 1.4.3. Se observar 1 banda luz ou melhor prosseguir para a próxima etapa. Caso contrário, repita os passos 1.4.1 - 1.4.3 até 1 banda luz ou melhor é alcançado. Se holográfico grelhas são necessárias, prossiga para o passo 1.5.4, caso contrário pule para o passo 1.6.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilize um procedimento semelhante, conforme descrito na etapa 1.1-1.3 para fabricar o anel de alumínio.<ol>
<li>Secção de um tubo de alumínio com os diâmetros exteriores e internos de 41 mm e 32 mm, respectivamente, em anéis e em seguida, enfrentar os lados a uma espessura de 7 mm.</li>
		<li>Diâmetro de 3 mm seis equispaced de vagas em um círculo de parafuso 34,5 mm diâmetro da broca. Estes serão mais tarde casa seis tensão tendencioso cobre pinos, que permitirão a inclinação medições a efectuar-se no impacto.</li>
		<li>Moer, colo, limpar e polir a ambas as superfícies dos anéis de alumínio usando os procedimentos detalhados na etapa 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aderir a placa-alvo plana para o anel de alumínio usando uma mistura de epóxi de dois-peças em um apartamento, protegendo o equipamento, conforme mostrado na Figura 3. Permitir que o epóxi curar durante a noite em temperatura ambiente. Nota: As duas partes estão garantidas para um estágio de aço liso com três parafusos que são suavemente a mão apertada para que as pressões aplicadas sobre o alvo e o anel de impedem o epóxi de fugas para o exterior.<ol>
<li>Remova qualquer adesivo de sobras das ranhuras radiais ou da superfície das placas usando acetona.</li>
		<li>Introduza o conjunto de anel de chapa/alumínio alvo para o ringue POM. Nota: O disco POM será mais tarde montado na-a um titular de alvo com rotação de graus de liberdade, que permitirá o alinhamento dos materiais teste dentro do cano da arma.</li>
		<li>Marque a posição dos seis ranhuras radiais na etapa interna do anel POM e através da espessura de seis furos nos lugares marcados.</li>
		<li>Cobre de seção 6 pinos de um carretel de 15 AWG esmaltado com o comprimento do fio de cobre ~ 50mm e remover a esmaltado isolação da camada de dois deles. Pressione os pinos nas ranhuras em um padrão simétrico: dois pinos de terra são colocados em locais opostos do círculo. Empurre os pinos nas ranhuras e deixar cerca de 2 mm, projetando-se para fora da superfície do anel. Nota: Os pinos são usados para medir o ângulo de inclinação e fornecem o sinal de gatilho.</li>
		<li>Aderir dobrado-extremidades dos pinos de cobre a superfície traseira do anel POM usando epóxi extra rápido-configuração.</li>
		<li>Use uma mistura de epóxi de duas partes de baixa viscosidade para selar a abertura entre o anel de alumínio e a parede interna do anel POM. Permitir que o epóxi curar durante a noite em temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Remova o excesso e 2 mm de cobre pinos salientes da superfície do anel de alumínio. Primeira seção o excesso pinos com uma ferramenta rotativa e então areia o restante para a superfície, usando papel de 300 grão de areia molhada, até que os pinos são quase liberado para a superfície do anel de alumínio.<ol>
<li>Colo, limpar e polir toda a montagem, repetindo as etapas 1.4.1-1.4.3. Certifique-se de que toda a montagem retificada é plana para dentro de 2-3 bandas de luz.</li>
		<li>Solde as extremidades dos pinos de cobre seis na superfície traseira do anel POM e montar o anel POM ao titular do alvo usando quatro pinos de POM 6,35 mm de diâmetro.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. montagem de personalizado Sabot resistente ao calor
<ol><li>Reunir os componentes do conjunto para o tamanco resistente ao calor, mostrado na Figura 4.</li>
	<li>Anexar uma argola na extremidade inferior da tampa do alumínio e garantir uma vedação o-Ring e um PTFE chave nos sulcos da PAC. Nota: A chave e o-Ring são usados para evitar a inclinação e rotação de sabot durante a sua viagem para o cano de arma.<ol>
<li>Puxe o fio de thermo-par através do orifício na parte inferior da tampa e prenda o fio de thermo-par em um conector.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aderir a tampa para o back-end e o silicato de alumina totalmente alimentadas tubo de pedra de Lava para o front-end do tubo de alumínio usando epóxi de dois-peças de configuração rápida.</li>
	<li>Puxe a sonda de thermo-par através do orifício no suporte de amostra de 76,2 mm Diâmetro H13 liga de aço-ferramenta.</li>
	<li>Aderir o porta-amostra H13 para o front-end do tubo Lava usando cimento de alta temperatura, ou equivalente de alta temperatura adesivo.</li>
	<li>Aplica o cimento de alta temperatura em torno de 25 mm de diâmetro e 3 mm espessura Lava disco montada em cima do buraco concêntrico interno através de espessura 19 mm diâmetro do titular H13. Deixe o cimento de alta temperatura para secar durante a noite em temperatura ambiente.</li>
	<li>Fixar a amostra para H13 porta-amostras com três parafusos de alumina e certifique-se de que o achatamento da amostra não altera usando o protocolo descrito em 1.4.3.</li>
</ol>3. montagem dos materiais de teste dentro da pistola de gás
<ol><li>Limpe a superfície frontal da amostra e alvo com álcool isopropílico e use fita para garantir a primeiros superfície de espelhos para a superfície de cada um.</li>
	<li>Parafuso apertar um palco de 3 eixos de movimento sobre uma haste expulsando acima a arma dentro da câmara de impacto do tambor e o suporte do prisma da carregando um prisma ótico de precisão para o palco.</li>
	<li>Puxar uma corda através do cano da arma e anexar a corda para o tamanco através da argola da tampa de alumínio.</li>
	<li>Coloque o tamanco no cano da arma com a amostra virado para a câmara de impacto e coloque o conjunto de suporte de destino para a câmara de destino enfrentando a amostra.</li>
	<li>Alinhe a posição do alvo, ajustando os quatro pinos de posicionamento de POM até o espelho de superfície primária no alvo está alinhado com o espelho de superfície primária na amostra.<ol>
<li>Realize uma difícil alinhar o paralelismo entre as placas de amostra e de destino usando uma lâmpada difusa e um espelho reflector. Ajuste o palco até que uma única imagem refletida contínua do bulbo pode ser vista de todas as superfícies do prisma de alinhamento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Use um autocolimador24 para atingir o alinhamento bem.<ol>
<li>Ajuste o palco até que a imagem refletida da Cruz da superfície traseira do prisma está alinhada com a imagem refletida no espelho de superfície primária na amostra.</li>
		<li>Ajuste o conjunto de destino, girando os parafusos posicionamento no porta-alvo até a imagem refletida da Cruz da superfície traseira do prisma está alinhada com a imagem refletida no espelho de superfície primária no alvo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Remova os espelhos de superfície primária da amostra e alvo. Também remova o espelho reflector, prisma, titular de prisma e a fase de ajuste da câmara de impacto.</li>
	<li>Puxe o tamanco para culatra-final de pistola de gás usando a corda e então remova a corda da tampa.</li>
	<li>Deixar ~ 2.5 mm de distância entre o tamanco e a cabeça do calefator e consequentemente, ajustar o comprimento dos parafusos que impedem o movimento de volta do sabot em direção a culatra.</li>
	<li>Conecte o thermal-casal ao monitor de diagnóstico de temperatura. Nota: O fio térmico-casal na extremidade de monitor de temperatura foi colocado dentro do barril através do tubo de vácuo usando uma passagem direta.</li>
</ol>4. arranjo e alinhamento dos diagnósticos baseados em Laser
<ol><li>Coloca duas âncoras roscadas nos orifícios na parte traseira do porta-sonda focalizador. Aperte os dois parafusos através as âncoras até atingirem o POM para permitir a liberdade de mudar o ângulo do feixe incidente.<ol>
<li>Faça um furo através de espessura na parte inferior da porta-sonda focalizador e fixá-lo em um ímã cilíndrico roscado.</li>
		<li>Puxe uma sonda de focalizador de fibra óptica através de um tubo de alumínio e cola a sonda ao tubo de alumínio através da aplicação de epóxi de secagem extra rápida em torno da cabeça da sonda e a ponta do tubo de alumínio. Empurre a cabeça de sonda como atacante no tubo como possível, mas certifique-se de deixar a sonda lente longe de epóxi. Espere até que o epóxi de secagem extra rápida é endurecido.</li>
		<li>Ligue o focalizador óptico para o todo-fibra-ótica NDI/TDI interferômetro31e coloque o focalizador assembly no suporte do alvo, apontando para a superfície traseira do alvo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ligar o laser, neste caso uma fibra de érbio 2W acoplados do laser, de 0,2 a 0,4 poder W. Em seguida, ajuste a posição da sonda focalizador usando os parafusos anexados no conjunto do focalizador até acoplamento de luz adequado é alcançado e o sinal adquirido é otimizado.</li>
	<li>Ajuste o acoplador de taxa variável para coincidir com a intensidade da referência e luz Doppler-deslocado até o sinal mostrado no osciloscópio é otimizado. Nota: Se o movimento transversal diagnósticos são necessários, por favor consulte os passos 4.5-4.6.</li>
	<li>Coloca 2 ancoras de rosca em furos na parte de trás do porta POM-focalizador e em seguida apertar os dois parafusos através as âncoras até que eles toquem o POM.<ol>
<li>Faça um furo através de espessura na parte inferior da porta-sonda focalizador e fixá-lo em um ímã cilíndrico roscado.</li>
		<li>Puxe uma sonda de colimador de fibra óptica através de um tubo de alumínio e cola a sonda ao tubo de alumínio através da aplicação de epóxi de secagem extra rápida em torno da cabeça da sonda e a ponta do tubo de alumínio. Empurre a cabeça de sonda como atacante no tubo como possível, mas certifique-se de deixar a sonda lente longe de epóxi. Espere até que o epóxi de secagem extra rápida é endurecido.</li>
		<li>Repita os passos acima em 4.4 para fazer dois módulos (assemblies) e colocá-los na câmara de impacto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ajustar as posições e os ângulos dos recebimento colimadores de fibra óptica com o ímã e os dois parafusos no suporte do POM, até que a intensidade da primeira ordem difratada vigas medidas por monitores do poder é otimizado.</li>
	<li>Desconecte o monitor de energia e conectar os dois colimadores de recebimento para o todo-fibra-ótica TDI interferômetro31.</li>
</ol>5. execução de geometria inversa de alta temperatura Normal/pressão-tesoura chapa impacto experiências
<ol><li>Fixe a flange principal apertando os quatro grampos na entrada da câmara de impacto e em seguida, feche a câmara usando um filme de poliéster aparafusado a uma flange secundária.</li>
	<li>Aumentar a pressão de selo para ~ 207 kPa e feche a pistola de gás no final do culatra apertando os parafusos da flange.</li>
	<li>Ligue a bomba de vácuo de culatra-final e em seguida, ligue a bomba de vácuo de câmara-final de destino.</li>
	<li>Certifique-se de que não há nenhum movimento de sabot em direção a câmara causada pela diferença de pressão entre a parte dianteira e parte traseira do sabot. Espere até que a câmara é evacuada a uma pressão inferior a 100 mTorr.</li>
	<li>Ligue o sistema de medição de velocidade de impacto tamanco amplitude-baseados em laser.</li>
	<li>Levar o aquecedor para a posição marcada e ligar o aquecedor. Aumente a temperatura do aquecedor com incrementos de 100 ° C até atingir a temperatura desejada da amostra.</li>
	<li>Pressurizar o disparo velocidade de impacto de câmara de despejo para ~ 1103 kPa e a câmara de carga para um nível desejado dependendo do escolhido. Além disso, fixe o apanhador de tamanco para a câmara de impacto.</li>
	<li>Desligue o aquecedor e imediatamente subir o aquecedor para cima em direção do aquecedor-poço. Grave a temperatura exibida sobre a temperatura do monitor de diagnóstico medido pelo termopar de tamanco na superfície da amostra.</li>
	<li>Imediatamente Abra a válvula de vedação e lançamento o despejo de fuzilamento de câmara uma vez que o selo de pressão cai a zero.</li>
</ol>

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<li>Duffy, T. S., Ahrens, T. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/94JB02065/abstract">Compressional sound velocity, equation of state, and constitutive response of shock-compressed magnesium oxide.</a> Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 100, 529-542 (1995).</li>
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</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

O método e protocolo acima referido detalhado o procedimento para executar corretamente uma experiência de impacto de placa normal de geometria inversa a temperaturas elevadas. Nesta abordagem, fazemos modificações personalizadas para o cano da arma na extremidade de alta pressão (culatra) da arma de gás existente na Case Western Reserve University, para abrigar uma serpentina de aquecimento resistivo com axiais e rotacionais de graus de liberdade. O sistema de bobina de aquecedor resistivo possibilita espécimes de alumí...

Em aplicações de engenharia, materiais estão sujeitos a uma ampla gama de condições, que podem ser estáticas ou dinâmicas na natureza, juntamente com altos níveis de deformação e temperaturas que variam de sala para perto do ponto de derretimento. Sob estes extremos termomecânico o comportamento do material pode variar drasticamente; assim, ao longo de quase um século, vários experimentos foram desenvolvidos voltada para sondar a resposta dinâmica e/ou outras características de comportamento do material sob controlado carregando regimes1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14. para metais carregados em baixa para taxas de pressão intermediária (10-6-100 /s), parafuso servo-hidráulicos ou precisão, máquinas de testes universais têm sido usadas para estudar a resposta material submetido a vários modos de carregamento e níveis de deformação. Mas como a tensão aplicada taxas aumentam além das taxas de pressão intermediária (i. e., > 102/s), outras técnicas experimentais tornam-se necessárias a fim de sondar a resposta mecânica. Por exemplo, carregar taxas de 10 é de3a 5 × 104/s tamanho ou miniaturizado enable de bares de pressão Split-Hopkinson tais medições para ser feita8,15.
Tradicionalmente, o gás-armas leves e/ou placa explosivamente conduzido experimentos de impacto têm sido utilizados para estudar o inelasticity dinâmico e outro fenômeno como espalação, ou fase de transformação que ocorrem com taxas de muito alta tensão (105-10 7/s)16,17,18,19,20,21,22, ou combinações de altas pressões e carregamento dinâmico. Habitualmente, as experiências de impacto de placa envolvem o lançamento de uma placa de passageiro transportado por um tamanco inicialmente culatra-na extremidade da gás-arma, que em seguida, percorre o comprimento do cano da arma e é feita a colidir com uma placa de alvo estacionário cuidadosamente alinhadas no Câmara de impacto. Em resultado do impacto, pressão normal e/ou combinada e tensões de cisalhamento são geradas na interface de folheto/alvo, que viajar através das dimensões espaciais das placas como ondas longitudinais e/ou combinada stress longitudinal e transversal. A chegada dessas ondas na superfície traseira da placa alvo afetam a velocidade instantânea partícula livre de superfície da placa de destino, que é acompanhada normalmente via técnicas interferométricas. Para permitir a interpretação da velocidade das partículas medido contra história do tempo, é necessário que avião-ondas com uma dianteira paralela à superfície de impacto gerado em cima do impacto14,23. Para garantir o impacto antigo, deve ocorrer com um ângulo de inclinação do impacto da ordem de menos de 1 milli-radian12,24, com superfícies de impacto de planicidade melhor que alguns micrômetros5,25.
Experimentos de impacto de placa foram adaptados para incluir elementos que permitem que as investigações do comportamento do material para estender para termomecânico extremos26,,27,28,29de aquecimento. Essas adaptações geralmente envolvem a adição de uma bobina de indução, ou de um elemento aquecedor resistivo à extremidade-alvo da gás-arma; Embora estas adaptações foram mostradas para ser viável experimentalmente, a abordagem inerentemente leva a desafios experimentais especiais que requerem cuidadosos considerações. Algumas destas complicações experimental incluem expansão térmica diferencial dos vários componentes do conjunto de suporte de destino e/ou fixação de alinhamento enquanto a placa-alvo (amostra), que exige ajustes de alinhamento em tempo real, de aquecimento geralmente feitos com ferramentas de alinhamento controlado remotamente com feedback contínuo para manter a tolerância de paralelismo crucial entre a placa de amostra e alvo. No caso de regime experimental o impacto de placa pressão-tesoura, aquecimento a amostra requer grelhas de polímero convencional ser substituído pela grelhas metálicas resistentes de alta temperatura para monitorar a velocidade transversal de partículas na superfície livre do placa-alvo. Além disso, o aquecimento da amostra pode adicionar limitações sobre a velocidade de impacto que pode ser empregada em determinados regimes experimentais, tais como a tensão alta taxa combinada configuração de placa de pressão-e-tesoura impacto, em que considerações especiais podem ser necessárias para evitar uma interpretação inequívoca dos resultados experimentais, que são calculadas usando a impedância acústica da frente e traseiro alvo placas que podem ser dependentes de temperatura. Por último, para outras esquemas experimentais, que exigem uma placa do alvo com uma janela óptica, tolerâncias entre a amostra, camada de ligação, e/ou revestimentos tornam-se cada vez mais difícil de manter em altas temperaturas,19.
Para aliviar os desafios experimentais mencionados acima, nós fizemos adaptações personalizadas para o existente unicelulares-injetor de gás localizado no caso Western Reserve University (CWRU)7,30,31,32 . Essas modificações permitem espécimes de metal finas realizadas no front-end de um tamanco resistente ao calor para ser aquecido a temperaturas superiores a 1000 ° C, antes da queima, que permitem alta temperatura pressão-tesoura normal e/ou combinado experimentos de impacto de placa ser conduzido. Em contraste com a maioria das abordagens convencionais utilizadas para estudos de impacto de placa de temperatura elevada, este método foi mostrado para aliviar vários dos desafios experimentais descritos acima. Por exemplo, esta abordagem tem sido utilizada para conseguir viabilizar a ângulos de inclinação de menos de 1 milli-radian sem a necessidade de ajuste de inclinação remoto30, ou elementos ópticos adicionais para monitorar alterações de inclinação durante o experimento. Em segundo lugar, uma vez que a placa-alvo permanece sob temperatura ambiente, este método não requer a necessidade de grades de holográficos especiais resistentes a altas temperaturas para a medição da velocidade de partícula transversal em experimentos de impacto oblíquo; Além disso, maiores velocidades de impacto podem ser utilizadas sem o risco de ceder o alvo da placa e assim, reduzir a complexidade na interpretação dos resultados experimentais. Para adicionar, esta abordagem pode ser utilizada para realizar experiências de impacto de placa normal de geometria reversa de alta temperatura que fornecem relações de nos-Up para um material de amostra de escolha. Estes podem ser obtidas através de técnicas de impedâncias, ou além disso, uma análise do ventilador rarefação da superfície traseira da amostra que carregam informações sobre alterações na velocidade de choque de amostra durante descarga33,34 . Na configuração de impacto de temperatura elevada pressão combinada-tesoura chapa, essa abordagem permite que o inelasticity dinâmico de filmes finos para ser estudado até uma escala de temperatura e intervalo de deformação plástica e até 107/s dependendo da estirpe-taxas da espessura do espécime fino16,,27,29.
Apresentaremos os protocolos necessários para a realização de um experimento de impacto de prato típico de temperatura elevada discutido acima. Isso será seguido por uma secção dedicada à representante resultados obtidos usando a técnica de presente. Por último, uma discussão dos resultados será apresentada antes de uma conclusão.

<table><tbody><tr><td>99,999% de pureza comercial de alumínio policristalino</td><td>Goodfellow</td><td>AL007970</td><td>Material para placa de panfleto (amostra)</td></tr> <tr><td>Aço ferramenta H13</td><td>Centro de fabricação de CWRU</td><td>N / A</td><td>Material para o suporte da amostra</td></tr><tr><td>Tratamento de solução e idade Liga Inconel 718</td><td>Metais de alta temperatura</td><td>N / A</td> <td>(1,005 / 1,015) "Diâmetro x 24 ", Material para placa alvo</td></tr><tr><td>Fotorresistente S1805</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Material do fotorresiste para grade holográfica</td></tr><tr><td>Revelador CD-26</td><td>MicroChem</td><td>N/A</td><td>Revelador para fotorresistente para grade holográfica</td></tr><tr><td>Tubo de alumínio 6063</td><td>McMaster-Carr</td><td>4568T19</td><td>Material para o anel na montagem do alvo</td></tr><tr><td>Haste de Resina de Acetal Black Delrin (R) (4-1/2" Dia.)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8576K81</td><td>Material para o suporte Delrin na montagem do alvo</td></tr><tr><td>Haste de Resina de Acetal Delrin (R) Branca (1/4" Dia.)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8572K51</td><td>Material para os pinos Delrin na montagem do alvo</td></tr><tr><td>Tubo de alumínio 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>9056K24</td><td>Material para o corpo na montagem do projétil</td></tr><tr><td>Haste de alumínio 6061</td><td>McMaster-Carr</td><td>8974K88</td><td>Material para a tampa na montagem do projétil</td></tr><tr><td>Folha de teflon</td><td>McMaster-Carr</td><td>8711K98</td><td>Material para a chave</td></tr><tr><td>LAVA-FF - Alumina Disco de silicato</td><td>Produtos técnicos</td><td>CWR-033116-1</td><td></td></tr><tr><td>LAVA-FF - Tubo de silicato de alumina</td><td>Produtos técnicos</td><td>ALR11515</td><td></td></tr><tr><td>Parafuso de cabeça ranhurada de panela de alumina</td><td>Ceramco</td><td>A83200PANSLT0.500</td><td></td></tr><tr><td>409 N70 Buna-N O-ring</td><td>Loja</td><td>B70409</td><td></td></tr><tr><td>Loctite Hysol 9412 adesivo</td><td>Loctite</td><td>83107</td><td></td></tr><tr><td>Alto Cimentos de temperatura</td><td>OMEGA Engineering</td><td>OB-300</td><td></td></tr><tr><td>Epóxi de secagem extra rápida</td><td>Ellsworth</td><td>4001</td><td></td></tr><tr><td>Folha de Mylar</td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K94</td><td></td></tr></tbody></table>

realização de elevada temperatura normal e combinados de pressão-tesoura chapa impacto experiências através de um sistema de aquecedor de sabot culatra-final

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

É apresentada uma nova abordagem para a realização de experiências de impacto de placa tesoura-pressão normal e/ou combinados em teste temperaturas até 1000 ° C. O método permite experimentos de placa-impacto de temperatura elevada voltados para sondar o comportamento dinâmico de materiais sob termomecânico extremos, atenuando vários desafios experimentais especiais enfrentados durante a execução de experimentos semelhantes usando a abordagem do impacto de placa convencional. Adaptações personalizadas são feitas para a culatra-final de uma fase única-injetor de gás na Case Western Reserve University; Estas adaptações incluem um pedaço de extensão de precisão usinadas em aço SAE 4340, que é estrategicamente projetado para acasalar o cano da arma existente, proporcionando uma alta tolerância coincidir com o furo e rasgo de chaveta. A peça de extensão contém um cilíndrico vertical aquecedor-poço, que abriga um conjunto de aquecedor. Uma bobina resistivo-cabeça do calefator, capaz de atingir temperaturas de até 1200 ° C, está ligado a uma haste vertical com graus axial/rotacional das liberdades; Isso permite que amostras de metal finas realizadas no front-end de um tamanco resistente ao calor a aquecer uniformemente em todo o diâmetro para as temperaturas de teste desejado. Aquecendo a placa de passageiro (no caso, a amostra) no final do culatra do cano da arma-em vez de no final do alvo, vários críticos desafios experimentais podem ser evitados. Estes incluem: 1) severas mudanças no alinhamento da placa de destino durante o aquecimento, devido a expansão térmica dos vários constituintes do conjunto de suporte de destino; 2) os desafios que surgem devido os elementos de diagnósticos, (i. e., grades holográfica de polímero e sondas ópticas) sendo demasiado perto para o assembly de destino aquecida; 3) os desafios que surgem para placas de destino com uma janela óptica, onde tolerâncias cruciais entre a amostra, bond camada e janela tornam-se cada vez mais difícil manter a altas temperaturas; 4) no caso de combinado compressão-tesoura chapa impacto experimentos, a necessidade de grades de difração resistentes de alta temperatura para a medição da velocidade de partícula transversal na superfície livre do alvo; e 5) limitações impostas sobre a velocidade de impacto necessária para interpretação inequívoca da velocidade superfície livre medida contra o perfil de tempo devido à térmico suavizando e possivelmente rendimento das placas de destino de delimitador. Utilizando as adaptações mencionadas acima, apresentamos resultados de uma série de experimentos de impacto de placa normal de geometria inversa em alumínio de pureza comercial em uma gama de temperaturas de amostra. Estas experiências mostram diminuindo as velocidades de partículas no estado impactado, que são indicativas de material amolecimento (diminuição de stress pós-rendimento fluxo) com o aumento da temperatura da amostra.

Furo um 82,5 mm, 6 m de comprimento, injetor de gás único estágio em CWRU capaz de aceleração 0.8 kg projéteis a velocidades de até 700 m/s foi usado em experiências do presente. A Figura 5 mostra uma fotografia da instalação de gás-arma modificada em CWRU. Antes da queima, o tamanco personalizado projetado está alojado dentro da peça de extensão do aquecedor, mostrada na Figura 6. A peça de extensão carrega um vertical bem aquec...

Aqui, apresentamos um protocolo detalhado de uma nova abordagem para a realização de impacto de placa normal inversa de temperatura elevada e impacto combinado placa de pressão-e-tesoura. A abordagem envolve o uso de um aquecedor de bobina resistivo de culatra-final para aquecer uma amostra realizada no front-end de um tamanco resistente ao calor, à temperatura desejada.

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

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

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.

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