Способ изготовления кумулятивных облицовок
Владельцы патента RU 2362111:
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтедобыче. Способ включает получение исходной заготовки из медного прутка, ее деформирование с образованием заданной формы и низкотемпературный отжиг полученной заготовки. Медный пруток подвергают интенсивной пластической деформации, при этом низкотемпературный отжиг проводят в течение 0,5-1 часа при температуре на 20-40°С выше температуры начала рекристаллизации меди. Повышается глубина пробития. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к технике кумулятивных зарядов, в частности к технологии получения кумулятивных облицовок, которые могут быть использованы в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтедобыче.
При прочих равных условиях следующие две характеристики материала кумулятивной облицовки существенно влияют на величину пробития:
- величина зерна,
- предел текучести.
Известно, что глубина пробития тем больше, чем больше суммарная длина всех фрагментов кумулятивной струи
L=N×lcp, где
L - суммарная длина всех фрагментов струи,
N - количество фрагментов,
lcp - средняя длина фрагмента.
Средняя длина отдельных фрагментов тем больше, чем мельче зерно. Количество фрагментов обратно пропорционально корню квадратному из предела текучести N~l/(σ0,2)0,5 (В.Bourne, K.G.Cowan, J.P.Curis. Shaped charge warheads containing low melt energy metal liners. 19th International Symposium of Ballistics, 7-11 May 2001, Interlaken, Switzerland).
Таким образом, для обеспечения увеличения глубины пробития необходимо в материале кумулятивной облицовки получить мелкое зерно, обеспечив при этом минимально возможное значение предела текучести.
Известен способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда, включающий ротационную вытяжку заготовки в два этапа при изменении направления, вращения заготовки на противоположное и рекристаллизационный отжиг после каждого этапа (патент РФ №2180723, МПК F42B 1/036, Способ изготовления осесимметричной облицовки кумулятивного заряда, опубл. 20.03.2002).
К недостаткам известного способа можно отнести отсутствие технологических операций, обеспечивающих мелкозернистую и равноосную структуру деталей.
Известен способ изготовления кумулятивных облицовок, при котором листовую заготовку получают из прутка путем его деформирования осевым усилием. Листовую заготовку формованием преобразуют в коническую. Деформирование листовой заготовки с образованием конической формы осуществляют методом ротационной вытяжки. Заготовку подвергают отжигу в соляной ванне с выдержкой при температуре 270-280°С не менее 2 часов с последующим охлаждением вместе с печью или на воздухе до температуры окружающей среды. При указанном способе получают кумулятивные облицовки из меди с равноосными зернами размером ~20 мкм (патент РФ №2237849, МПК F42B 1/036, Способ изготовления кумулятивных облицовок, опубл. 27.07.02).
Указанный прототип имеет недостаток, выражающийся в недостаточно мелком размере зерна.
Задачей настоящего изобретения является повышение пробивной способности кумулятивного заряда за счет получения в материале кумулятивной облицовки однородного измельченного зерна, близкого к равноосному, с сохранением низкого значения предела текучести.
Использование предлагаемого способа обеспечивает следующий технический результат: получена облицовка кумулятивного заряда с размером зерна ~4 мкм и пределом текучести, превышающим предел текучести материала в исходном состоянии на 17%.
Для достижения указанного технического результата в способе изготовления кумулятивных облицовок, заключающемся в получении заготовки из медного прутка, ее деформировании с образованием заданной формы, например конической, и низкотемпературном отжиге полученной заготовки, предлагается исходный пруток подвергать интенсивной пластической деформации, а низкотемпературный отжиг осуществлять в течение 0,5-1 часа при температуре на 20-40° выше температуры начала рекристаллизации меди. Интенсивную пластическую деформацию можно осуществлять путем равноканального углового прессования (РКУП), а также методом винтовой экструзии или методом всесторонней ковки.
При интенсивной пластической деформации прутка происходит измельчение зерненой структуры металла в 30-100 раз при обеспечении достаточно однородной структуры металла. При этом предел текучести повышается в 2,5-5 раз.
Предлагаемый последующий низкотемпературный отжиг (НТО) при температуре на 20-40° выше температуры начала рекристаллизации обеспечивает снижение предела текучести до значений не более чем в 2 раза выше значений предела текучести в исходном состоянии при росте зерна в 1,5-3 раза.
Интенсивная пластическая деформация в отличие от обычного деформирования характеризуется пластическими деформациями более 100% при высоких значениях удельных нагрузок.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
1. Медь марки M1 в виде прутка диаметром 40 мм подвергают 12 циклам равноканального углового прессования по маршруту ВC для получения мелкозернистой равноосной структуры материала.
2. Формируют коническую форму с углом раствора в 30° методом осадки.
3. Полученную заготовку подвергают низкотемпературному отжигу при 320°С в течение 1 часа.
Свойства меди M1 в процессе выполнения вышеприведенных технологических операций представлены в таблице 1.
Температура начала рекристаллизации определялась по изменению микротвердости в зависимости от температуры отжига. За температуру начала рекристаллизации была принята температура, после которой наблюдается резкое снижение микротвердости (см. фиг.1).
Для оценки относительной эффективности применения для изготовления кумулятивных облицовок ультрамелкозернистой (УМЗ) меди Ml были проведены эксперименты по отстрелу кумулятивных зарядов на разных фокусных расстояниях как с облицовками, изготовленными из УМЗ меди (величина зерна 4 мкм, предел текучести 109 Н/мм2), так и из крупнокристаллической (КК) меди (величина зерна 80 мкм, предел текучести 93 Н/мм2). Здесь под относительной эффективностью понимается отношение глубины пробития кумулятивного заряда при применении облицовок из УМЗ меди к глубине пробития при применении облицовок из КК меди. При проведении экспериментов использовались облицовки Ш 43 мм (фиг.2).
Результаты экспериментов приведены на фиг.3.
Как видно из фиг.3 применение для изготовления кумулятивных облицовок ультрамелкозернистой меди Ml с величиной зерна ~4 мкм и пределом текучести 109 Н/мм2 обеспечивает существенное превышение глубины пробития мишени на фокусных расстояниях более четырех калибров, которое составляет 50% при фокусном расстоянии в 18 калибров.
| Таблица 1 | ||
| Свойства меди M1 после различных технологических операций | ||
| Состояние материала | Величина зерна, мкм | Предел текучести, Н/мм2 |
| Исходное | 80 | 93 |
| РКУП и осадка | 2 | 375 |
| РКУП, осадка и НТО при 320°С | 4 | 109 |
1. Способ изготовления кумулятивных облицовок, включающий получение исходной заготовки из медного прутка, ее деформирование с образованием заданной формы и низкотемпературный отжиг полученной заготовки, отличающийся тем, что медный пруток подвергают интенсивной пластической деформации, при этом низкотемпературный отжиг проводят в течение 0,5-1 ч при температуре на 20-40°С выше температуры начала рекристаллизации меди.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом равноканального углового прессования.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом винтовой экструзии.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки.
