Способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом

Способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технологии получения изделий с внутренними полостями с помощью энергии взрыва и может быть использовано при изготовлении, например, деталей термического и химического оборудования, теплорегуляторов, пуансонов для горячего прессования пластмасс и т.п.

Известен способ получения композиционных диффузионных элементов с внутренней полостью с основой из титанового сплава ОТ4, плакированного медью М3 или алюминием АД1 с помощью энергии взрыва, при котором для формирования активной теплозащиты на поверхность заготовок заданной формы наносят противосварочную пасту по трафарету, соответствующему форме каналов хладоносителя, сваркой взрывом соединяют плакирующую заготовку с плакируемой, а затем осуществляют операцию формообразования (раздувания) внутреннего канала путем закачки в места, где отсутствует сварка между металлическими слоями жидкости высокого давления. Формирование пассивной теплозащиты происходит за счет создания на границе соединения металлов интерметаллидной прослойки заданной толщины при последующей термической обработке сваренных заготовок (Трыков Ю.П., Шморгун В.Г., Проничев Д.В. Комплексные технологии изготовления композиционных теплозащитных элементов / Сварочное производство. 2000, №6, с. 40-43).

Недостатком данного способа является то, что теплозащитный интерметаллидный слой не является сплошным и образуется лишь на межканальных (плоских) участках изделия, а на участках металлических слоев, примыкающих к внутренним полостям изделия, теплозащитный слой отсутствует, внутренние полости изделия окружены разнородными материалами, что приводит к повышенной склонности металлических слоев к коррозионному разрушению. Кроме того, полученные по этому способу изделия обладают повышенной склонностью к расслоению при резких перепадах давления в жидкостях - теплоносителях, пропускаемых через внутренние каналы, а это весьма ограничивает применение изделий, полученных данным способом в технике.

Известен способ изготовления теплообменных композиционных элементов с внутренними полостями с помощью взрывных технологий, при котором на плакируемую заготовку, например из меди, наносят с помощью трафарета противосварочную пасту или краску на участки, где сварка не предусмотрена, сваркой взрывом приваривают плакирующий слой из другого металла, например из алюминия, проводят термическую обработку для снятия взрывного упрочнения металлов и повышения их деформационной способности, затем в специальном приспособлении формируют под действием гидравлического давления проходные каналы заданного сечения. Теплозащитные интерметаллидные слои на межканальных промежутках формируют высокотемпературной диффузионной термической обработкой полученных заготовок (Трыков Ю.П., Писарев С.П. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий / Сварочное производство. 1998, №6, с. 34-37).

Недостатком данного способа является повышенная склонность металлических слоев к коррозионному разрушению, поскольку внутренние полости таких изделий контактируют с разнородными металлами, возможность разрушения изделий по хрупким интерметаллидным прослойкам при резких перепадах давления в жидкостях - теплоносителях, пропускаемых через внутренние каналы, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в технике.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, включающий разметку металлического слоя с помощью трафарета, нанесение противосварочного вещества - сверхвысокомолекулярного полиэтилена на участки, в которых сварка не предусмотрена, составление пакета из металлических слоев под сварку взрывом, размещение над ним защитной металлической прослойки с зарядом взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, термическую обработку для повышения деформационной способности сваренных металлических слоев, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей, отжиг для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия и никеля, отличающийся тем, что составляют трехслойные пакеты с размещением в каждом из них между пластинами из алюминия и меди никелевой пластины с соотношением толщин слоев никеля и алюминия 1:(1-1,5), никеля и меди 1:(1,25-2,5), при толщине слоя никеля, равной 1-1,2 мм, сварку взрывом каждого пакета осуществляют при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1690-2770 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, материал и толщину защитной металлической прослойки, а также сварочные зазоры между слоями пакетов выбирают из условия получения скорости соударения верхней алюминиевой пластины с никелевой в пределах 370-480 м/с, никелевой с нижней медной - 335-480 м/с, составляют пакет из двух полученных трехслойных заготовок, при этом предварительно на поверхность медного слоя нижней заготовки наносят по трафарету противосварочное вещество, сваривают их взрывом при скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1900-2930 м/с, высоту заряда взрывчатого вещества, а также сварочный зазор между ними выбирают из условия получения скорости соударения их медных слоев в пределах 310-550 м/с, формирование гидравлическим давлением внутренних полостей производят между медными слоями сваренной шестислойной заготовки, ее отжиг для образования сплошных интерметаллидных диффузионных прослоек между слоями из алюминия и никеля проводят при температуре 600-630°C в течение 1,5-7 ч, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 30-50°C, удаляют с ее поверхностей расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре 0,3-1 ч для превращения остатков алюминия в интерметаллиды с образованием сплошного жаростойкого покрытия на наружных поверхностях полученного композиционного изделия, после чего производят охлаждение на воздухе (Патент РФ №2488469, МПК B23K 20/08, B23K 101/14, опубл. 27.07.2013, бюл. №21 - прототип).

К достоинствам данного способа можно отнести то, что сплошные диффузионные интерметаллидные прослойки на наружных поверхностях полученных по этому способу композиционных изделий, обладающие помимо высокой жаростойкости в окислительных газовых средах, придают изделиям еще и повышенное термическое сопротивление (отношение толщины прослойки к коэффициенту теплопроводности) при направлении теплопередачи в поперечном направлении, однако во многих теплотехнических устройствах термическое сопротивление этих прослоек оказывается явно недостаточным из-за малой их толщины, что является серьезным недостатком этого способа и существенно ограничивает применение изделий, полученных по нему в ряде технических устройств, где требуется повышенное термическое сопротивление наружных слоев. Недостатком является и то, что при контактных нагрузках поверхностные слои таких изделий в виде диффузионных интерметаллидных прослоек, склонны к хрупкому разрушению, жаростойкость наружных слоев в окислительных газовых средах, достигающая 1000°C, является избыточной в ряде технических устройств, где рабочая температура не превышает 450°C, а это приводит к существенному удорожанию получаемой продукции. Время, затрачиваемое на формирование единицы толщины каждой диффузионной интерметаллидной прослойки при получении изделий по прототипу, слишком велико (1,5-7 ч), что также приводит к удорожанию получаемых изделий. Кроме того, изделия, полученные по этому способу, имеют недостаточную прочность при изгибающих нагрузках. К недостаткам можно отнести и то, что наружные поверхности изделий по прототипу имеют неплоскую форму, а это полностью исключает их использование в технических устройствах, где наружные поверхности изделий должны иметь плоскую форму.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом с более высоким термическим сопротивлением диффузионных интерметаллидных прослоек и металлических слоев, расположенных с двух сторон полученных изделий, с наружными слоями, не склонными к хрупкому разрушению при контактных нагрузках, с повышенной прочностью изделий при изгибающих нагрузках, с существенным сокращением при этом времени, затрачиваемого на формирование единицы толщины каждой диффузионной интерметаллидной прослойки за счет существенного увеличения скорости их роста, с жаростойкостью наружных слоев в окислительных газовых средах до 450°C, с плоскими наружными поверхностями, на базе нового технологического цикла осуществления сварки взрывом титановых слоев с медными, обеспечивающего получение качественных сварных соединений между титановыми и медными слоями, с применением в схеме сварки взрывом обладающей высокой теплопроводностью и соответственно с пониженным термическим сопротивлением, центральной медной пластины, содержащей цилиндрические внутренние полости, заполненные удаляемым после сварки взрывом легкоплавким металлом, с оптимальными расстояниями между смежными полостями, а также расстояниями от них до наружных поверхностей центральной медной пластины, с повышением эффективности отжига сваренной заготовки для образования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между титаном и медью при температуре, превышающей температуру их контактного плавления, что обеспечивает значительное сокращение времени на образование единицы толщины каждой прослойки, с одновременным повышением их термического сопротивления за счет образования прослоек оптимальной толщины, с оптимальным расположением слоев в получаемом изделии, размеров свариваемых пластин, что обеспечивает повышенную прочность изделий при изгибающих нагрузках и отсутствие у них склонности к хрупкому разрушению при контактных нагрузках, снижает затраты на получаемую продукцию.

Техническим результатом заявленного способа является создание нового технологического цикла получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, обеспечивающего с помощью одновременной сварки взрывом на оптимальных режимах семи разнородных металлических пластин (четырех титановых и трех медных, одна из которых содержит внутренние полости, заполненные удаляемым наполнителем - легкоплавким металлом) и последующего кратковременного отжига сваренной заготовки при температуре, превышающей температуру контактного плавления меди и титана, получение композиционных изделий с внутренними полостями с более высоким, чем у прототипа, суммарным термическим сопротивлением диффузионных интерметаллидных прослоек и металлических слоев, расположенных с обеих сторон изделия и с пониженным термическим сопротивлением центрального медного слоя, содержащего внутренние полости, с наружными слоями, не склонными к хрупкому разрушению при контактных нагрузках, с повышенной прочностью изделий при изгибающих нагрузках, с существенным сокращением при этом времени, затрачиваемого на формирование единицы толщины каждой диффузионной интерметаллидной прослойки, с жаростойкостью наружных слоев (слоев из титана) в окислительных газовых средах до 450°C, с получением при этом изделий с плоскими наружными поверхностями.

Указанный технический результат достигается тем, что заявлен способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом, включающий составление пакета из металлических слоев под сварку взрывом, размещение над ним заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, отжиг для формирования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между разнородными металлическими слоями, составляют два трехслойных пакета с размещением в каждом из них между пластинами из титана медной пластины с соотношением толщин слоев титан-медь-титан 1:(0,75-1,0):1 при толщине слоя титана, равной 1,0-1,2 мм, размещают между ними симметрично со сварочными зазорами центральную медную пластину, содержащую цилиндрические внутренние полости, заполненные удаляемым после сварки взрывом легкоплавким металлом, при этом расстояние между смежными полостями и расстояние от них до наружных поверхностей центральной медной пластины должно быть не менее 5 мм, располагают на поверхностях титановых пластин заряды взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом полученной сборки путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества, имеющих скорость детонации 1970-2400 м/с, при этом высоту зарядов взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скоростей соударения титановых пластин со смежными медными в пределах 560-715 м/с, медных пластин со смежными титановыми - 535-640 м/с, титановых пластин с центральной медной пластиной - 410-470 м/с, после сварки полученную заготовку нагревают до температуры, превышающей на 20-30°C температуру плавления легкоплавкого металла, и удаляют его из внутренних полостей, последующий отжиг сваренной заготовки для образования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между титаном и медью проводят при температуре, превышающей на 25-125°C температуру контактного плавления меди и титана в течение 1-5 мин, с последующим охлаждением на воздухе. При реализации способа в качестве легкоплавкого металла для заполнения внутренних полостей используют свинец.

В таких условиях силового и теплового воздействия на металлы происходит надежная сварка слоев из разнородных металлов по всем поверхностям контакта. Последующий отжиг сваренной многослойной заготовки на предложенных режимах обеспечивает возникновение и ускоренный рост сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек из меди и титана необходимой толщины за счет взаимной диффузии меди и титана со значительным сокращением при этом времени на образование единицы толщины каждой прослойки. Титановые слои совместно с диффузионными интерметаллидными прослойками, расположенные с обеих сторон полученного композиционного изделия, обеспечивают повышенное суммарное термическое сопротивление при направлении теплопередачи вдоль и поперек этих слоев, а центральный слой из меди, содержащий внутренние полости, обладающий высокой теплопроводностью, обеспечивает пониженное термическое сопротивление изделия в продольном и поперечном направлении, что способствует эффективному теплообмену между веществами-теплоносителями, которые могут быть размещены во внутренних полостях при эксплуатации изделий. Наружные слои из титана и меди, обладающие повышенной пластичностью полностью, устраняют склонность изделия к хрупкому разрушению при контактных нагрузках, а предложенное расположение слоев в получаемом изделии, толщины свариваемых пластин в совокупности обеспечивают повышенную прочность изделий при изгибающих нагрузках. Кроме того, титановые слои совместно с медными слоями снижают вероятность хрупкого разрушения диффузионных интерметаллидных прослоек при эксплуатации изделий. Удаляемый после сварки взрывом легкоплавкий металл во внутренних полостях при сварке взрывом препятствует неконтролируемым деформациям медной пластины, а предложенные минимальные расстояния между смежными полостями, а также расстояния от них до наружных поверхностей медной пластины обеспечивают целостность свариваемых пластин как в процессе сварки взрывом, так и в процессе снятия динамического давления, благодаря чему получают изделия с плоскими наружными поверхностями.

Предлагаемый способ получения композиционных изделий с внутренними полостями имеет существенные отличия в сравнении с прототипом как по внутреннему строению полученных изделий и их теплофизическим характеристикам, так и по совокупности технологических приемов воздействия на свариваемые пластины и режимов осуществления способа. Так предложено составлять два трехслойных пакета с размещением в каждом из них между пластинами из титана медной пластины с соотношением толщин слоев титан-медь-титан 1:(0,75-1,0):1 при толщине слоя титана, равной 1,0-1,2 мм, и размещать между ними симметрично со сварочными зазорами центральную медную пластину, содержащую цилиндрические внутренние полости, заполненные удаляемым после сварки взрывом легкоплавким металлом, что создает необходимые условия для получения качественных сварных соединений титановых слоев с медными, а также экономный расход металлов в расчете на одно изделие. При толщине каждого слоя титана менее 1,0 мм происходит недопустимое снижение их прочности при изгибающих нагрузках, что затрудняет обеспечение необходимых сварочных зазоров между титановыми слоями и медной пластиной, а это может привести к снижению качества сварных соединений титановых слоев с медными. Толщина титановых слоев выше предлагаемого предела является избыточной, поскольку в этом случае происходит излишний расход дорогостоящего титана в расчете на единицу массы получаемого материала.

Предложенное соотношение толщин слоев титан-медь-титан в каждом трехслойном пакете 1:(0,75-1,0):1 является оптимальным, поскольку при таком соотношении толщин при сварке взрывом обеспечивается качественная сварка на всех межслойных границах. При отношении толщины каждого слоя титана к толщине медного в каждом трехслойном пакете ниже нижнего предлагаемого предела возможно появление непроваров в зонах соединения слоев. При отношении толщины каждого слоя титана к толщине медного в каждом трехслойном пакете выше верхнего предлагаемого предела толщина слоя меди становится избыточной, поскольку это приводит к излишнему расходу меди и затрудняет получение качественных сварных соединений между титановыми пластинами и смежными с ними медными слоями.

Предложено использовать центральную медную пластину с внутренними полостями цилиндрической формы, что способствует формированию в ней благоприятной структуры импульсов давления, возникающих в процессе сварки взрывом, способствует сохранению первоначальной плоской формы наружных поверхностей этой пластины.

Предложено заполнять внутренние полости в центральной медной пластине легкоплавким металлом, удаляемым после сварки взрывом, что обеспечивает сохранность в сваренной заготовке первоначальной формы внутренних полостей.

Предложено в качестве легкоплавкого металла для заполнения внутренних полостей в центральной медной пластине использовать свинец, поскольку он не смачивает ее внутренние поверхности при сварке взрывом и поэтому без остатка легко удаляется из внутренних полостей при температурах, превышающих его температуру плавления на 20-30°C.

Предложено использовать центральную медную пластину с расстоянием между смежными полостями, а также с расстоянием от них до наружных поверхностей не менее 5 мм, что обеспечивает необходимую прочность центральной медной пластины как в процессе сварки взрывом, так и в стадии снятия динамического давления. При указанных расстояниях менее 5 мм возможно повреждение металла пластины при сварке.

Предложено располагать на поверхностях титановых пластин заряды взрывчатого вещества и осуществлять сварку взрывом полученной сборки путем одновременного инициирования взрыва зарядов взрывчатого вещества, имеющих скорость детонации 1970-2400 м/с, при этом высоту зарядов взрывчатого вещества, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами предложено выбирать из условия получения скоростей соударения титановых пластин со смежными медными в пределах 560-715 м/с, медных пластин со смежными титановыми - 535-640 м/с, титановых пластин с центральной медной пластиной - 410-470 м/с, что обеспечивает качественную сварку всех разнородных металлических слоев в пакете без нарушений сплошности и неконтролируемых деформаций, снижающих качество получаемых заготовок. При скорости детонации BB и скоростях соударения между свариваемыми металлическими слоями ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров в зонах соединения слоев, снижающих качество получаемой продукции. При скорости детонации BB и скоростях соударения свариваемых пластин выше верхних предлагаемых пределов возможны неконтролируемые деформации металлических слоев с нарушениями их сплошности, что может привести к невозможности дальнейшего использования сваренных заготовок.

Предложено после сварки взрывом полученную заготовку нагревать до температуры, превышающей на 20-30°C температуру плавления легкоплавкого металла, и удалять его из внутренних полостей, что обеспечивает легкоплавкому металлу необходимую жидкотекучесть, а это способствует удалению его из полостей без остатка. Температура нагрева заготовки до температуры, превышающей температуру плавления легкоплавкого металла менее чем на 20°C, приводит к затруднению удаления его из внутренних полостей. Температура нагрева заготовки до температуры, превышающей температуру плавления легкоплавкого металла более чем на 30°C, является избыточной, приводящей к излишним энергетическим затратам на его удаление и удорожанию получаемой продукции.

Предложено отжиг сваренной заготовки для образования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между титаном и медью проводить при температуре, превышающей на 25-125°C температуру контактного плавления меди и титана, в течение 1-5 мин, с последующим охлаждением на воздухе. При этом происходит ускоренное формирование между медными и титановыми слоями сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек оптимальной толщины, обладающих высокими теплозащитными свойствами. При температуре и времени отжига ниже нижнего предлагаемого предела толщина получаемых диффузионных интерметаллидных прослоек оказывается недостаточной для обеспечения у них высокого термического сопротивления, а это значительно сужает возможные области применения получаемых изделий. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку при этом толщина получаемых теплозащитных интерметаллидных прослоек оказывается чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения изделия при его эксплуатации в условиях циклических нагрузок. Охлаждение на воздухе является наиболее экономичной технологической операцией, которая обеспечивает необходимое качество изделий.

В результате получают композиционное изделие плоской формы с цилиндрическими внутренними полостями, с более высоким, чем у прототипа, суммарным термическим сопротивлением диффузионных интерметаллидных прослоек и металлических слоев, расположенных с обеих сторон изделия и с пониженным термическим сопротивлением центрального медного слоя, содержащего внутренние полости цилиндрической формы, с наружными слоями из титана, не склонными к хрупкому разрушению при контактных нагрузках, с повышенной прочностью изделия при изгибающих нагрузках, с существенным сокращением при этом времени, затрачиваемого на формирование единицы толщины каждой диффузионной интерметаллидной прослойки, с жаростойкостью наружных титановых слоев в окислительных газовых средах до 450°C.

На фиг. 1 изображена схема сварки взрывом металлических пластин (вид сбоку), на фиг. 2 - вид по стрелке A на фиг. 1, на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б схемы сварки взрывом на фиг. 2, на фиг. 4 - поперечное сечение сваренного изделия с внутренними полостями, где K - расстояние между внутренними полостями изделия; M, N - расстояния от внутренних полостей до поверхностей центрального медного слоя, d_п - диаметр внутренних полостей изделия.

Предлагаемый способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом осуществляется в следующей последовательности. Очищают от окислов и загрязнений пластины из титана и меди, из которых сначала составляют два трехслойных пакета с размещением в каждом из них между пластинами из титана медной пластины. В одном из пакетов медную пластину 1 размещают между пластинами из титана 2, 3, в другом пакете медную пластину 4 размещают между пластинами из титана 5, 6. Пластины в пакетах располагают параллельно друг другу на расстоянии технологических сварочных зазоров, при этом соотношение толщин слоев титан-медь-титан в каждом пакете выбирают равным 1:(0,75-1,0):1 при толщине слоя титана, равной 1,0-1,2 мм. Размещают между трехслойными пакетами симметрично со сварочными зазорами центральную медную пластину 7, содержащую цилиндрические внутренние полости, предварительно заполненные удаляемым после сварки взрывом легкоплавким металлом 8, в качестве которого предложено использовать свинец, при этом расстояние между смежными полостями a и расстояние от них до наружных поверхностей центральной медной пластины b должно быть не менее 5 мм. Сварочные зазоры фиксируют с помощью упоров 9. На поверхностях титановых пластин укладывают защитные прослойки 10, 11 из высокоэластичного материала, например из резины, для защиты поверхностей титановых пластин от локальных повреждений продуктами детонации взрывчатого вещества, после чего полученный пакет располагают симметрично, без зазоров, между контейнерами с одинаковыми зарядами BB 12, 13 с генераторами плоской детонационной волны 14, 15. Полученную сборку устанавливают вертикально на грунт 16. Сварку взрывом осуществляют путем одновременного инициирования процесса детонации в зарядах BB 12, 13 с помощью электродетонатора 17, двух отрезков детонирующих шнуров равной длины 18, 19 и генераторов плоской детонационной волны 14, 15. Направление детонации в зарядах BB осуществляется вдоль внутренних полостей центральной медной пластины. При сварке взрывом используют BB со скоростью детонации 1970-2400 м/с, при этом высоту зарядов BB 12, 13, а также сварочные зазоры между свариваемыми пластинами выбирают с помощью компьютерной технологии из условия получения скоростей соударения титановых пластин 2, 5 со смежными медными 1, 4 в пределах 560-715 м/с, медных пластин 1, 4 со смежными титановыми 3, 6 в пределах 535-640 м/с, титановых пластин 3, 6 с центральной медной пластиной 7 в пределах 410-470 м/с.

После сварки, например, на фрезерном станке обрезают у сваренного пакета боковые кромки с краевыми эффектами, полученную заготовку нагревают до температуры, превышающей на 20-30°C температуру плавления легкоплавкого металла, и удаляют его из внутренних полостей центрального-медного слоя. После охлаждения полученной заготовки на поверхность наружных титановых слоев наносят технологическую обмазку для защиты от воздействия воздушной атмосферы, после чего эту заготовку отжигают для образования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между титаном и медью, например, в электропечи при температуре, превышающей на 25-125°C температуру контактного плавления меди и титана, в течение 1-5 мин, с последующим охлаждением на воздухе. После охлаждения удаляют с поверхностей изделия защитную обмазку и полученное композиционное изделие с внутренними полостями используют по назначению.

Полученное композиционное изделие с внутренними полостями состоит из тринадцати слоев (см. фиг. 4) и содержит наружные слои из титана 20, 21, внутренние слои из титана 22, 23, внутренние слои из меди 24, 25, шесть сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек из титана и меди 26, 27, 28, 29, 30, 31 и центральный медный слой 32. Наружный и внутренний слои из титана 20, 22 совместно с диффузионными интерметаллидными прослойками 26, 27, 28 создают высокое термическое сопротивление материала при направлении теплопередачи в поперечном направлении с одной стороны изделия, а расположенные симметрично относительно центрального медного слоя 32 наружный 21 и внутренний 23 слои из титана совместно с диффузионными интерметаллидными прослойками 29, 30, 31 создают высокое термическое сопротивление изделия с другой его стороны.

Внутренние слои из меди 24, 25 и центральный медный слой 32, обладающие высокой теплопроводностью, способствуют высокоэффективной теплопередаче вдоль этих слоев. Кроме того, все медные слои совместно со слоями из титана благодаря их высокой пластичности препятствуют хрупкому разрушению расположенных между ними диффузионных интерметаллидных прослоек в процессе эксплуатации изделий. Наружные слои изделия из титана 20, 21 не склонны к хрупкому разрушению при контактных нагрузках. Внутренние полости изделия 33 могут быть использованы для пропускания через них жидкостей или газов-теплоносителей, либо для размещения в них электрических нагревателей.

Данное композиционное изделие с внутренними полостями имеет более высокое, чем у прототипа, суммарное термическое сопротивление наружных слоев, слагаемыми которого являются диффузионные интерметаллидные прослойки и титановые слои, расположенные с обеих сторон изделия, при этом центральный медный слой имеет и пониженное термическое сопротивление. Изделие обладает в сравнении с прототипом повышенной прочностью при изгибающих нагрузках и при его получении существенно сократилось время, затрачиваемое на формирование единицы толщины каждой диффузионной интерметаллидной прослойки. Жаростойкость наружных титановых слоев изделия в окислительных газовых средах до 450°C.

Сущность способа поясняется примерами. Все примеры, в том числе и пример по прототипу, сведены в таблице с указанием основных технологических режимов получения композиционных изделий с внутренними полостями, состава и толщин свариваемых материалов, а также свойств полученного продукта.

Пример 1 (см. таблицу, опыт 1).

Очищают от окислов и загрязнений пластины из титана и меди, из которых сначала составляют два трехслойных пакета с размещением в каждом из них между пластинами из титана марки ВТ1-00 медной пластины из меди марки М1. Пластины в пакетах располагают параллельно друг другу на расстоянии технологических сварочных зазоров. Длина свариваемых пластин в каждом трехслойном пакете 270 мм, ширина - 210 мм, толщина титановых пластин δ_Ti=1 мм, толщина медных пластин в пакетах δ_Cu=1 мм, при этом соотношение толщин слоев титан-медь-титан в каждом трехслойном пакете δ_Cu:δ_Ti:δ_Cu равно 1:1:1. Размещают между трехслойными пакетами симметрично с одинаковыми сварочными зазорами центральную медную пластину, полученную, например, методом литья из меди марки М1, содержащую 12 цилиндрических внутренних полостей диаметром 10 мм, расположенных параллельно друг другу симметрично относительно наружных поверхностей пластины. Расстояние между смежными полостями a=5 мм, расстояние от внутренних полостей до наружных поверхностей медной пластины b=5 мм. Предварительно заполняют ее внутренние полости, например, методом литья легкоплавким металлом - свинцом. Длина этой пластины 270 мм, ширина 210 мм, толщина δ_м=20 мм. Сварочные зазоры фиксируют с помощью упоров, например, из алюминия. На поверхностях титановых пластин укладывают защитные прослойки из высокоэластичного материала - резины длиной 270 мм, шириной 210 мм, толщиной 1 мм для защиты поверхностей титановых пластин от локальных повреждений продуктами детонации взрывчатого вещества, после чего полученный пакет располагают симметрично, без зазоров, между контейнерами с одинаковыми зарядами BB с генераторами плоской детонационной волны. Полученную сборку устанавливают вертикально на грунт.

При сборке пакета под сварку предварительно, с помощью компьютерной технологии, определяют величину необходимых сварочных зазоров h₁, h₂ и h₃, где h₁ - зазоры между титановыми пластинами трехслойных пакетов и смежными с ними медными пластинами, h₂ - зазоры между медными пластинами и расположенными за ними смежными титановыми пластинами, h₃ - зазоры между титановыми пластинами и центральной медной пластиной. Для сварки взрывом пакета из пластин выбирают BB из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации D_вв=2400 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь из 33% порошкообразного аммонита 6ЖВ и 67% аммиачной селитры (соотношение 1:2). Высота каждого заряда BB H_вв=50 мм, длина 280 мм, ширина 220 мм.

Для получения скоростей соударения между собой металлических слоев в пакете в пределах предлагаемого диапазона, при выбранных параметрах заряда BB величины сварочных зазоров между пластинами, расположенными с обеих сторон центральной медной пластины, равны: h₁=0,9 мм, h₂=10 мм, h₃=1,5 мм, что обеспечивает скорости соударения слоев при сварке взрывом на соответствующих межслойных границах свариваемого пакета: V₁=715 м/с, V₂=640 м/с, V₃=540 м/с, где V₁ - скорость соударения титановых пластин со смежными медными, V₂ - медных пластин со смежными титановыми, V₃ - титановых пластин с центральной медной пластиной. Одновременное инициирование процесса детонации в зарядах BB осуществляют с помощью электродетонатора, двух отрезков детонирующих шнуров равной длины и генераторов плоской детонационной волны. Направление детонации в зарядах BB осуществляется вдоль внутренних полостей центральной медной пластины.

После правки сваренного многослойного пакета на гидравлическом прессе и обрезки боковых кромок с краевыми эффектами, например, на фрезерном станке полученную заготовку нагревают до температуры t_уд=347°C, превышающей на 20°C температуру плавления t_пл легкоплавкого металла - свинца, равную 327°C, и удаляют его из внутренних полостей центрального медного слоя, например, с помощью горячего сжатого воздуха. Затем на поверхности титановых слоев наносят технологическую обмазку для защиты от воздействия воздушной атмосферы, после чего полученную заготовку отжигают для образования сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек между титаном и медью, например, в электропечи при температуре t_от=900°C, превышающей на 25°C температуру контактного плавления меди и титана t_к,п=875°C, в течение τ=5 мин, с последующим охлаждением на воздухе. После охлаждения удаляют с поверхностей изделия защитную обмазку и полученное композиционное изделие с внутренними полостями используют по назначению.

В результате получают тринадцатислойное композиционное изделие с с плоскими наружными поверхностями, с двенадцатью сквозными внутренними полостями диаметром каждой из них d_п=10 мм, длина изделия 250 мм, ширина 200 мм, толщина δ_ки=26 мм. Композиционное изделие содержит наружные слои из титана ВТ1-00 толщиной δ_т.км=0,8 мм, внутренние слои из титана той же марки толщиной δ_т.в.км=0,6 мм, внутренние слои из меди марки М1 толщиной δ_м.ки=0,8 мм, шесть сплошных диффузионных интерметаллидных прослоек с толщиной каждой из них δ_инт=0,3 мм из титана и меди, расположенных между титановыми и медными слоями симметрично относительно центрального медного слоя из меди М1 толщиной δ_м.н.ки=19,8 мм, содержащего внутренние полости цилиндрической формы. Расстояние между внутренними полостями изделия K=5 мм, расстояния от внутренних полостей до поверхностей центрального медного слоя M, N - около 5 мм.

Компьютерный анализ напряжений, возникающих при изгибе изделий сосредоточенной изгибающей нагрузкой с помощью пакета программ «SIMULIA ABAGUS» показал, что прочность изделий по предлагаемому способу в сопоставимых условиях нагружения превышает прочность изделий по прототипу не менее чем в 6 раз, при этом наружные слои у изделий по предлагаемому способу не склонны к хрупкому разрушению при контактных нагрузках.

Суммарное термическое сопротивление диффузионных интерметаллидных прослоек R_инт, расположенных в полученном изделии с каждой стороны центрального медного слоя, равно 0,15·10^-3 К/(Вт/м·К), что в 16-22 раза больше, чем у материала по прототипу. Суммарное термическое сопротивление слоев, обеспечивающих повышенные теплозащитные свойства с каждой стороны изделия R_сум, складывается из термического сопротивления наружных и внутренних слоев из титана R_м.с, термического сопротивления диффузионных интерметаллидных прослоек R_инт, а термическим сопротивлением внутренних слоев из меди можно пренебречь из-за их незначительной величины. В полученном изделии R_т.с=0,074·10^-3 К/(Вт/м·К), R_сум=0,226·10^-3 К/(Вт/м·К), что в 10-12,7 раз больше, чем в изделии по прототипу. Время формирования 1 мм толщины интерметаллидной прослойки τ_ф при получении изделия по предлагаемому способу составляе