УДК 669.017:53+621.7/.9.044.2

 Кирсанов Р.Г.

Особенности металлических мишеней, подвергнутых воздействию потока тугоплавких частиц, разогнанных энергией взрыва

Самарская государственная сельскохозяйственная академия

 

Введение

Среди различных способов обработки материалов особое место занимают динамические методы, связанные с использованием энергии взрыва. В настоящее время в литературе уже накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал по структуре и свойствам металлов и сплавов после ударно-волнового воздействия.

В 80-х годах 20 века при взаимодействии с мишенью разогнанного энергией взрыва потока высокоскоростных дискретных частиц размерами 10-100 мкм, было обнаружено сверхглубокое проникание (СГП) отдельных частиц на глубины более 1000 их диаметров. Имеющиеся публикации по этому вопросу до сих пор носят весьма противоречивый характер [1-14].

Поэтому целью данной работы являлся анализ особенностей воздействия потока тугоплавких частиц, разогнанных энергией взрыва на свойства металлических мишеней. Для этого проанализируем основные механизмы проникания высокоскоростного потока частиц в мишень, рассмотрим поведение частиц, разогнанных энергией взрыва, влияние потока высокоскоростных частиц тугоплавких материалов на свойства металлической мишени в зависимости от расстояния до заряда ВВ, материала частиц, угла падения потока на основе новых экспериментальных данных, способствующих пониманию данного явления и применению его для получения материалов с новыми свойствами.

1.       Основные механизмы взаимодействия потока частиц с преградой

Как правило, для объяснения механизма взаимодействия тела (ударника) с мишенью привлекают гидродинамическую теорию, в рамках которой мишень рассматривают как несжимаемую жидкость. Проникание тел на глубину, превосходящую их размер на 2-4 порядка, противоречит гидродинамике процесса, согласно которой глубина проникания Lk оценивается формулой [15]:

 ,

где lо – приведенная длина ударника; r1 и r2 - плотности материалов ударника и преграды. Расчет по данной формуле дает значение проникания не более 3-х диаметров ударника. Даже уточнение данной формулы, предложенное в работе [16]:

 ,

где dо – диаметр тела, Dк – максимальный (конечный) диаметр каверны; не позволяет получить значения глубины проникания свыше десяти диаметров тела. Как справедливо отмечено авторами данной работы, предложенное соотношение хорошо описывает явление соударения с преградой одиночных высокоскоростных тел, но эффект СГП проявляется лишь при наличии организованного потока порошкообразных частиц. Известно, что при одинаковых размерах пористый ударник дает большую глубину пробития. Снижается и минимальная скорость, которую должен иметь пористый ударник для того, чтобы происходило проникание в прочную преграду.

Для объяснения механизма СГП было предложено несколько гипотетических моделей, которые с той или иной позиции объясняют физическую картину явления.

Одно из направлений рассматривает сверхглубокое проникание частиц за счет развития трещины. В одной из первых гипотез [2] академик Черный Г.Г. объясняет механизм СГП за счет низкого сопротивления мишени движущейся частице, обусловленного хрупким разрушением с раскрытием и движением трещины впереди частицы. Свою гипотезу автор обосновывает экспериментами с крупными телами в условиях нормальных температур. Основным допущением данной гипотезы является то, что из-за высоких скоростей деформации в материале не успевает проявиться свойства материала мишени, и он ведет себя как упругий и хрупкий. В результате чего перед движущимися частицами возникают трещины нормального отрыва.

К основным недостаткам данной гипотезы можно отнести рассмотрение взаимодействия тел при нормальных температурах (частицы малы и  их увеличение температуры значительно) и отсутствие учета взаимодействия потока частиц и преграды.

Модель СГП, предложенная в работе [3] Григоряна С.С. “О природе "сверхглубокого" проникания твердых микрочастиц в твердые материалы”, так же основывается на образовании трещины, но учитывает фрикционную диссипацию энергии, идущую на нагрев трущихся тел - частицы и мишени, а также совмещает кинетику пластической деформации и сколового разрушения.

В работе [4] “Локальное хрупкое разрушение как возможный механизм явления сверхглубокого проникания частиц малых размеров в твердое тело” Козарезова К.И. и сотрудников, эффект сверхпроникания связывается с приблизительным равенством времени расклинивания трещины частицей и времени релаксации материала мишени. В этом случае энергия образования трещины на 2-3 порядка меньше энергии пластической деформации, что и позволяет частице пройти на очень большую глубину.

В работе [5] Ададурова Г.А. “Об "аномальных" явлениях, сопровождающих импульсное нагружение поверхности” делается попытка объяснить СГП воздействием на материал боковых волн разгрузки, вследствие чего возникает разупрочненные области в виде радиальных трещин, которые способствуют прониканию частиц. Однако это предположение противоречит экспериментам, проведенных в работе Козарезова К.И. “Структурные эффекты при сверхглубоком проникании частиц в металлы”. Там боковая поверхность образца была зажата в обойме, что исключала воздействие боковых волн разгрузки, однако эффект СГП наблюдался. 

 Особое место занимают модели, в которых ударная волна рассматривается как основной фактор, обуславливающий СГП. Это работы Симоненко В.А., Забабахина Е.И. и Андреева С.Г.

В работе [6] Забабахина Е.И. считается, что захват частиц фронтом ударной волны возможен, а силы за фронтом, обусловленные повышением давления за фронтом волны, достаточны для обеспечения стационарного движения тела со скоростью фронта. Численное моделирование показывает принципиальную возможность “захвата” отдельных частиц фронтом упруго-пластичной волны. Анализ данной гипотезы позволяет выявить некоторую несоизмеримость скорости фронта и времени взаимодействия частицы с мишенью, а также не объясняет отсутствие следов турбулентности в треке частицы.

Авторы работы [7] “Образование второй ударной волны при соударении частицы с поверхностью при детонационном напылении” явление СГП связывают с возникновением второй ударной волны вслед за первой, что приводит к резкому торможению границы раздела и осуществляет перераспределение кинетической энергии, возвращая частице энергию на отрыв ее от мишени. Эта модель применима для одиночной частицы, но в случае воздействия потока частиц поверхность матрицы испытывает непрерывную серию микроударов.

Несколько другая концепция имеет место в трактовке СГП с позиции пластического деформирования в работе [8] Альтшулера Л.В., Андилевко С.К., Романова Г.С., Ушеренко С.М., в которых движение частиц рассматривается как бы в среде невязкой несжимаемой жидкости. Считается, что число Рейнольдса  Rе >> 1, а скорость движения частицы меньше скорости звука в материале. Импульсное нагружение матрицы характеризуется переменным полем давлений и импульс его имеет энергию достаточную для плавления некоторой части массы перед частицей, а импульсы давления как бы проталкивают частицу вперед.

Интересна модель СГП, основанная на структурных превращениях в области взаимодействия частицы с мишенью, в частности, о связи данного явления с временем незавершенного фазового перехода, предполагая что в этот момент сопротивление материала равно нулю [9].

В работах Мержиевского П.А. уточняется, что воздействие высокоскоростного потока существенно отличается от воздействия одиночного ударника возможностью перераспределения энергии удара. Основные концепции данного явления были подтверждены в работе Андилевко С.К. [10], в частности, была получена количественная информация о зависимости глубины проникания, объема канала и потери массы частицы, энергии соударения и удельной плотности энергии кратерообразования от размера частиц. Там же отмечена роль схлопывания кратера.

Представление о реализации локальных давлений  при  взаимодействии частиц, разгоняемых энергией взрыва, с металлической мишенью развивается в работах Ноздрина В.Ф., Ушеренко С.М., Губенко С.И. [11, 12], затрагивая и субстpуктуpный уровень. Для  проникания частиц в металлическую матрицу необходимо преодоление сил межмолекулярных связей и переход локальных областей в квазижидкое состояние как локализации деформации. При движении в матрице частицы возбуждают перед собой удаpно-пластические волны и перемещают фронт высокого давления. Процесс пластической деформации вблизи траекторий движения частиц реализуется в виде релаксационных волн, имеющих сдвиговую и ротационную компоненты. На пути движения частиц образуются зоны сильно pазупоpядоченного состояния. В результате чего имеет место чрезвычайно высокая подвижность атомов, что и объясняет высокую скорость перемещения частиц и схлопывание каналов.

Одна из моделей [13] представляет процесс СГП как кавитационный процесс. Взаимодействие потока частиц с мишенью приводит к образованию волн в ультразвуковом диапазоне и проявлению явления кавитации. Частицы при движении прорывают лишь прослойки материала между кавитационными полостями в мишени. Этим и объясняется большая глубина проникания, однако авторы данной модели не приводят ни каких численных оценок.

Как видно из рассмотренных источников, механизм СГП очень специфичен, а рассматриваемые модели: развитие трещин, захват частиц фронтом ударной волны и т. д. не только не дополняют, но и взаимно исключают друг друга. Концепция аномально пластического поведения материала при высокоскоростном нагружении материала, хотя и численно хорошо моделируется, однако не может считаться доказанной. В то же время, близость изменения структур материала при его ультразвуковой обработке и при нагружении его потоком высокодисперсных частиц явно указывает на корреляцию процессов, связанных с высокочастотными акустическими явлениями [14].

2.       Анализ взаимодействия частиц с мишенью и оценка энергии

Проведем оценку оценки энергии частицы, разогнанной до скорости при которой наблюдается явление сверхглубокого проникания частицы в преграду. Анализ взаимодействия частиц, разогнанных энергией взрыва, с мишенью позволяет выделить в зависимости от скорости соударения три характерных режима: проникновение частиц на глубину не более 10 диаметров частицы, хорошо описываемое гидродинамической моделью; реализация эффекта аномально глубокого проникновения; взрывообразное разрушение частицы при ударе о преграду с образованием кратера. Первый режим реализуется при скоростях менее 500 м/с, при этом баланс кинетической энергии частицы и энергии идущей на разрушение материала мишени соответствует расчетным значениям энергии. Второй режим реализуется при скоростях от 1000 м/с до 3000 м/с, глубина проникновения, как правило, составляет не менее 10 диаметров частицы. Отдельными исследователями зафиксированы частицы на глубине порядка 100 мм, при размере частиц до 100 мкм, хотя по нашим экспериментальным данным большая часть частиц регистрируется на глубинах порядка 20 мм. Оценки, выполненные ниже, показывают, что только кинетической энергии частиц недостаточно, для проникания на данную глубину. Третий режим реализуется при скорости частиц порядка 10 000 м/с и более ведет к тому, что при ударе частицы наблюдается ее быстрый разогрев до расплавленного состояния. В результате такого удара частицы испаряется (взрывается), образуя в мишени кратер.

Столкновение потока частиц с мишенью приводит к остановке большей частиц на поверхности материала. На рисунке 1 представлено поверхность мишени, после взаимодействия с потоком частиц. Как видно из рисунка 1 на поверхности мишеней образуется покрытие из остановившихся частиц. Толщина покрытия из спеченных частиц вольфрама имеет немонотонное распределение по поверхности образца и варьируется в пределах от 5 мкм до 40 мкм, что вероятно связано с неравномерным распределением частиц в потоке.

Происходит локальный нагрев зоны ударного взаимодействия твердых частиц с поверхностью образца в результате перехода кинетической энергии частиц в тепло. Предполагая, что удар каждой твердой частицы совершается мгновенно, а теплообмен зоны удара с окружающей средой и металлом частицы (практически) отсутствует, считаем, что вся кинетическая энергия остановившейся частицы переходит в тепло.

Рис. 1. Поверхность стали У8, после обработки потоком частиц, разогнанных энергией взрыва

 

Проведем расчеты для частицы вольфрама радиусом r = 7,5 мкм, считая, что микрочастица имеет форму близкую к шаровой. Массу mч микрочастицы определим исходя из плотности вольфрама 19320 кг/м3 и ее объема:

Количество частиц ударяющихся о поверхность мишени (при использовании порошка вольфрама общей массой 2 г) составит 5,87·107 штук.

Кинетическая энергия Wk одной частицы с массой (2) при ударе о мишень со скоростью υ = 1000 м/с составит:

.

Определим энергию необходимую на проникание частицы, на глубину большую, чем десять ее диаметров. Будем считать, что для проникания частице необходимо нагреть и расплавить материал мишени (сталь) в объеме канала, необходимого для продвижения. По мере проникания в мишень частица значительно уменьшается в размерах. На рисунке 2 представлена типичная частица, зафиксированная на глубине 20 мм в стали У8 (частица вольфрама размером 3 мкм). Обработка проводилась потоком частиц вольфрама средним размером 12 мкм.

а)

IncaTemp8

в)

Рис. 2. Частица вольфрама размером 3 мкм, зафиксированная на глубине 20 мм в стали У8: а) световое изображение; в) изображение характеристическом излучении вольфрама

 

Поэтому считаем, что канал имеет форму усеченного конуса. Для того чтобы частица смогла пройти в канале, сечение канала быть должно быть в 1,2-1,4 раза больше диаметра частицы, обеспечивая обтекание частицы вытесненным металлом при ее проталкивании в толще мишени. Обозначим радиус канала на входе в металл R, в месте остановки частицы r. Установим массу mc металла в канале стальной мишени глубиной Hc = 0,02 м, считая плотность стали равной ρc= 8,1 103 кг/м3:

2,45·10-8 кг

Определим энергию Wc необходимую для разогрева и плавления металла в канала, считая что средняя удельная теплоемкость стали составляет сс=0,65·103Дж/(кг·К), разность температур при нагреве до температуры плавления ΔТ=15000 К; а теплота плавления стали λc=2,66·105 Дж/кг:

=8,90·10-2 Дж.

Как видно из этой оценки, одиночная частица не имеет энергии для проникания на данные глубины, однако не стоит сбрасывать со счетов энергию ударной волны, продуктов детонации и тех частиц, которые останавливаются на поверхности. На наш взгляд значительную роль в возможности проникания частиц на такие глубины играет электропластическое разупрочнение металлов под действием электрического тока высокой плотности, который возникает при остановке основной части потока частиц на поверхности. Подтверждением наличия импульса электрического тока может служить наличие характеристического излучения фиксируемого при сверхглубоком проникании частиц[18].

Таким образом, проанализировано поведение частиц, разогнанных энергией взрыва, проведены оценки энергии, необходимой для проникания частиц на глубины порядка 20 мм. Выявлено, что только кинетической энергии частиц недостаточно для проплавления канала такой глубины. Высказаны предположения, что значительный вклад в энергетику процесса вносят энергии ударной волны, продуктов детонации и тех частиц, которые останавливаются на поверхности. Возможность проникания частиц на значительные глубины связывается с электропластической деформацией мишеней[26], возникающей при протекании импульса электрического тока в момент взаимодействия потока частиц с мишенью.

Таким образом, существует большое количество моделей СГП дискретных частиц, однако, ни одна из них не может полностью объяснить и описать всю совокупность явлений сопровождающих сверхглубокое проникание, высокоскоростных дискретных частиц. Основные динамические характеристики СГП практически определены и требуют лишь некоторого уточнения, а о механизме СГП или о его анализе, как правило, можно судить по изменению свойств и структуры металлических матриц различных металлов и сплавов, модельно бомбардируемых потоками  различных по геометрическим, физическим характеристикам. Поэтому для получения более целостной картины, необходимы дополнительные исследования данного эффекта.

3.            Влияние потока высокоскоростных частиц на свойства малоуглеродистых сталей

Рассмотрим влияние потока высокоскоростных частиц вольфрама на свойства малоуглеродистых сталей и перспективность использования данного явления для микролегирования и получения материалов с новыми свойствами. Считается, что обработка потоком высокоскоростных частиц сварного шва, полученного при использовании дуговой сварки, может улучшить структуру и свойства зоны шва, увеличить её коррозионную стойкость.

В качестве материала использовалась холоднокатаная листовая  сталь марки ст.3, толщиной 10 мм. Заготовки представляли собой пластины 100  150 мм, которые сваривались посредством дуговой сварки (рис. 1.а), после обработки из пластин вырезались образцы размером 100  100 мм (рис. 1.б). В качестве материала порошка выступал модельный материал - вольфрам массой 3 г и дисперсностью 2…12 мкм. Для разгона порошка до скоростей, необходимых для реализации явления сверхглубокого проникания (СГП), использовалось  взрывчатое вещество (ВВ) - аммонит плотностью 1 г/см3.

а)

б)

Рис. 3. Фотографии образцов а) до обработки; б) после обработки потоком высокоскоростных частиц вольфрама

 

Для разделения эффектов, связанных с взаимодействием ударной волны с образцом и взаимодействием потока частиц, разогнанных зарядом ВВ, были проведены следующие опыты: обработка образцов только ударной волной; обработка образцов потоком частиц вольфрама, разогнанных ударной волной, причем масса, тип ВВ и схема обработки оставались такими же, как и в первом случае.

Схема эксперимента представлена на рисунке 4. На пластину с помощью опалубки устанавливалось кольцо с порошком и заряд взрывчатого вещества с детонатором. Ударная волна, разгоняя порошок на центральную область (область сварного шва)  падала нормально.

Для оптимизации схемы эксперимента было проведено исследование распределения твёрдости по поверхности образца при обработке только ударной волной и при обработке потоком частиц вольфрама. Твердость образцов измерялась по методу Виккерса твердомером ТПП-2. Исследуемая поверхность представляла собой прямоугольник размером 33  18 мм, причем с двух сторон от сварного шва.

Как видно из рисунка 3, взаимодействие потока частиц с материалом мишени, в используемой схеме эксперимента, не приводит к значительным внешним изменениям зоны шва и не требует дополнительной механической обработки детали.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки:

1 – детонатор; 2- заряд ВВ;

3 – кольцо; 4 – порошок вольфрама; 5 – опалубка; 6 – сварной шов;

7 - пластина из стали ст.3

 

Рис. 5. Распределение твердости по поверхности образцов

 

На рисунке 5 представлен график изменения твердости на поверхности пластины после обработки ударной волной в зависимости от расстояния до сварного шва (шву соответствует значение координаты Х равное нулю). Как видно из графиков обработка только ударной волной не изменяет твердости сварного шва, уменьшая твёрдость пластины (ст. 3) на 8…36 единиц, в зависимости от местоположения исследуемой точки. Уменьшение твердости пластины по сравнению с исходным состоянием связано с тем, что исходный образец получен путем холодной прокатки стали, и концентрация дефектов кристаллической решётки в нем велика. С удалением от шва – центр образца – изменение твёрдости уменьшается, что вероятнее всего связано с увеличением расстояния от заряда ВВ до обрабатываемой поверхности и изменением угла падения ударной волны на образец. Обработка потоком частиц вольфрама увеличивает твердость шва на 48 HV, поведение распределения твердости по остальной поверхности в этом случае почти не отличается от поведения твёрдости на поверхности пластин после обработки только ударной волной.

Образцы разрезались перпендикулярно сварному шву и изготовлялись шлифы. Твердость измерялась микротвердомером ПМТ-3. Распределения твердости в зависимости от глубины представлены на рисунках 6,7,8.

Рис. 6. Распределение значений микротвердости, в зависимости от расстояния до сварного шва, на глубине 2 мм

 

Из рисунка 6 видно, что характер распределения микротвердости в зависимости от расстояния до сварного шва почти не меняется. Но уже на глубине 4 мм от поверхности (рис. 7) микротвердость после обработки ударной волной и потоком частиц вольфрама увеличивается по сравнению с исходным образцом.

Рис. 7. Распределение значений микротвердости, в зависимости от расстояния до сварного шва, на глубине 4 мм

 

Это связано с тем, что после взаимодействия только с УВ твердость материала уменьшается с удалением от контактной поверхности, т. к. соответственно убывает давление в ударной волне, но уменьшение количества дефектов в зависимости от расстояния до поверхности образца, при ударно волновом воздействии менее выражено, чем при холодной прокатке стали.

Рис.8. Распределение значений микротвердости, в зависимости от расстояния до сварного шва, на глубине 6 мм

 

Аналогичные изменения происходят и на глубине 6 мм от поверхности образцов, микротвердость исходного образца меньше (рис. 8), чем после обработки ударной волной и потоком частиц вольфрама.

Преобладание значений микротвердости образца, обработанного потоком частиц вольфрама, над значениями микротвердости образца, обработанного только ударной волной, скорее всего, связано с остановкой некоторого количества частиц вольфрама именно на этой глубине и тем, что каналы, образующиеся при СГП, армируют матрицу мишени [19-21] – это также приводит к увеличению прочности и износостойкости материала. Например, при обработке стали У8 протоком частиц вольфрама [22], происходит увеличение твердости мишени на глубине 10-12 мм, авторы связывают это как с увеличением концентрации вольфрама до 0,49%, так и с возникновением дополнительных напряжений в местах остановки частиц.

Таким образом, разработана схема экспериментальной установки, позволяющая реализовывать явление сверхглубокого проникания для данного ВВ и используемой дисперсности частиц вольфрама. Получены распределения значений твердости по поверхности и глубине образцов для данной схемы обработки. Показано, что использование обработки потоком частиц вольфрама, разогнанных ударной волной и продуктами детонации, приводит к увеличению твёрдости сварного шва на поверхности образцов и зоны около сварного шва на глубине 4 и 6 мм по сравнению с исходной, а также увеличению твердости поверхности и зоны около сварного шва на глубине 6 мм по сравнению с обработкой только ударной волной. Выявлена зависимость изменения твердости образцов от угла падения.

4.            Влияние на свойства металлической преграды расстояния от заряда ВВ, разгоняющего поток частиц

При обработке деталей сложной формы трудно расположить заряд ВВ на одинаковом расстоянии от обрабатываемой поверхности. Поэтому актуальным становиться вопрос о влиянии на свойства металлической мишени расстояния от заряда ВВ, разгоняющего поток частиц, используемый для обработки.

 В качестве мишени использовались образцы из стали Ст.3, которые обрабатывались потоком частиц нитрида титана, разогнанного взрывом гексогена насыпной плотности. Поток частиц попадал на мишень перпендикулярно поверхности. Поток частиц состоял из частиц неоднородного гранулометрического состава. Размер частиц, определялся на микроскопе, их диаметр составлял 8….15 мкм, масса порошка в навеске составляла 3 г. Расстояния от заряда взрывчатого вещества до поверхности образцов варьировалось в пределах от  40 мм до 100 мм.

На рисунке представлен график иллюстрирующий зависимость микротвердости преграды из стали Ст.3 от расстояния между зарядом ВВ, разгоняющего поток частиц используемый для обработки, и контактной поверхностью мишени.

Рис. 9. Распределение микротвердости по глубине мишеней из Ст.3 при различных расстояниях между зарядом ВВ и поверхностью образца, обработанных порошком нитрида титана

 

Как видно из рисунка, распределение твердости по глубине мишеней носит идентичный характер. На глубине 2 мм значения микротвердости меньше значений микротвердости на глубине 4 мм, что связано с разогревом поверхности, так как большая часть частиц отдает свою кинетическую энергию именно поверхностному слою. На глубине 4 мм среднее значение микротвердости для всех образцов равно 233 HV и с увеличением глубины наблюдается единое волнообразное уменьшение микротвердости до значений, которые имеет исходный образец из Ст.3 и составляет 152 HV. Значения твердости на глубинах до 20 мм у мишеней обработанных потоком частиц нитрида титана, разогнанных взрывом ВВ, расположенного на расстоянии 40 мм, 80 мм и 100 мм различаются незначительно, находясь в рамках погрешности выполненных измерений.

Таким образом, исследовано влияние на микротвердость металлической преграды расстояния от заряда ВВ, разгоняющего поток частиц используемый для обработки. Показано, что в исследуемом диапазоне расстояние между зарядом взрывчатого вещества и обрабатываемой поверхностью не влияет на распределение микротвердости в образцах.

5.       Особенности распределения твердости инструментальных углеродистых сталей по объему в зависимости от угла падения потока частиц

При практическом применении явления СГП для обработки значительных площадей поверхности приходится сталкиваться со значительными трудностями, так как добиться падения потока частиц перпендикулярно к любой точке обрабатываемой поверхности затруднительно. Актуальным становится вопрос об исследовании особенностей взаимодействия потока микрочастиц с металлической преградой при различных углах падения.

В качестве объекта исследования была выбрана отожжённая инструментальная углеродистая сталь – У8 (твердость 190±6 HV). Исследуемые образцы представляли собой цилиндры диаметром 24 мм и высотой 40 мм (рис. 10.а). Большая высота образцов обуславливалась желанием изучить распределение характеристик материала по глубине образцов. Использовался порошок нитрида титана. Навеска порошка представляла собой смесь с весьма неоднородным гранулометрическим составом с размером частиц 10….70 мкм. Размер частиц в порошке определялся с помощью микроскопа (рис. 10.б). Угол падения потока частиц (между нормалью к ударной волне и поверхностью образцов) выбирался равным 900, 600 и 450. Разгон частиц осуществлялся зарядом насыпного гексогена.

 

образец

а)

б)

образец взрв

с)

Рис. 10. а) исходный образец; б) порошок TiN; с) поверхность образца после обработки порошком TiN

 

На рисунке 11 представлена схема экспериментальной установки, использовавшаяся для реализации эффекта сверхглубокого проникания. Образец помещался в технологическом канале 4, над которым располагалось кольцо 5 с порошком нитрида титана 6. На это кольцо устанавливался заряд взрывчатого вещества (ВВ) 2 с детонатором 1. Направляющий канал позволял значительно повысить эффективность использования рабочего порошка. Между порошком и зарядом ВВ имелась воздушная полость 3, обеспечивающая снижение пикового давления и увеличение времени, в течение которого порошку сообщался необходимый импульс. Заряд ВВ имел цилиндрическую форму, отношение длины к диаметру выбиралось равным трём, что необходимо для обеспечения стационарности процесса детонации. При обработке образцов только УВ, порошок 6 из навески убирали, сохраняя все остальные параметры.

При детонации ударная волна и продукты взрыва разгоняли порошок и вместе с ним воздействовали на исследуемый образец. При формировании потока частицы распределялись по скоростям. Первые частицы, практически одновременно подлетевшие к поверхности матрицы можно рассматривать как фронт потока. Таким образом, весь поток представлял собой серию последовательных волновых поверхностей, передающих мишени моменты количества движения.

экспериментальная установка

Рис. 11. Схема экспериментальной установки:

12 1 – электродетонатор;

2 – заряд ВВ; 3 – воздушная полость; 4 – направляющий канал; 5 – фиксирующее кольцо;

 6 – порошок;

7 – поверхность образца

Рис 12. Микрофотография образца после обработки потоком частиц TiN (плоскость шлифа параллельна направлению обработки)

 

Проведем оценку частоты соударения частиц с мишенью. Масса навески выбиралась равной 3 г. Массу mч микрочастицы определим исходя из плотности (для нитрида титана ρ=5,44 г/см3) и объема, считая частицы порошка близкими к сферической форме

.

Разделим массу порошка на массу частицы - общее количество частиц ударяющихся о поверхность мишени составит (3….10)·1014 штук. Время взаимодействия потока частиц с мишенью 10….20 мкс, следовательно, средняя частота соударения частиц с матрицей 7·107 с-1. При такой частоте ударов, мишень не успевала релаксировать, что позволяло привести материал мишени в такое возбужденное состояние, при котором возможно реализовать эффект сверхглубокого проникания (СГП).

Для исследования образцов использовались оптическая микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ на электронном сканирующем микроскопе  LEO-1450и измерение микротвердости (относительная ошибка не более 3%), выполненное по стандартным методикам.

После взаимодействия с потоком частиц поверхность образцов изменилась –на поверхности регистрировались кратеры различных размеров. Типичная картина поверхности представлена на рисунке 10.c. На наш взгляд наличие значительных кратеров на поверхности обусловлено попаданием осколков кольца 5 (рис. 11).

Было установлено, что на всех образцах, обработанных по данной схеме эксперимента наблюдается эффект сверхглубокого проникания. Для констатации данного утверждения использовался как металлографический анализ, так и рентгеноспектральный микроанализ.

На рисунке 12 представлена типичная микрофотография шлифа образца (плоскость шлифа параллельна направлению потока частиц). Как видно из рисунка металлографический анализ показывает наличие каналов, ориентированных по направлению движения потока частиц, причем канал не выглядит идеально прямым, что может быть обусловлено многими причинами (не идеальность плоскости шлифа, малый диаметр канала и т. д.).

 Рентгеноспектральный микроанализ показал наличие остановившихся частиц нитрида титана не только на поверхности, но и в объёме мишеней. В очень редких случаях наблюдались глобулы из проникших частиц. На рисунке 13 представлена типичная глобула из таких частиц, находящаяся на расстоянии 18,4 мм от поверхности образца. Как видно из микрофотографии диаметр наиболее крупных частиц на ней составляет 8 - 12 мкм. Это может быть связано с тем, что именно данный размер частиц проникает в мишень при используемых параметрах воздействия, а так же с дроблением частиц, как в ударной волне, так и при ударе, и “обдиранием” их поверхности при  движении в материале мишени. При торможении частицы, как правило, образуют полости различного вида [11, 12, 23, 25]. Идентификация состава частиц в точках 1, 2, 3 (рис. 13) производилась рентгеноспектральным микроанализом. Данные этого анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Состав материала в исследуемых точках

Spectrum

Концентрация в %

Точка 1

Точка 2

Точка 3

C

9.56

12.30

11.48

N

45.69

45.18

43.60

Ti

51.81

40.23

37.67

Fe

2.50

2.29

7.26

Рис. 13. Микрофотография глобулы частиц TiN

 

При исследовании распределение твёрдости по глубине образцов, обработанных потоком частиц нитрида титана, в зависимости от угла падения получены данные, отличающиеся от результатов, полученных при обработке мишеней потоком частиц вольфрама [24].

 Известно, что при нормальном падении ударной волной наблюдается уменьшение твердости материала с увеличением расстояния от контактной поверхности вглубь.

На рисунке 14.а приведены экспериментальные данные по распределению микротвердости по глубине мишеней обработанной только ударной волной. На рисунке 14.б приведены данные по распределению микротвердости по глубине мишеней при нормальном падении потока частиц на образец, причем частицы разгонялись взрывом такого же заряда, как для рисунка 14.а . Из рисунка 14.б видно, что после обработки металлической мишени потоком частиц нитрида титана происходит падение микротвердости по краям образца на 80 единиц по сравнению с серединой (для глубин 4, 7, 10, 13 мм). С удалением от контактной поверхности происходит снижение твердости относительно значений полученных для меньшей глубины. Изменение данной картины начинает наблюдаться на глубине 20 мм, где по краям образца происходит увеличение твердости относительно значений полученных для меньших глубин.

Рис 14.а. Распределение значений микротвердости по объему мишени после взаимодействия с УВ под углом 900 (между нормалью к ударной волне и поверхностью)

 

Рис 14.б. Распределение значений микротвердости по объему мишени при падении потока частиц под углом 900

Это может быть связано как с увеличением количества частиц, остановившихся на данной глубине, так и с периодическим полем давлений, возникающих в мишени при взаимодействии с потоком частиц, определяя волновой характер распределения проникающих частиц и свойств матрицы.

Рис 15.аРаспределение значений микротвердости по объему мишени после взаимодействия с УВ под углом 600 (между нормалью к ударной волне и поверхностью)

Рис 15.бРаспределение значений микротвердости по объему мишени при падении потока частиц под углом 600

 

На рисунке 15 приведены экспериментальные данные по распределению микротвердости по глубине мишеней обработанной только ударной волной (рис.15.а) и при падении потока частиц, разогнанного ВВ таким же с углом падения 600 (рис.15.б).

Как видно из этого рисунка, обработка металлической мишени потоком частиц нитрида титана в этом случае приводит к изменению характера распределения микротвердости по глубине, по сравнению с обработкой только УВ. Возможно, это связано с тем, что взаимодействие потока частиц с границей раздела двух сред приводит к изменению направления вектора скорости частиц. Наблюдается  ассиметрия распределения микротвердости – на глубине 13 и 20 мм в левой части графика происходит увеличение значений микротвердости относительно глубин 7 и 10 мм, в правой части графика такого явления не наблюдается.

На рисунке 16.а приведены экспериментальные данные по распределению микротвердости по глубине мишеней обработанной только ударной волной, с углом падения 450. Как видно из рисунка происходит уменьшение твердости материала с удалением от контактной поверхности.

Рис 16.а. Распределение значений микротвердости по объему мишени после взаимодействия с УВ под углом 450 (между нормалью к ударной волне и поверхностью)

 

На рисунке 16.б приведено распределение значений микротвердости по глубине образца при падении потока микрочастиц нитрида титана под углом 450. Как видно из рисунка 16, микротвердость выравнивается по всей ширине образца (пропадает ассиметрия), относительно образцов, обработанных потоком частиц с углом падения 600 и, увеличивается по сравнению с образцами, обработанными потоком частиц, падающим перпендикулярно поверхности мишени. Наблюдается немонотонное изменение микротвердости с глубиной – на глубине 10 мм в левой части графика происходит увеличение значений микротвердости относительно глубины 7 мм, возможно, это объясняется большим количеством остановившихся частиц порошка TiN.

Рис. 16.б. Распределение значений микротвердости по объему мишени при падении потока частиц под углом 450

 

Явление СГП основано на комплексном взаимодействии потока частиц с преградами. Особенностью динамического воздействия, в отличие от статистического, является то, что вероятность аккумуляции энергии в локальных объемах возрастает, что и приводит к возможности проявления данного эффекта. Механизм СГП еще до конца не изучен, поэтому важно накопление экспериментальных данных по изменению свойств и структуры металлических матриц, модельно бомбардируемых потоками различных по геометрическим и физическим характеристикам порошков.

Таким образом, разработана схема экспериментальной установки, позволяющая реализовать режим сверхглубокого проникания при различных углах падения потока частиц на поверхность мишеней. Показано, что проникание частиц сопровождается изменениями структуры не только в приповерхностном слое, но и в объеме мишени. Проникание частиц сопровождается появлением в материале мишени полостей различной формы, в которых находятся остановившиеся частицы, причем не только по отдельности, но и глобулами. Взаимодействие потока частиц с мишенью приводит к изменению размеров частиц. Для данного материала мишеней, материала порошка, диаметра частиц и типа ВВ получены распределения твердости по объему мишеней в зависимости от угла падения потока частиц. Как видно из экспериментальных данных изменение угла падения потока частиц дает возможность регулировать распределение твердости по объему мишени.

6.       Применение рентгеноструктурного анализа для исследования стальных мишеней, обработанных потоком тугоплавких частиц 

Образцы из инструментальной углеродистой стали У8, обрабатывались потоком частиц вольфрама, разогнанного взрывом гексогена, насыпной плотности. Масса порошка вольфрама в навеске составляла 3 г. Для анализа возможных структурно-фазовых изменений мишеней, после обработки потоком высокоскоростных частиц, проводился послойный рентгеноструктурный анализ на дифрактометре ДРОН - 3М. Исследовалось распределение фаз по глубине образцов из стали У8 с шагом 200 мкм.

На рисунке 17 представлены рентгенограммы образцов, обработанных частицами вольфрама. Как видно из рисунка 17.а, на поверхности образца  присутствуют соединения железа и материал частиц вольфрама (пик 1 с интенсивностью 308 имп/сек - угол дифракции 40,128, пик 3 с интенсивностью 71 имп/сек - угол дифракции 58,040). Это обусловлено с остановкой основной части частиц на поверхности мишени. Как видно из рисунка 17.б, с удалением от поверхности на 200 мкм интенсивность пиков, отвечающих за материал частиц, уменьшается. На глубине 400 мкм (рис. 17.в) пики, отвечающие за материал частиц, полностью исчезают. Это связано с тем, что концентрация вольфрама, который можно ввести не превышает 3% от массы порошка в навеске и на данной глубине выходит за чувствительность данной методики анализа.

а)

б)

в)

 

Рис. 17. Рентгенограммы образцов из стали У8, обработанных частицами вольфрама

 

 Параметры полученных пиков для образцов, обработанных частицами W, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты рентгеноструктурного анализа образцов

Номер пика (расстояние  до поверхности)

Угол

Площадь

Интенсивность

Полуширина

% Макс.

1 (0)

40,128

57,74

308

0,3674

76,49

2 (0)

44,586

57,65

390

0,3264

100,00

4 (0)

64,980

4,06

70

0,1590

14,43

1 (200)

40,120

6,95

92

0,1547

10,07

2 (200)

44,598

111,33

704

0,3118

100,00

4 (200)

64,863

15,66

119

0,2600

18,82

2 (400)

44,527

90,06

552

0,3215

100,00

4 (400)

64,775

25,01

98

0,5650

23,15

 

Таким образом, соударение потока частиц с мишенью приводит к увеличению дефектов структуры, количество которых уменьшается с удалением от поверхности материала, что проявляется в изменении полуширины линии α железа. Использование рентгеноструктурного анализа для выявления проникших частиц затруднено в связи с малой концентрацией вводимого материала.

7.            Сравнительный анализ структурных изменений в металлических преградах после взаимодействия с потоками из частиц вольфрама и нитрида титана, разогнанных косой ударной волной

При исследовании материалов обработанных потоком частиц, как правило, основное внимание обращают на приповерхностную зону. Такой подход очевиден и не требует пояснений – основные процессы проходят именно в этой области. Однако при определенных параметрах воздействия, а именно: скорости потока 1000….3000 м/с и диаметром частиц 10….100 мкм, возможно проникание некоторой части частиц на глубины порядка нескольких сантиметров, что обуславливает актуальность исследования микроструктуры, не только на поверхности, но и во всем объеме образцов.

Образцы из инструментальной углеродистой стали У8, обрабатывались как потоком частиц вольфрама, разогнанного взрывом гексогена, насыпной плотности, так и потоком частиц нитрида титана. Угол падения потока частиц на мишень составлял 600. Размер частиц определялся на микроскопе, диаметр вольфрамовых частиц составлял для 8….15 мкм, диаметр частиц из нитрида титана - 10 ….70 мкм.  Масса порошка в навеске составляла 3 г. Кроме того, для сравнения, одна из партий образцов обрабатывалась только ударной волной. Масса и тип взрывчатого вещества, схема обработки для всех партий образцов были одинаковые.

Металлографическое исследование проводилось как для образцов обработанных потоком частиц вольфрама, так и для обработанных только ударной волной. Исследование проводилось на инвертированном универсальном металлографическом микроскопе проходящего света Axiovert 200 MAT. Подготовка образцов и их травление осуществлялось по стандартным методикам.

Рассмотрим взаимодействие потока высокоскоростных частиц с исследуемой сталью. На рисунке 18.а представлен фрагмент исходной структуры образца. Как следует из диаграммы Fe–Fe3C и из микрофотографии, при комнатной температуре в равновесном состоянии микроструктура эвтектоидной стали (0,8 %С) состоит только из перлита.

На рисунке 18.б и 18.в представлены фрагменты микроструктур на глубине 2 мм от поверхности обработки, причем угол падения между нормалью к фронту ударной волны (фронту потока) и нормалью к поверхности образца составлял 600. Как видно из рисунка 18.в на глубине 2 мм от поверхности в образцах, обработанных потоком частиц W, появляется большое количество микропор, на фотографиях это вкрапления черного цвета. У образца обработанного только УВ (рис. 18.б) такие микропоры отсутствуют. Это говорит о том, что эти микропоры создаются высокоскоростным потоком частиц, причем форма микропор имеет острые углы. На рисунке 18.б также просматриваются границы зерен. У образцов обработанных порошком W из-за большого количества микропор границы зерен на данной глубине не наблюдаются. При использовании шкалы оценки, которая включает 10 эталонов (в баллах) возможных микроструктур стали с различным содержанием зернистого и пластинчатого перлита (по площади), микроструктура стали на рисунке 2.в оценивается на 4 балла.

Исходный

а)

2 УВ

б)

2 W

в)

Рис. 18. Фрагменты микроструктур образцов из инструментальной углеродистой стали У8:  а) исходная; б) после обработки только ударной волной на глубине 2 мм от поверхности обработки; в) после обработки потоком частиц вольфрама на глубине 2 мм от поверхности обработки

 

На рисунке 19. представлена микроструктура образцов на глубине 8 мм от поверхности, угол падения между нормалью к фронту ударной волны (фронту потока) и нормалью к поверхности образца составлял 600. Как видно из рисунков 19.б. количество микропор существенно уменьшается по сравнению с глубиной 2 мм (см. рис. 19.в). Так же наблюдается изменение формы и размеров микропор - отсутствуют острые углы, микропоры становятся меньше. У образцов, обработанных только УВ на глубине 8 мм по сравнению с 2 мм появляется пластинчатый перлит, и по шкале оценки микроструктуры (перлита) данная структура оценивается на 7 баллов – содержание крупнопластинчатого перлита до 10 %.

10 УВ

в)

6 W

б)

Рис. 19. Фрагменты микроструктуры образцов из стали У8 на глубине 8 мм от поверхности обработки: а) после обработки только ударной волной; б) после обработки потоком частиц вольфрама

 

На рисунке 20 представлена микроструктуры образцов на глубине 15 мм от поверхности обработки. Как видно из рисунков 19.б. и 20.б. количество и размеры микропор уменьшаются по сравнению с глубиной 8 мм. На рисунке 20.б. представлен образец, обработанный только УВ, на котором видно увеличение пластинчатого перлита.

15 УВ

а)

15 W

б)

Рис. 20. Фрагменты микроструктуры образцов из стали У8 на глубине 15 мм от поверхности обработки: а) после обработки только ударной волной; б) после обработки потоком частиц вольфрама

 

Оценка составляет 8 баллов – содержание крупнопластинчатого перлита от 10 % до 50 %. Микроструктура образца обработанного только УВ на данной глубине очень похожа на микроструктуру исходного образца стали У8. Следовательно, на глубине 15 мм ударная волна оказывает малое воздействие на микроструктуру образцов, основное воздействие обусловлено проникшими частицами - наблюдаются следы частиц и сами частицы порошка.

На рисунке 21.а представлена микрофотография исходной структуры мишени. Как видно из рисунка, микроструктура инструментальной углеродистой стали У8 состоит из зернистого феррита, на фотографии это белые вкрапления, по границам и внутри зерна феррита наблюдается карбид железа, вытянутые зерна в виде пластинок представляют собой пластинчатый перлит.

Исходный

2 УВ

2 W

2 TiN

а)

б)

в)

с)

Рис. 21. Фрагменты микроструктур образцов из инструментальной углеродистой стали У8 на глубине 2 мм от поверхности: а) исходная; после обработки: б) только ударной волной; в) после обработки потоком частиц вольфрама; с) после обработки потоком частиц нитрида титана

 

На рисунке 21.б и 21.в представлены фрагменты микроструктур мишеней на глубине 2 мм от поверхности, обработанных потоком частиц, с углом падения 600 между нормалью к фронту ударной волны (фронту потока частиц) и нормалью к поверхности образца. Как видно из этих рисунков, на глубине 2 мм от поверхности, в образцах, обработанных потоками частиц, появляется большое количество микропор - вкрапления черного цвета, причем форма микропор имеет острые углы. У образцов обработанных порошками TiN и W границы зерен на данной глубине не наблюдаются из-за большого количества микропор.

На рисунке 22 представлена микроструктура образцов на глубине 8 мм от поверхности, угол падения УВ составлял 600. Как видно из рисунков 22.б. количество микропор существенно уменьшается по сравнению с глубиной 2 мм (см. рис.22.в). Так же наблюдается изменение формы и размеров микропор - пропадают острые углы, микропоры становятся меньше. Аналогичная картина наблюдается и на больших расстояниях от поверхности – размер микропор уменьшается. Количество микропор с удалением от поверхности становиться меньше.

10 УВ

6 W

10 TiN

а)

б)

в)

Рис. 22. Фрагменты микроструктуры образцов из стали У8 на глубине 8 мм от поверхности после обработки: а) только ударной волной; б) потоком частиц вольфрама, в) потоком частиц нитрида титана

 

Таким образом, представлены результаты соударения потоков микрочастиц вольфрама и нитридов титана с металлической преградой. Показано, что соударение потока частиц с мишенью приводит к увеличению дефектов структуры в виде пор, по сравнению с обработкой только УВ, причем, с удалением от контактной поверхности возрастает роль проникших частиц в изменении микроструктуры мишеней. С удалением от контактной поверхности изменяется форма микропор, их размер и количество, причем  изменения зависят как от материала частиц, так  и от расстояния до контактной поверхности.

Выводы

1)  Рассмотрены основные механизмы сверхглубокого проникания высокоскоростных тугоплавких частиц. Показано что, ни один из них не может полностью объяснить и описать всю совокупность явлений сопровождающих сверхглубокое проникание дискретных частиц.

2)  Проведен анализ взаимодействия с мишенью частиц разогнанных энергией взрыва, проведены оценки энергии, необходимой для проникания частиц на глубины порядка 20 мм. Выявлено, что только кинетической энергии частиц недостаточно для проплавления канала такой глубины. Высказаны предположения, что значительный вклад в энергетику процесса вносят энергии ударной волны, продуктов детонации и тех частиц, которые останавливаются на поверхности. Возможность проникания частиц на значительные глубины связывается с электропластической деформацией мишеней, возникающей при протекании импульса электрического тока в момент взаимодействия потока частиц с мишенью.

3)  Получены распределения значений твердости по поверхности и глубине образцов для данной схемы обработки. Показано, что обработка потоком частиц вольфрама, разогнанных продуктами детонации, приводит к изменению микротвердости сварного шва по сравнению с обработкой ударной волной. Выявлена зависимость изменения твердости образцов от угла падения.

4)  Исследовано влияние на микротвердость металлической преграды расстояния от заряда ВВ, разгоняющего поток частиц используемый для обработки. Показано, что в исследуемом диапазоне расстояние между зарядом взрывчатого вещества и обрабатываемой поверхностью не влияет на распределение микротвердости в образцах.

5)  Показано, что проникание частиц сопровождается изменениями структуры не только в приповерхностном слое, но и в объеме мишени. Проникание частиц сопровождается появлением в материале мишени полостей различной формы, в которых находятся остановившиеся частицы, причем не только по отдельности, но и глобулами. Для данного материала мишеней, материала порошка, диаметра частиц и типа ВВ получены распределения твердости по объему мишеней в зависимости от угла падения потока частиц.

6)  Соударение потока частиц с мишенью приводит к увеличению дефектов структуры, количество которых уменьшается с удалением от поверхности материала, что проявляется в изменении полуширины линии α железа. Использование рентгеноструктурного анализа для выявления проникших частиц затруднено в связи с малой концентрацией вводимого материала.

7)  Представлены результаты соударения потоков микрочастиц вольфрама и нитридов титана с металлической преградой. Показано, что соударение потока частиц с мишенью приводит к увеличению дефектов структуры в виде пор, по сравнению с обработкой только УВ, причем, с удалением от контактной поверхности возрастает роль проникших частиц в изменении микроструктуры мишеней. Выявлена зависимость формы микропор, их размера и количества от материала частиц и от расстояния до контактной поверхности.

 

Литература:

1.  Ушеренко С.М., Фурс В.Я. Исследование влияния  высоких давлений, создаваемых в локальных зонах, на состояние металлического тела //Сб.: Влияние высоких давлений на свойства материалов. М-лы IV-V республиканских семинаров, Киев, 1983. - С.165-167.

2.  Черный Г.Г. Механизм аномально низкого сопротивления при движении тел в твердых средах. //ДАН СССР. - 1987.- Т.292, - N6, - С.1324-1326.

3.  Григорян С.С. О природе "сверхглубокого" проникания твердых микрочастиц в твердые материалы. //ДАН СССР. - 1987. - Т.292, - N6, - С.1319-1323.

4.  Козорезов К.И., Козорезов А.К., Миркин Л.И. Локальное хрупкое разрушение как возможный механизм явления сверхглубокого проникания частиц малых размеров в твердое  тело.//Физ.прочн. и пластичности металлов и сплавов.: Тез.докл.XIV межд.конф., 27-30 июня, 1995.- Самара.- 444 с.

5.  Ададуров Г.А., Беликова А.Ф., Буравова С.М. Об "аномальных" явлениях, сопровождающих импульсное нагружение поверхности.//ФГВ.- 1992.- Т.28, N4 - С.95-97.

6.  Забабахин Е.И., Забабахин П.Е. Стационарное перемещение тела ударной волной.//ПМТФ.- 1980.- N2.- С.178-183.

7.  Буравова С.Н. Образование второй ударной волны при соударении  частицы с поверхностью при детонационном напылении. //ФГВ. - 1985.- Т.21, N5. - С.107-113.

8.  Альтшулер Л.В., Андилевко С.К., Романов Г.С., Ушеренко С.М. О модели сверхглубокого проникания. //  Письма в ЖТФ. - 1989. - Т.15, В.5. - С. 55-57.

9.  Андилевко С.К., Горобцов В.Г., Козорезов К.И., Ушеренко С.М. Исследование эффектов взаимодействия микрочастиц с металлической  мишенью в условиях высоких давлений. // Физика и техника высоких давлений. - 1984. - В.17.- С.82-85.

10. Андилевко С.К., Роман О.В., Романов Г.С., Ушеренко С.М. Сверхглубокое  проникание частиц порошка в преграду. // Порошковая металлургия, Мн.- 1985.- В.9.- С. 3 - 13.

11. Ушеренко С.М., Губенко С.И., Ноздрин В.Ф. Изменения структуры железа и стали при сверхглубоком внедрении  высокоскоростных частиц. // Металлы. - 1991. - N 1- С.124-128.

12. Ушеренко С.М., Губенко С.И, Ноздрин В.Ф. Дальнодействующие  поля  напряжений вблизи дисперсных частиц, возникающие при взрывном легировании металлических материалов. // Металлофизика. - 1991. - Т.13, N7. - С. 57-64.

13. Krivchenko A.L. The cavitacional model of superdeep particles penetrstion. // New models and numerical codes for shock wave processes in condensed media. - St.Peterburg, Russia, Оctober 9-13, 1995. - p.35.

14. Бекренев А.Н.,  Кирсанов Р.Г., Кривченко А.Л. Исследование структуры и свойств углеродистых сталей после сверхглубокого проникания высокоскоростных частиц. // Физ. прочн. и пластичности металлов и  сплавов: Тез. докл. XIV межд. конф., 27-30 июня, 1995. - Самара. -445 с.

15. Емельянов Ю.А. Пугачев Е.С. Зильбербранд Е.Л. Удар капли по поверхности жидкости. К вопросу о проникании контактных тел в деформируемую твердую среду. // Письма в ЖТФ, Т.20, вып.8 - С.51-56.

16. Симоненко В.А., Скоркин Н.А., Башуров В.В. О проникновении  отдельных микрочастиц. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Теоретическая и прикладная физика. - 1988, вып.1. - С.46-51.

17. Федоров С.В. К определению глубины проникания пористых ударников при гиперскоростном взаимодействии. // Журнал технической физики. - 2007, т.77, вып.10. - С.131-134.

18.  Овчинников В.И., Дорошкевич Е.А., Белоус А.И., Пятлицкая Т.В., Реут О.П., Ушеренко С.М. Эффекты электромагнитного излучения, наблюдаемые в условиях нагружения высокоэнергетическим потоком поршковых частиц. // Физика и техника высокоэнергетической обработки материалов: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2007. – С.153-165.

19.  Ушеренко С.М., Гущин В.И., Дыбов А.О.. Результаты соударения потока микрочастиц с металлической преградой в режиме сверхглубокого проникания. // Химическая физика, 2002, т.21, №9, С.43-51.

20. Ушеренко С.М.. Современные представления об эффекте сверхглубокого проникания. // Инженерно – физический журнал, 2002, т.75, №3, С.183-198.

21. Ушеренко, С.М. Дальнодействующие поля  напряжений вблизи дисперсных частиц, возникающие при взрывном легировании металлических  материалов. / С.М. Ушеренко, С.И. Губенко, В.Ф. Ноздрин // Металлофизика. - 1991. - Т.13, N7. - С. 57-64.

22.  Кирсанов Р.Г. Особенности распределения вольфрама в приповерхностных слоях инструментальных сталей при сверхглубоком проникании порошковых частиц вольфрама. / Р.Г. Кирсанов, В.В. Калашников, А.Л. Кривченко // Письма в ЖТФ. - 1996. - Т.22, вып.17. - С. 28-37.

23. Ушеренко С.М.  Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. Монография. Минск : НИИ ИП, 1998, 208 с.

24. Кирсанов  Р.Г., Кривченко А.Л., Петров Е.В., Исаев Д.В. Изменения структуры инструментальных сталей при обработке потоком частиц вольфрама. Физика и химия обработки материалов. 2008,  №6, С.46-50.

25. Ушеренко С.М., Дыбов О.А., Коваль О.И. Рассмотрение результатов по сверхглубокому прониканию частиц в металлические преграды. Инженерно-физический журнал. т. 75, № 2, 2002. С.191-193.

26. Савенко В.С., Троицкий О.А. Повышение электропластичности металла в скрещенных электромагнитных полях. // Тяжелое машиностроение. 2003г. №6. с.8-11.