Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии
Исследован процесс получения порошковых неспеченных заготовок для изготовления облицовок кумулятивных зарядов, применяющихся для бурения нефтяных и газовых скважин. Заготовки получали интенсивной деформацией медновольфрамового порошка методом винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что процесс ВЭ позволя...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69221 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии / Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 120-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860264925116497920 |
|---|---|
| author | Бейгельзимер, Я.Е. Штерн, М.Б. Епифанцева, Т.А. Сынков, А.С. |
| author_facet | Бейгельзимер, Я.Е. Штерн, М.Б. Епифанцева, Т.А. Сынков, А.С. |
| citation_txt | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии / Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 120-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследован процесс получения порошковых неспеченных заготовок для изготовления облицовок кумулятивных зарядов, применяющихся для бурения нефтяных и газовых скважин. Заготовки получали интенсивной деформацией медновольфрамового порошка методом винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что процесс ВЭ позволяет изготавливать образцы с плотностью 94–99% и твердостью 135–142 kg/mm².
Досліджено процес отримання порошкових неспечених заготовок для виготовлення личковань кумулятивних зарядів, що застосовуються для буріння нафтових і газових свердловин. Заготовки одержували інтенсивною деформацією мідновольфрамового порошку методом гвинтової екструзії (ГЕ). Показано, що процес ГЕ дозволяє виготовлювати зразки з щільністю 94–99% і твердістю 135–142 kg/mm².
The process of preparing powder unsintered billets for making lining of shaped charges to be used in the drilling of oil and gas wells has been investigated. The billets were produced by severe deformation of copper-tungsten powder by the method of twist extrusion (TE). It has been shown that the TE method makes it possible to prepare samples of 94–99% density and 135–142 kg/mm² hardness.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:59:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
© Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков, 2009
PACS: 81.40.Vw
Я.Е. Бейгельзимер1, М.Б. Штерн2, Т.А. Епифанцева2, А.С. Сынков1
ПОЛУЧЕНИЕ НЕСПЕЧЕННЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ВИНТОВОЙ
ЭКСТРУЗИИ
1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
2Институт проблем материаловедения НАН Украины
ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03142, Украина
Статья поступила в редакцию 10 июня 2009 года
Исследован процесс получения порошковых неспеченных заготовок для изготовле-
ния облицовок кумулятивных зарядов, применяющихся для бурения нефтяных и га-
зовых скважин. Заготовки получали интенсивной деформацией медно-
вольфрамового порошка методом винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что про-
цесс ВЭ позволяет изготавливать образцы с плотностью 94–99% и твердостью
135–142 kg/mm2.
Ключевые слова: порошок, винтовая экструзия, консолидация, плотность, давле-
ние, прессование
Основной задачей усовершенствования процесса бурения является поиск
таких материалов, которые в процессе функционирования образуют откры-
тый (свободный от песта) канал в перфорируемой среде. Пест, образованный
в результате обжатия штампованной медной облицовки, может не только
резко сократить эффективную длину канала, но и свести ее к нулю, закупо-
рив отверстие. Одним из основных направлений решения проблемы запес-
тованности является применение порошковых металлических неспеченных
облицовок взамен штампованных медных. Что касается состава порошковых
материалов, то успешно зарекомендовали себя облицовки из медно-
вольфрамового композита [1,2].
Механические свойства неспеченных гетерогенных композиционных ма-
териалов в значительной мере зависят от условий их обработки давлением.
Использование существующих технологий обработки давлением порошко-
вых материалов позволяет частично решить проблему достижения желае-
мых механических свойств, но не обеспечивает в нужной степени их проч-
ности во время хранения и транспортировки, механической обработки, а
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
121
также характеристик сопротивления влияния агрессивной среды. Для повы-
шения прочности порошковых прессовок необходимо создать условия, ко-
торые обеспечат повышение площади межчастичного контакта и увеличение
прочности связи между частицами. Эти условия можно создать при воздей-
ствии на порошковый материал интенсивных сдвиговых деформаций в ком-
плексе с давлением.
Винтовая экструзия как процесс накопления деформаций в объемных
материалах является эффективным инструментом такого воздействия. В
работах [3–5] показано, что процесс ВЭ позволил получить заготовки из
порошков цветных металлов с физико-механическими свойствами объем-
ных металлов. Поэтому целесообразным является исследовать метод с
целью изготовления порошковых заготовок для облицовок кумулятивных
зарядов.
Методика эксперимента
Деформацию порошковых материалов осуществляли как в оболочках из
цветных металлов, так и без них. Оболочки применяли для герметизации
порошкового материала с целью предотвращения контакта со смазочными
веществами. Методика упаковки и деформации порошка в оболочки описана
в работах [3,4,6].
Порошковый материал упаковывали в оболочку из алюминия, после чего
осуществляли предварительную подпрессовку и герметизацию материала
(табл. 1).
Таблица 1
Характеристика образцов перед винтовой экструзией
Относительная плотность, %
№ об-
разца
Содержание W по массе,
% (остальное Cu)
Размер фрак-
ции, μm
после
подпрессовки
после теплого
прессования
1 50 40 84
2 20
10
47.5 –
3 20 57 –
4 50
100
67 86
Упакованные цилиндрические заготовки наружным диаметром 28 mm
экструдировали через коническую матрицу в размер 28 × 18 mm. Затем заго-
товки подвергали ВЭ.
Винтовую экструзию порошковых заготовок различных массовых со-
ставов (табл. 1) в оболочке осуществляли при температуре 200°C с проти-
водавлением 200 MPa, в качестве смазки использовали смесь графита, ди-
сульфида молибдена и индустриального масла. Заготовки каждого соста-
ва деформировали по 4 прохода. Давление экструзии составляло 1450–
1500 MPa. Процесс деформации протекал стабильно, образцы имели
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
122
00 MPa. Процесс деформации проте-
кал стабильно, образцы имели ров-
ную поверхность без разрывов и тре-
щин (рис. 1).
Процесс разделения материала обо-
лочки и порошкового материала после
ВЭ весьма трудоемок. Поэтому было
принято решение провести деформа-
цию порошка без оболочки.
Процесс консолидации медно-
вольфрамового порошкового компози-
та без защитной оболочки был двухэтапным:
– предварительное теплое прессование порошка в закрытой пресс-форме
с целью придания заготовке некоторого исходного уровня плотности и
прочности;
– винтовая экструзия порошковых образцов.
Теплое прессование проводили в контейнере с сечением внутреннего ка-
нала, совпадающим с сечением заготовки для ВЭ (рис. 2).
Контейнер 2 с профильным внутренним каналом размером сечения
18 × 28 mm устанавливали на глухую опору 6. Затем в канал контейнера
помещали медную фальш-заготовку 5. После этого засыпали медно-
вольфрамовый порошок 4 и заглушали отверстие медной фальш-
заготовкой 3. Воздействием пуансона 1 производили нагрузку давлением
800 MPa и, не снимая давления, разогревали установку до 200°C. В про-
цессе набора температуры под нагрузкой реализовывался режим ползуче-
сти, вследствие чего происходило уплотнение порошкового материала.
Были проведены измерения плотности порошковых заготовок после
предварительного теплого прессова-
ния. Результаты измерений показаны
в табл. 1.
Заготовки составов 1 и 4 после
предварительного прессования в кон-
тейнере экструдировали через винто-
вую матрицу по одному деформацион-
ному проходу при температуре 200°C с
противодавлением 200 MPa без смазки.
Давление экструзии составило 1800–
1850 MPa.
На всех порошковых заготовках,
полученных в результате холодного и
теплого прессования, а также ВЭ в
оболочке и без нее, производили изме-
рения плотности и твердости.
Рис. 1. Образцы составов 1–4 в обо-
лочке после ВЭ
Рис. 2. Схема предварительного
прессования порошка в контейнере
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
123
Результаты экспериментов и их обсуждение
Результаты измерений свойств порошковых прессовок представлены в
табл. 2.
Таблица 2
Характеристика образцов состава Cu + 50% W после винтовой экструзии
№ об-
разца
Размер фракции,
μm
Условия
деформации
Относительная плот-
ность после ВЭ, %
Твердость по
Бринеллю,
kg/mm2
1 10 97 137–142
2 100 В оболочке 94 88–90
3 10 99 135–138
4 100 Без оболочки 97 110
Анализ результатов измерений плотности показывает эффективность
влияния сдвиговой деформации на процесс уплотнения. При теплом одно-
осном прессовании в режиме ползучести плотность порошковых заготовок
не превышала 86% (см. табл. 1). Деформация порошковых заготовок ВЭ по-
зволяет уплотнить материал до 99% (табл. 2).
При сравнении двух методик ВЭ (в оболочке и без нее) очевидно, что де-
формация без оболочки не допускает применения смазки. Это приводит к
росту давления экструзии на 20%, но такие давления не являются критич-
ными для данных условий деформации.
Полученные свойства прессовок состава медь–вольфрам после деформа-
ции ВЭ в оболочке и без нее позволяют рекомендовать для изготовления по-
рошковых облицовок композит Cu + 50% W (10 μm).
При сравнении показателей плотности и твердости порошковых загото-
вок после одного и четырех проходов ВЭ видно, что уже после первого про-
хода свойства заготовок достигают максимальных значений и дальнейшая
деформация практически не приводит к их увеличению. Процесс ВЭ порош-
ковых заготовок в оболочке является весьма трудоемким, что обусловлено
длительностью процессов подготовки заготовок к деформации и разделения
материала оболочки и материала порошковой заготовки.
Выводы
Проведенные исследования показывают, что теплая ВЭ без оболочки яв-
ляется эффективным процессом изготовления заготовок для облицовок ку-
мулятивных зарядов. Для получения наиболее качественных заготовок ре-
комендовано применять порошковый медно-вольфрамовый сплав состава
Cu + 50% W с размером частиц 10 μm.
1. Т.А. Епифанцева, Л.И. Державец, Г.Г. Сердюк, Порошковая металлургия № 4,
95 (1990).
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
124
2. Г.И. Григорян, Взрывная аппаратура для перфорации нефтяных и газовых
скважин, Наука, Москва (1978).
3. Я.Е. Бейгельзимер, А.С. Сынков, Т.Т. Мороз, Т.П. Заика, Н.Н. Белоусов, А.А.
Коваленко, в сб.: Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. Т. 8. Пластична
деформація металів, Системні технології, Дніпропетровськ (2005), с. 508–510.
4. Я.Е. Бейгельзимер, О.В. Михайлов, А.С. Сынков, М.Б. Штерн, Е. Олевский,
ФТВД 18, № 3, 92 (2008).
5. Я.Е. Бейгельзимер, А.С. Сынков, в сб.: Удосконалення процесів і обладнання
обробки тиском в металургії і машинобудуванні, Краматорськ (2007), с. 276–
278.
6. V.N. Varyukhin, V.I. Tkatch, V.V. Maslov, Y.Y. Beygelzimer, S.G. Synkov, V.K. No-
senko, S.G. Rassolov, A.S. Synkov, V.I. Krisov, V.A. Mashira, Mater. Sci. Forum 503–
504, 699 (2006).
Я.Ю. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.О. Єпіфанцева, О.С. Синков
ОТРИМАННЯ НЕСПЕЧЕНИХ ГЕТЕРОГЕННИХ КОМПОЗИЦIЙНИХ
МАТЕРИАЛIВ МЕТОДОМ ГВИНТОВОЇ ЕКСТРУЗІЇ
Досліджено процес отримання порошкових неспечених заготовок для виготовлення
личковань кумулятивних зарядів, що застосовуються для буріння нафтових і газо-
вих свердловин. Заготовки одержували інтенсивною деформацією мідно-
вольфрамового порошку методом гвинтової екструзії (ГЕ). Показано, що процес ГЕ
дозволяє виготовлювати зразки з щільністю 94–99% і твердістю 135–142 kg/mm2.
Ключові слова: порошок, гвинтова екструзія, консолідація, щільність, тиск, пресу-
вання
Ya.E. Beygelzimer, M.B. Shtern, T.A. Epifantseva, A.S. Synkov
PREPARATION OF UNSINTERED HETEROGENEOUS COMPOSITE
MATERIALS BY TWIST EXTRUSION METHOD
The process of preparing powder unsintered billets for making lining of shaped charges to
be used in the drilling of oil and gas wells has been investigated. The billets were produced
by severe deformation of copper-tungsten powder by the method of twist extrusion (TE). It
has been shown that the TE method makes it possible to prepare samples of 94–99% den-
sity and 135–142 kg/mm2 hardness.
Keywords: powder, twist extrusion, consolidation, density, pressure, compression
Fig. 1. Samples of compositions 1–4 in sheath after TE
Fig. 2. A scheme of preliminary powder compaction in a container
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69221 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:59:32Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бейгельзимер, Я.Е. Штерн, М.Б. Епифанцева, Т.А. Сынков, А.С. 2014-10-07T20:28:35Z 2014-10-07T20:28:35Z 2009 Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии / Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 120-124. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Vw https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69221 Исследован процесс получения порошковых неспеченных заготовок для изготовления облицовок кумулятивных зарядов, применяющихся для бурения нефтяных и газовых скважин. Заготовки получали интенсивной деформацией медновольфрамового порошка методом винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что процесс ВЭ позволяет изготавливать образцы с плотностью 94–99% и твердостью 135–142 kg/mm². Досліджено процес отримання порошкових неспечених заготовок для виготовлення личковань кумулятивних зарядів, що застосовуються для буріння нафтових і газових свердловин. Заготовки одержували інтенсивною деформацією мідновольфрамового порошку методом гвинтової екструзії (ГЕ). Показано, що процес ГЕ дозволяє виготовлювати зразки з щільністю 94–99% і твердістю 135–142 kg/mm². The process of preparing powder unsintered billets for making lining of shaped charges to be used in the drilling of oil and gas wells has been investigated. The billets were produced by severe deformation of copper-tungsten powder by the method of twist extrusion (TE). It has been shown that the TE method makes it possible to prepare samples of 94–99% density and 135–142 kg/mm² hardness. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии Отримання неспечених гетерогенних композицiйних материалiв методом гвинтової екструзії Preparation of unsintered heterogeneous composite materials by twist extrusion method Article published earlier |
| spellingShingle | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии Бейгельзимер, Я.Е. Штерн, М.Б. Епифанцева, Т.А. Сынков, А.С. |
| title | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| title_alt | Отримання неспечених гетерогенних композицiйних материалiв методом гвинтової екструзії Preparation of unsintered heterogeneous composite materials by twist extrusion method |
| title_full | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| title_fullStr | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| title_full_unstemmed | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| title_short | Получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| title_sort | получение неспеченных гетерогенных композиционных материалов методом винтовой экструзии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69221 |
| work_keys_str_mv | AT beigelʹzimerâe polučenienespečennyhgeterogennyhkompozicionnyhmaterialovmetodomvintovoiékstruzii AT šternmb polučenienespečennyhgeterogennyhkompozicionnyhmaterialovmetodomvintovoiékstruzii AT epifancevata polučenienespečennyhgeterogennyhkompozicionnyhmaterialovmetodomvintovoiékstruzii AT synkovas polučenienespečennyhgeterogennyhkompozicionnyhmaterialovmetodomvintovoiékstruzii AT beigelʹzimerâe otrimannânespečenihgeterogennihkompoziciinihmaterialivmetodomgvintovoíekstruzíí AT šternmb otrimannânespečenihgeterogennihkompoziciinihmaterialivmetodomgvintovoíekstruzíí AT epifancevata otrimannânespečenihgeterogennihkompoziciinihmaterialivmetodomgvintovoíekstruzíí AT synkovas otrimannânespečenihgeterogennihkompoziciinihmaterialivmetodomgvintovoíekstruzíí AT beigelʹzimerâe preparationofunsinteredheterogeneouscompositematerialsbytwistextrusionmethod AT šternmb preparationofunsinteredheterogeneouscompositematerialsbytwistextrusionmethod AT epifancevata preparationofunsinteredheterogeneouscompositematerialsbytwistextrusionmethod AT synkovas preparationofunsinteredheterogeneouscompositematerialsbytwistextrusionmethod |