Титановые композиционные материалы изготовление

Из приведенного на рис. 3 сравнения усталостных кривых титанового сплава и эпоксидного боропластика следует, что по величинам нормализованных напряжений композиционный материал в 3 раза превосходит металл при равных условиях эксплуатации. Применительно к самолету, изготовленному полностью из композиционных материалов, это означало бы (даже при исключении из рассмотрения преимуществ, обусловленных ростом уровня прочности вследствие улучшения свойств материала) снижение опасности усталостных явлений по сравнению с цельнометаллическим. [c.42]

Детали двигателя работают в более напряженных температурных режимах, чем элементы планера. Температура вентилятора и передних ступеней компрессора изменяется в пределах от окружающей температуры до 150° С, достигая в задней зоне компрессора 650° С. В указанном диапазоне температур возможно использование большого числа композиционных материалов как полимерных, так и металлических. По-видимому, наиболее эффективно применение композиционных материалов на основе металлических и термостойких полимерных (в частности, полиимидных) матриц, упрочняемых борными или углеродными волокнами. Было обнаружено, что наносимое на борные волокна покрытие карбида кремния исключает взаимодействие между наполнителем и алюминиевой или титановой матрицами в процессе изготовления материала. Рассматривается применение полимерных композиционных материалов (как полиимидных, так и эпоксидных) в корпусах двигателя и редуктора (коробки скоростей). [c.55]

Таким образом, для получения композиционных материалов на основе титановой матрицы с оптимальными свойствами допустима определенная степень взаимодействия, интенсивность которой регулируется подбором соответствующего состава матрицы, защитными покрытиями либо применением высокоскоростных и низкотемпературных методов изготовления. [c.30]

Динамическое горячее прессование. Этот процесс, относящийся к категории импульсных методов формирования и называемый за рубежом процессом формования с применением высоких скоростей и энергий, применялся первоначально для прецизионной ковки металлических слитков в изделия сложной формы. Изготовление композиционных материалов этим методом заключается в диффузионной сварке пакета предварительной заготовки, нагретого до необходимой температуры, в результате кратковременного приложения очень больших давлений. Динамическое горячее прессование предварительных заготовок может осуществляться на ковочных молотах и подобных им установках в специальных пресс-формах или в вакуумированных пакетах. Одна из таких установок, применявшаяся для изготовления композиционного материала на основе титанового сплава Ti—6% А —4%V, упрочненного волокном карбида кремния, описана в работе [223]. Эта пневмомеханическая установка динамического прессования, внешне похожая на молот, имеет значительно более высокий уровень энергии падающих частей. Пуансон в ней прикреплен к раме массой 1 т. Рама, выстреливаемая давлением газа, толкает пуансон в закрытую матрицу. Скорость падения пуансона составляет 132 [c.132]

Однако уже к настоящему времени имеется определенный опыт в изготовлении элементов конструкций как из самих композиционных материалов, так и в сочетании их с алюминиевыми, титановыми сплавами, с использованием методов гибки, подсечки, резки, сверления, а также различных методов соединения пайки, точечной сварки, диффузионной сварки и др. [c.190]

Рассмотрение параметров и конструкций некоторых конкретных современных и перспективных авиационных ГТД показывает, что для них характерны высокие значения термодинамических параметров рабочего процесса и большая эффективность работы узлов. В этих ГТД применяются в основном двухвальные конструкции турбокомпрессорной части с высоконагруженными вентиляторными, компрессорными и турбинными ступенями, кольцевые компактные камеры сгорания, охлаждаемые турбины, укороченные форсажные камеры с регулируемыми реактивными соплами. При конструировании двигателей принимаются специальные меры по снижению уровня шума, дымления и выделения загрязняющих веществ. В их конструкции наряду с известными сплавами используются новые жаропрочные эвтектические сплавы на никелевой и кобальтовой основе, новые титановые сплавы, начинают использоваться композиционные материалы. При изготовлении двигателей применяются совершенные и высокопроизводительные технологические процессы. Ресурс двигателей военных самолетов и вертолетов составляет многие сотни часов, а гражданских — многие тысячи часов. Наряду с эксплуатацией двигателей при установленном фиксированном ресурсе начата эксплуатация двигателей по техническому состоянию. [c.185]

Композиционные алюминиевые сплавы. Волокнистые композиционные материалы получают, армируя алюминиевые сплавы АД1, АДЗЗ борными волокнами (ВКА-1, ВКА-2). Эти материалы используют для изготовления стрингеров, труб. Для композиционных материалов ВКА-1 и ВКА-2 характерны высокие значения циклической прочности. Алюминиевые сплавы, армированные стальной проволокой (КАС-1, КАС-1А, см. табл. 8.6), могут подвергаться гибке, обладают высокой ударной вязкостью и жаропрочностью, большим сопротивлением распространению усталостной трещины и значительной прочностью. Применение накладок (стоп-перов) из материала КАС уменьшает скорость распространения трещины более чем в пять раз по сравнению с накладками из титановых сплавов. [c.191]

Экономические и технологические трудности являются основными препятствиями на пути применения композиционных материалов с титановой матрицей. Высокая стоимость этих материалов обусловлена дорогой ценой волокон, а такн е матрицы, которая обычно используется в виде фольги. Процесс изготовления [c.333]

В заключение следует подчеркнуть существующее мнение о том, что композиционные материалы с титановой матрицей имеют большие потенциальные возможности с точки зрения решения многих проблем, связанных с усовершенствованными системами, в которых используются высококачественные материалы, но стоимость их является основным препятствием на пути внедрения. Фактор стоимости в большей мере обусловлен производством, чем сырьем, хотя при идеальном методе производства используются более дешевые исходные материалы. Считают, что основные усилия в будущем будут сосредоточены в области производства и что начнется разработка непрерывных методов изготовления. К таким методам следует отнести покрытия армирующих волокон соответствующей титановой матрицей, а также непрерывные процессы уплотнения. [c.335]

Другим путем уменьшения массы компрессора является использование высокопрочных легких материалов, например титановых сплавов, стеклопластика, композиционных материалов. В компрессорах современных и перспективных двигателей широко используются титановые сплавы. Некоторые двигатели имеют компрессоры, полностью изготовленные из титана. [c.63]

Ротор 9 газогенератора — двухопорный. Основным силовым узлом корпуса двигателя является переходный корпус компрессора 6, который, кроме того, выполняет функцию разделения потоков между контурами и наиболее удобным местом расположения приводов к агрегатам как от РВД, так и от РНД. Лопатки обеих ступеней вентилятора 3 и первых ступеней КВД 9 спроектированы с околозвуковым обтеканием. Диски вентилятора выполнены из титановых сплавов методами изостатического прессования из порошков. Статор вентилятора 1 изготовлен из композиционных материалов. [c.552]

Добавка третьего компонента. При изготовлении композиционного материала возможно к бору и алюминию добавлять третий компонент, позволяющий повысить такие свойства, как поперечную прочность при высокой температуре, эрозионную стойкость и жесткость. В настоящее время наиболее часто применяют добавки титановой фольги (Ti — 6% А1—4% V или р—1П) и высокопрочной ракетной проволоки, такой, как N5-355. Благодаря тому, что условия сварки алюминиевой матрицы с этими материалами не отличаются от условий сварки алюминиевых слоев между собой, сравнительно просто вводить титановую фольгу и ракетную проволоку в заготовки и осуществлять сварку такого композиционного материала. Структура таких материалов показана на рис. 9. В предварительных заготовках возможна замена алюминиевой фольги на титановую, а борного волокна — на стальную проволоку. Типичные свойства проволоки предел прочности 380 кгс/мм при 20° С и 280 кгс/мм при 500° С, причем проволока существенно не отжигается в процессе горячего прессования при температурах 500—550° С. [c.444]

В табл. 8 обобщены сравнительные данные для композицион-пых материалов, изготовленных с применением основных армирующих волокон. Прочность и жесткость оценены по сравнению со свойствами типичного титанового сплава Ti—6% А1—4% V. В ряде случаев они сравнены с перспективными свойствами, дости-н ение которых предполагается, если будут преодолены производственные трудности. Высокотемпературная удельная прочность относится к 600—1200° F (316—649 С), к этому же температурному интервалу относится характеристика стабильности. Четыре последних армирующих материала — бор и бор, покрытый карбидом кремния, карбид кремния и окись алюминия — располагаются в порядке возрастания плотности и снижения прочности. Однако потенциальная прочность при комнатной температуре у композиционных материалов, изготовленных из первых трех видов волокна, примерно одинакова и оценена одинаковым показателем. Значительно более высокая плотность окиси алюминия (4 г/см ) отрицательно влияет на потенциальную прочность и нсесткость композиционных материалов, изготовленных с этим армирующим волокном. [c.330]

Волокна бора и карбида кремния применяют в качестве армирующих компонентов композиционных материалов с алюминиевой, магниевой и титановой матрицами. В случае нагрева выше 500° С волокон бора с алюминиевой матрицей (при изготовлении композиции) имеет место химическое взаимодействие с образованием фазы AlBj. Активное взаимодействие приводит к снижению свойств волокна и к падению прочности композиционного материала в целом. Это вызывает необходимость нанесения на борные волокна тонкого слоя покрытия (3—5 мкм). Такими покрытиями, защищающими волокна от взаимодействия с матрицей, являются карбиды кремния и бора, нитриды титана, бора и кремния и др. [c.36]

Титан — борное волокно. По сравнению с алюминиевыми и магниевыми материалами изготовление композиционных материалов на основе титана и его сплавов требует применения довольно высоких технологических температур, достигающих 800—1000° С. При этих температурах борное волокно без защитного покрытия активно взаимодействует с титановой матрицей с образованием боридов титана. Само же волокно в результате взаимодействия сильно разупрочняется. В связи с этим борные волокна без покрытий практически не применяют для упрочнения титановых композицрюнных материалов. Для этих целей применяют волокно борсик. Следует отметить, что из-за весьма высокого уровня прочности современных титановых сплавов, достигающего более 140 кгс/мм , и сравнительно малой плотности, равной 4,5 г/см- эффект от упрочнения их борными волокнами не очень велик и более существенным является повышение путем армирования жесткости титановых сплавов. [c.140]

Титановые сплавы обладают максимальной удельной прочностью по сравнению со сплавами на основе других металлов, достигающей 30 км и более. В связи с этим трудно подобрать армирующий материал, который позволил был создать на основе титанового сплава высокоэффективный композиционный материал. Разработка композиционных материалов на основе титановыг сплавов осложняется также довольно высокими технологическими температурами, необходимыми для изготовления этих материалов, приводящими к активному взаимодействию матрицы и упрочни-теля и разупрочнению последнего. Тем не менее работы по созданию композиционных материалов с титановой матрицей проводятся, и главным образом в направлении повышения модуля упругости, а также прочности при высоких температурах титановых сплавов. В качестве упрочнителей применяются металлические проволоки из бериллия и молибдена. Опробуются также волокна из тугоплавких соединений, такие, как окись алюминия и карбид кремния. Механические свойства некоторых композиций с титановой матрицей приведены в табл. 58. Предел прочности и модуль упругости при повышенных температурах композиций с молибденовой проволокой показаны в табл. 59. [c.215]

Меткалф, помимо демонстрации возможности выполнения правила смеси при контролируемой степени реакции, проанализировал механические свойства композиционных материалов с титановой матрицей в зависимости от величины и свойств реакционного слоя [16]. Принятый в этом анализе подход сводился к тому, что реакционная зона создает новые участки зарождения трещин в композиционном материале. Эти новые участки должны действовать совместно с уже существующими в исходных волокнах. Допускалось также, что подобных участков в матрице не возникает и что распределение дефектов внутри волокна не изменяется в процессе изготовления. В этих условиях прочность композиционного материала будет сохраняться неизменной до тех нор, пока разрушение контролирует существующий в волокне ансамбль дефектов. Это допущение требует, чтобы дефекты, вносимые реакционным слоем, оставались меньшими, чем дефекты в существующем ансамбле. Когда реакционный слой остается тонким, это требование может быть удовлетворено, по в случае превышения критической степени реакции происходит переход от одного типа источника разрушения к другому. [c.282]

Разработка композиционных материалов с титановой матрицей 1 елась в течение ряда лет, однако за это время шесть детально изложенных выше вариантов подхода к их созданию ясно сформулированы не были. Первый подход — высокоскоростная технология изготовления — был предложен и продемонстрирован в 1967 г. Низкотемпературная технология изготовления была внедрена Гамильтоном [11]. Недавние результаты показывают, что с помощью этого подхода в системе Ti — 6% А1 — 4% V — борсик получена прочность 200 ООО фунт/кв. дюйм (140,6 кгс/мм ). Матрицы с низкой реакционной способностью начали разрабаты-rsaTb в 1969 г., однако это исследовательское направление развивается медленно из-за очень большого числа этапов, необходимых при выборе и совершепствовании сплава до создания композиционных материалов. [c.302]

Наиболее важными факторами, способными повлиять на предпочтение композиционного материала с титановой матрицей материалу с менее прочной матрицей, являются свойства во внеосевых направлениях и связанные с дорогостоящим методом трудности изготовления. Преимущества большей изотропности, достижимой с титановой матрицей, можно проиллюстрировать на примере системы титан — бериллий. Был изготовлен горячепрессованный материал Ti — 6% А1—4% V с применением 35 об. % переплетеной бериллиевой проволоки, обладавший в обоих главных направлениях модулем упругости 24-10 фунт/кв. дюйм (16 874 кгс/мм ) и прочностью 147 000 и. 84 ООО фунт/кв. дюйм (103,3 и 59 кгс/мм ) в продольном и поперечном направлениях. Композиционные материалы одноосноармированные бором (с покрытием или без него) обнаружили близкие значения жесткости в двух главных направлениях, но отличались значительно большим расхождением прочности вследствие расщепления волокон. В связи с этим представляется вполне очевидным, что одно из направлений будущих работ будет связано с попытками производителей волокна повысить прочность волокон этого типа в диаметральном направлении. Как указывалось ранее, заметное начало этому положило внедрение волокон диаметром 5,6 мил (0,14 мм). [c.333]

Одно из решений проблемы производственных затрат могло бы заключаться в разработке метода покрытия волокон однородным слоем желательного матричного сплава. Это позволило бы заменить дорогостояш ие титановые фольги и в то же время создать эффективный метод пространственного расположения волокон (последнее представляется более важным для композиционных материалов с титановой матрицей, чем для материалов с менее прочными матрицами). До настояш,его времени попытки контролировать пространственное расположение волокон с помощью плазменного напыления матрицы оказывались неудачными вследствие чрезмерного увеличения содержания кислорода. Кроме того, реакция между расплавленным напыляемым материалом и волокнами была очень интенсивной. Необходима разработка высокоскоростных методов покрытия отдельных волокон как составного этапа производственного цикла изготовления волокна. Одним из таких методов могло бы стать элеи тронно-лучевое испарение из нескольких источников. [c.334]

В процессе развития вертолетостроеиия основной силовой элемента лопасти — лонжерон — выполнялся из дерева, легированных сталей, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали, титановых сплавов. В настоящее время широко практикуется изготовление лонжерона из композиционных материалов. [c.31]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...