Прочность армирующей фазы

Предположим, что в общем случае для всех хрупких материалов прочность армирующей фазы композита определяется распределением дефектов по поверхности (или по объему), образующихся либо в процессе производства, либо при последующих операциях. Если бы упрочняющая фаза испытывалась в условиях растяжения отдельно, то она разрушилась бы хрупким образом от наиболее опасных из этих дефектов. [c.178]

Кинетическая совместимость — способность компонентов композиционных материалов сохранять метастабильное равновесие в определенных температурно-временных интервалах [3]. Проблема кинетической совместимости имеет два аспекта 1) физико-химический — обеспечение прочной связи между компонентами и ограничение на поверхностях раздела процессов растворения, гетеро- и реакционной диффузии, которые ведут к образованию хрупких продуктов взаимодействия и деградации прочности армирующих фаз и композиционного материала в целом 2) термомеханический—достижение благоприятного распределения внутренних напряжений термического и механического происхождения и снижение их уровня обеспечение рационального соотношения между деформационным упрочнением матрицы и ее способностью к релаксации напряжений, предупреждающей перегрузку и преждевременное разрушение упрочняющих фаз [4]. [c.493]

Рассмотрим теперь слоистый композит ширины ш, составленный из N чередующихся параллельных листов армирующих элементов толщины и из (Л — 1) слоев растяжимой матрицы толщины Следуя Скопу и Аргону [32], мы идеализируем слоистый композит в виде композита, состоящего просто из N параллельных армирующих элементов без матрицы между ними, но при этом, конечно, нужно помнить об осуществляемой матрицей межслоевой передаче усилий между армирующими элементами. В этой модели вычисленная любым методом прочность слоистого композита на 100% определяется армированием, и действительная прочность композита может быть найдена умножением на объемную долю армирующей фазы. [c.186]

Эвтектическими АМ называют материалы, полученные кристаллизацией из сплавов эвтектического состава, в которых армирующей фазой служат ориентированные волокна или пластинчатые кристаллы, образованные в процессе направленной кристаллизации. Направленную кристаллизацию осуществляют перемещением расплава в зону охлаждения с постоянным температурным градиентом (метод Бриджмена). Эвтектические КМ получают, создавая плоский фронт кристаллизации. Температурный градиент составляет 50...70 °С/см, в усовершенствованных конструкциях — до 500 °С/см. Если объемная доля армирующей фазы менее 12 %, образуется волокнистая структура, свыше 32 % — пластинчатая. С ростом объемной доли упрочнителя прочность эвтектических КМ повышается. [c.126]

I. Сварка КМ осуществляется соединением материала матрицы. Армирующий наполнитель или полностью отсутствует в сварном шве (например, в стыковых соединениях, расположенных поперек или вдоль направления армирования волокнистых КМ), или присутствует в уменьшенной объемной доле либо при измененном распределении армирующей фазы (например, при сварке плавлением дисперсно-наполненных КМ). Нарушение непрерывности и кода армирования в зоне сварки снижает прочность соединения по сравнению с основным КМ и должно быть учтено при конструировании изделий из КМ. [c.170]

Сварка взрывом применяется для соединения листов, профилей и труб из КМ, армированных металлическими волокнами или слоями, имеющими достаточно высокие пластические свойства, чтобы избежать дробления армирующей фазы, а также для соединения КМ с законцовками из различных металлов и сплавов. Прочность соединений обычно равна или даже выше (за счет деформационного упрочнения) прочности наименее прочного матричного материала, применяемого в соединяемых деталях. Для повышения прочности соединений используют промежуточные прокладки из других материалов. В соединениях обычно нет пор или трещин. Возможно присутствие в переходной зоне оплавленных участков, особенно при сварке взрывом разнородных металлов. [c.173]

Для повыщения прочности соединений рекомендуют выполнять швы композиционными электродами или присадочными проволоками с объемным содержанием армирующей фазы 15—20%. В качестве армирующих фаз применяют короткие волокна бора, сапфира, нитрида или карбида кремния. [c.503]

Прочность слоистого композита, состоящего из N параллельных армирующих слоев постоянной ширины и , которые связаны друг с другом межслоевыми усилиями, зависящими от характеристик матрицы, определяемая по формуле (30), будет в общем случае зависеть от числа параллельных армирующих элементов. Заметим, что, как уже обсуждалось выше, при такой идеализации матричная фаза не несет нагрузки, но межслоевые взаимодействия сохраняются. Следовательно, в данном выше утверждении никак не затрагивается объемная доля упрочняющей фазы, но отмечается, что прочность слоистого композита зависит от числа отрезков, по которым проходит каскад разрушения, и от числа мест, из которых начинается разрушение. [c.190]

Дополнительные проблемы при оценке предельных свойств композитов появляются в связи с такими особенностями этих материалов, как неупругость поведения компонент, анизотропия армирующих волокон, разброс прочности компонент, наличие третьей фазы в виде пограничного слоя матрицы вблизи поверхности волокна. Следует учитывать также и специфику их применения — в авиационных конструкциях требуется нечувствительность к локальным разрушениям, в судостроении — стойкость к коррозии и кавитации, в возвращаемых космических кораблях—сопротивление абляции и уносу массы. [c.38]

У волокнистых и слоистых композиционных материалов несущим элементом является армирующее волокно, проволока, фольга (фаза—упрочнитель). Армирующие элементы по своей природе имеют высокую прочность, весьма высокий модуль упругости и, как правило, сравнительно низкую плотность. [c.5]

Как правило, матрицей является металл, а армирующим компонентом — волокно. Однако возможно, когда матрицей будет керамическая фаза. Например, композиционной будет корундовая матрица, армированная волокнами нитрида алюминия или бора. Известно много вариантов таких композиций. Свойства волокнистых композиций зависят от природы компонентов, их соотношения, технологии производства. Большое значение имеют свойства волокон, которые различаются по кристаллическому строению (моно- и поликристалличе-ские), размерам (непрерывные или прерывные — штапельные) волокна обычно оценивают по соотношению длины / к диаметру d. Известно, что волокна обладают исключительно высокой прочностью, приближающейся у ряда материалов к теоретической. В табл. 53 приведены некоторые свойства нитевидных кристаллических волокон. [c.246]

К аналогичным результатам приводят и результаты испытаний на растяжение [4, 34] или на ползучесть при постоянной нагрузке [8] стержневого композита А1 — Al Ni. Образующаяся в процессе направленной кристаллизации поверхность раздела упрочнитель — матрица обеспечивает в этом композите эффективную передачу нагрузки от матрицы к армирующей фазе. Как и для системы AI — СиАЬ, прочность здесь может быть рассчитана на основе [c.258]

Можно ожидать, что прочность поверхности раздела особенно чувствительна к испытаниям при циклическом нагружении. Соответствующих данных мало, однако они, несомненно, свидетельствуют о высокой прочности связи. При усталостном разрушении пластинчатого композита А1 — AlaNi [72] одна или несколько трещин распространяются по зонам скольжения в матрице н значительного расслаивания не происходит. Аналогичным образом протекает усталостное разрушение пластинчатого композита Ni — NigNb, существенно отличающегося в других отношениях [37]. В обоих случаях время до разрушения при высоких напряжениях и малом числе циклов определяется сопротивлением разрушению армирующей фазы, а время до разрушения при малых напряжениях и большом числе циклов — распространением усталостной трещины в матрице. Ни в том, ни в другом случае расслаивание не является определяющим механизмом. [c.259]

Металлографическим анализом не обнаружено существенной разницы в структуре образцов с различными типами излома качество пропитки во всех трех случаях остается примерно одинаковым. Однако измерения прочности вытравленных волокон показали, что интенсификация процесса пропитки приводит к усилению степени взаимодействия и,следовательно, к снижению прочности армирующих волокон (рис. 38). При взаимодействии с алюминием разупрочнение следует связывать только с локальным поверхностным травлением волокон, так как рентгеноструктурный анализ не выявляет никаких признаков рекристаллизации. Максимальное значение прочности образцов со вторым типом излома объясняется сохранением достаточно высокой прочности волокон с достаточно прочной связью на границе раздела, т. е. оптимальной степенью взаимодействия при формировании композицин. Следует при этом отметить, что прочность на границе раздела, обеспечиваемая за счет реакции образования карбида алюминия, не может быть удовлетворительной, так как карбидная фаза растет в виде пластин и игл, а не в виде равномерной пленки на периферии волокна. Таким образом, при получении композиций алюминий—углеродное волокно наиболее важгюй задачей является раз- [c.86]

Прочность ЭКМ зависит от скоростц кристаллизации v (табл. 135) и ориеи-тации армирующей фазы по отноше. н1 Ю к направлению приложения нагрузки (табл. 136, 137) [19]. [c.360]

КОМПОЗИТОВ обеспечивают получение широкого спектра служебных свойств. Для композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, решающими моментами при выборе являются не только достигаемые высокие механические свойства, но, главное, их стабильность в течение длительного времени при высоких температурах и нагрузках, в том числе при циклических режимах. Из этого следует, что при конструировании высокотемпературных композитов и подборе пар упрочняющая фаза—матрица большое значение приобретают не только прочность исходных составляющих композитов, их объемная доля, взаимное расположение и схема армирования, но и термическая стабильность компонентов композитов во взаимном контакте друг с другом, т. е. механическая совместимость (согласованность коэффициентов термического расширения) и физико-химическая совместимость (отсутствие интенсивного взаимодействия компонентов между собой, вызывающего деградацию структуры и свойств как армирующей фазы, так и матрицы). Из высокотемпературных интерметаллидов рассматриваются как перспективные NiAl [14], TiAl [15], фазы на основе системы Ti-Nb-Al [16], а также силициды Nb и Мо [15]. [c.214]

Первое поколение никелевых НЭ представлено сплавами типа т МеС, у 5 и у/у 5, где матрицей являлись либо у-раствор, либо /-фаза, либо у-раствор, упрочненный У-фазой. Армирующими фазами были карбиды Me (Nb , ТаС) или интерметаллид К1зКЬ(5-фаза). НЭ отличаются высокой стабильностью при высоких температурах и сохраняют свою прочность вплоть до температур 0,8...0,9 Т . Для рабочих температур газов порядка 2000 К перспективными являются НЭ на основе тугоплавких оксидов. [c.313]

Наиболее важные упрочняющие материалы по своей природе хрупки, их прочность связана со статистическим распределением плотности и интенсивности дефектов. Такие армирующие фазы подчиняются классическому механизму разрушения, установленному Гриффитсом [14], и прочность их обратно пропорциональна размеру. Эта зависимость прочности от размера у хрупких материалов была исследована Вейбулом и обсуждена в некоторой степени в т. 5 данного издания. Механизм разрушения хрупких материалов не рассматривается в этом томе, однако металловедам должно быть известно влияние размера упрочняющей фазы на прочность композиционного материала. [c.21]

Прочность слоистых конструкционных композиционных материалов ограничена до некоторой степени более низкой прочностью упрочняюпщх слоев (фольг) по сравнению с волокнами. К тому же низкая величина деформации при разрушении хрупкой упрочняющей фазы ограничивает удлинение и пластичность композиционного материала во всех направлениях в плоскости армирования. Однако прочность и модуль упругости армирующей фазы реализуются по всем направлениям плоскости, что дает значительные преимущества по сравнению с однонаправленным армированием волокнами. [c.21]

Растягивающее папряжегше нарастает линейно от концов волокна при постоянном напряжении сдвига, как показано на рис. 4. В случае композиционного материала с прерывистыми волокнами может быть определена минимальная критическая длина армирующей фазы, при которой напряжения могут возрасти и достигнуть величины разрушающего напряжения. Если Ор — предел прочности при растяжении волокна, то критическую длину армирующей фазы L можно определить, используя предел текучести при сдвиге матрицы т. Из уравнения (10), которое описывает область напряжений сдвига на каждом конце волокна длиной х, определяем [c.25]

Очень важным физичесиим свойством, определяющим связь армирующего компонента с матрицей, является температурный коэффициент линейного расширения. Так как обычно матрица представляет собой более пластичный материал, предпочтительно, чтобы она имела более высокий температурный коэффициент линейного расширения. Это связано с тем, что фаза, у которой указанный коэффициент более высокий, испытывает растягивающие напряжения при охлаждении от высоких температур, обычно применяемых при изготовлении материала. Армирующий компонент относится к хрупким материалам, которые почти всегда имеют более высокую прочность при сжатии, чем при растяжении. Эта закономерность не справедлива для матриц с очень низким модулем упругости, например смол в сочетании с исключительно тонкой армирующей фазой, такой, как графит, для которого существует проблема потери продольной устойчивости волокна. Для матриц с более высоким пределом текучести, таких, как титан, важно, чтобы несоответствие в температурный коэффициентах линейного расширения не было слишком велико, так как обычно стараются избежать высоких остаточных термических напряжений. [c.42]

Развитие разрушения композиционных материалов при действии постоянной растягивающей нагрузки. Одним из наиболее перспективных материалов дня работы при высоких температурах являются направленно кристаллизованные эвтектические композиционные материалы (НКЭ КМ). Принцип термодинамического равновесия составляющих, на основе которого построены НКЭ КМ, обеспечивает прочную связь на полукогерентной границе раздела фаз. Более того, одна из фаз кристаллизующаяся в форме волокон или mia THHi обладает совершенной структурой и по свойствам приближается к нитевидным кристаллам. В силу этого в НКЭ КМ реализуется оптимальная для композиционных материалов ситуация армирующая фаза с высокой прочностью, регулярное и ориентированное расположение этой фазы,идеальное сопряжение с матрицей и, как следствие, высокая стабильность структуры при температурах, близких к эвтектическим. [c.24]

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]

Описание механических свойств композитных материалов, которые могут обладать весьма высокой прочностью (особенно статической и ударной), можно производить двумя путями. В первом случае композитные материалы рассматриваются как квазиодно-родные (гомогенные), обладающие в случае объемного дисперсного армирования изотропией деформационных и прочностных свойств, а в случае армирования волокнами, плоскими сетками или тканями — определенного типа анизотропией. Обычно применяют модели ортотропного или трансверсально-изотропного тела. При таком подходе речь идет о механических характеристиках, осред-ненных в достаточно больших объемах, содержащих много однотипных армирующих элементов. Другой, несравненно более сложный, но и более информативный путь состоит в раздельном рассмотрении механических свойств каждой фазы с последующим теоретическим прогнозированием свойств всего композита в целом. При этом приходится рассматривать фактически еще одну дополнительную фазу зоны сопряжения основных фаз, например, матрицы с армирующими волокнами. Механизм повреждений, развивающихся на границах фаз, обычно весьма сложен и определяется помимо свойств основных компонентов гетерогенной системы еще рядом дополнительных факторов, таких как адгезия фаз, технологические и температурные местные напряжения, обычно возникающие вблизи границ, наличие дефектов и др. Границы фаз как зоны концентраций напряжений играют особенно важную роль в развитии много- и малоцикловых усталостных повреждений композитов. [c.37]

Одним из основных преимуществ технологии плазменного напыления является кратковременность (10 —10 ) термического и механического воздействия частиц распыляемой матрицы на армирующие волокна. Благодаря малому размеру частиц (10—ЮОмкм) удается сохранить прочность волокон и ограничить развитие диффузионных процессов, приводящих к образованию хрупких фаз на межфазной границе. В отличие от других методов, плазменное напыление позволяет фиксировать волокно в требуемых положениях и предотвращать их значительное смещение при последующем уплотнении композита. Напыляемые частицы приобретают в плазменной струе скорость до 50—150 м/с, интенсивно деформируются при ударе и проникают между волокнами, образуя мелкокристаллическую, прочную, пористую матрицу. [c.57]

После определения конструкции композита - выбора компонентов и распределения их функций, приступают к решению наиболее сложной задачи изготовлению композиционного материала, вк.тючающему выбор геометрии армирования (например, различного рода плетения) и наиболее эффективного технологического метода соединения компонентов композита друг с другом (например, золь-гель методы, методы порошковой металлургии, методы осаждения-напыления и другие). Однако основная сложность заключается не в сборке отдельных компонентов композита, а в образовании между ними прочного и специфического соединения. При этом большую роль играет предварительный анализ фаничных процессов, происходящих в системе. Межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов, возможность химических реакций на границе и образование новых фаз, формируя такие характеристики композита, как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, гфочность и дру гие важные экс-штуатационные характеристики нового материала. Осуществление кон-тpOJ я не только за составом, но и за структурой требует развития теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на свойства композита. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало уст пать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна (частиц и др.), матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита. [c.12]

Ползучесть и длительная прочность. Эвтектики с преимущественно ориентированной структурой (например, r/r -5 и Nita 14В), как видно из рис. 19.5, обладают прекрасными характеристиками ползучести и длительной прочности в продольном направлении [24]. Энергия активации ползучести эвтектик, как правило, выше, чем в обычных сплавах, что, вероятно, связано с более слабой диффузией в упорядоченных интерметаллических соединениях или карбидах тугоплавких металлов, которые чаще всего и служат армирующими эвтектику фазами. [c.301]

График изменения прочности полученных образцов в зависимости от объемного содержания армирующих волокон показан на рис. 21. Отмечается, что прочность композиционного материала снижается при увеличении содержания волокон выше 30об.%, что, по-видимому, связано с увеличением концентрации интер-металлидной фазы AlsNi в матрице, приводящей к ее охрупчиванию и разрушению при весьма низких напряжениях. [c.370]

В целом следует отметить, что метод элех тролитического осаждения никеля -и никелевых сплавов на углеродные волокна обеспечивает формирование плотного покрытия, однородного по толщине по всему сечению жгута. Однако различные дефекты (пористость, разупрочнение й механическое разрушение волокон, формирование недостаточной прочности связи на межфазной границе и т. п.), образующиеся при получении компактного материала, не позволяют реализовать высокую исходную прочность углеродных волокон и получить материал с теоретической прочностью. Верхний предел рабочей температуры композиции никель — углеродное волокно ограничен наличием интенсивного взаимодействия в системе, приводящего к рекристаллизации и разупрочнению армирующих волокон, и низким сопротивлением материала окислению, протекающему весьма интенсивно из-за разложения молекулярного 1 ислорода на атомарный при диффузии его через никелевую матрицу. Возможно, что использование более жаростойких никелевых сплавов, специальная поверхностная обработка волокон и разработка методов формирования компактного композиционного, материала прессованием через жидкую фазу позволит преодолеть все эти трудности. [c.400]

Введение нитевидных кристаллов в межволоконное пространство— вискеризацию — производят осаждением нитевидных кристаллов на поверхность различных армирующих наполнителей или выращиванием их на углеродных волокнах в процессе химических реакций из газовой фазы. Вискеризация позволяет повысить сдвиговые характеристики полимерных композиций без ухудшения их свойств в направлении армирования. При увеличении объемного содержания нитевидных кристаллов на волокне до 4—8% возрастают в 1,5—2 раза сдвиговая прочность материала и на 40—50% модуль упругости при сдвиге и прочность при сжатии. [c.591]

В разработке изделий из УУКМ находят применение и другие варианты комбинированных матриц. В частности, для придания жесткости углеродной волокнистой заготовке и предотвращения ее деформации и нарушений структуры армирования при последующем уплотнении жидким связующим она предварительно насыщается пироуглеродом из газовой фазы. Этот метод рекомендуется, например, при изготовлении УУКМ с плотностью 1500—1600 кг/м . Осаждение пироуглерода на углеродное волокно перед пропиткой органическими связующими обеспечивает более прочную связь между армирующими волокнами и карбонизованной матрицей, что приводит к повышению прочности УУКМ. [c.77]

Можно взять сплав с большей концентрацией компонента В, но находящийся в устойчивом структурном состоянии, т. е. после того, как в нем прошли процессы коагуляции второй фазой. Опыт показывает, однако, что пользы (в смысле повышения жаропрочности) от наличия второй скоа-гулированной фазы, как правило, нет. Следовательно, избыточное легирование (сверх концентрации для сплавов, работающих длительный срок службы, и сверх концентрации j для сплавов, работающих кратковременно) не является полезным. Исключение составляет применение литых сплавов. Здесь возможно большая степень легирования с образованием даже эвтектической составляющей — эвтектика (в виде хрупкого скелета) как бы армирует сплав, повышая его прочность, правда, за счет снижения пластичности. [c.330]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...