Длительная прочность композитов, армированных

Вычисленное время до разрушения для двух армированных стеклом матриц показано на рис. 20 сплошными линиями. Видно, что, даже если считать прочность волокон не зависящей от времени, все равно комбинация статистического распределения их прочности с вязкоупругими свойствами матрицы приводит к временной зависимости прочности композита. В рассматриваемом случае демонстрируется влияние изменения вязкоупругих свойств на длительную прочность композита уменьшение прочности армированной эпоксидной смолы по прошествии 10 мин составляет 12%, в то время как уменьшение прочности армированной полиэфирной смолы через такой же промежуток времени составляет 29%. [c.293]

В работе [51] сравниваются также способы улучшения свойств длительной прочности никелевых сплавов, армированных вольфрамом, по их удельной прочности (т. е. длительной прочности, деленной на плотность материала). Плотность сплава 3, использованного в [51], равна 9,15 г/см , а плотность вольфрамовой проволоки равна 19,3 г/см . Результаты приведены на рис. 25. Как для проволоки НР диаметром 0,020 дюйм, так и для проволоки 218 С8 диаметром 0,015 дюйм получается одно и то же. Видно, что даже с учетом плотности длительная прочность композитов при температурах 1093 и 1204 °С лучше, чем прочность стандартных жаропрочных сплавов и самых хороших литых никелевых сплавов. [c.304]

Вычисление длительной прочности композита по уравнению (25) показывает, что теоретическая прочность выше экспериментальных значений, что также было обнаружено и в [51]. Полезно исследовать ползучесть никелевого сплава при наличии армирования вольфрамом и без него. Типичная кривая ползучести показана на рис. 27. [c.305]

Испытания на длительную прочность композитов с металлической матрицей, армированной волокнами бора, очень ограничены. В работе [66] осуществлены некоторые эксперименты на ползучесть и длительную прочность при растяжении композитов, изготовленных из алюминия 6061, армированного волокнами бора, [c.305]

КОМПОЗИТОВ, армированных сапфиром композиты с волокнами пониженной прочности (140 кГ/мм2) будут иметь такую же прочность при высоких температурах (>1373 К), какую имеют композиты, содержащие волокна с исходно высокой прочностью. Это означает, что в том случае, когда применение композитов определяется высокотемпературной и длительной прочностью (например, в качестве материалов для горячих частей газотурбинного двигателя), нецелесообразно при разработке композитов направлять усилия на усовершенствование процесса изготовления с целью повышения прочностных свойств имеющихся волокон выше того уровня, который имеется в композитах с Ni — Сг-матрицей (см. обсуждение выше). [c.344]

Предварительные исследования по совместимости показали, что между волокном и матрицей в тугоплавких армированных волокнами жаропрочных сплавах возникают реакции легирования [50]. Также показано, что если реакции легирования возникают между матрицей и волокном, то свойства композита улучшаются. В результате был осуществлен ряд исследований для подбора пар материалов волокно — матрица, наиболее совместимых друг с другом. В [51] исследованы свойства длительной прочности при повышенных температурах (1093 и 1204 °С) для четырех проволок Т7М (молибден, 0,5% Т1, 0,08% 2г, 0,015% С) ЗВ (вольфрам, 3% рения) КР (вольфрам, 1% тория) и 21808 (промышленный вольфрам). Обнаружено, что проволоки 21808 и ЗВ были более совместимы с исследованными никелевыми сплавами, чем проволоки NF или Т2М. Овойства длительной прочности проволок в отсутствие материала матрицы были такие- же. [c.277]

Как правило, прочность и жесткость большинства материалов матрицы гораздо ниже, чем армирующих волокон модуль при растяжении матриц много меньше модуля волокон, а деформация разрушения матрицы обычно больше. Следовательно, когда разрушающая нагрузка прикладывается в направлении армирования к композиту с непрерывными волокнами, можно ожидать, что если все они имеют одну и ту же длину, то разрушение композита определится длительной прочностью волокон. Действительно, в разделе по исследованию длительной прочности ком- [c.279]

До сих пор мы рассматривали длительную прочность и ползучесть композитов, армированных непрерывными волокнами. Однако не все высокопрочные волокна поставляются в виде непрерывных нитей, и если их все же нужно использовать, то в разорванном виде. Кроме того, непрерывные волокна могут быть разорваны или в процессе изготовления композитов, или при нагружении из-за различий в значениях прочности. Места соединений и отверстия нарушают непрерывность волокон в композите, приводя также к появлению разрывных волокон. В случае композитов, армированных разрывными волокнами, прочность последних реализуется посредством передачи нагрузки от одного волокна к другому сдвигом матрицы, при условии что волокна достаточно длинны. Вопрос о том, какой длины должны быть волокна, чтобы их прочность реализовалась под нагрузкой, был предметом исследований работы [27]. [c.309]

Влияние увеличения отношения Ид, на тип разрушения и долговечность композитов с короткими волокнами исследовано в работе [27]. При кратковременных испытаниях и экспериментах на длительную прочность при растяжении использовалась модель, состоящая из вольфрамовой проволоки и медной матрицы. Испытания проводились на образцах, показанных на рис. 11, б, при двух температурах (649 и 816 °С). Изменяя отношение длины к диаметру волокон, автор смог определить критическое значение ) отношения Ий, необходимое при армировании композита, подвергающегося испытаниям на длительную прочность, и сравнить его со значением, необходимым при кратковременных испытаниях на растяжение. [c.312]

В условиях длительной прочности для каждого приложенного уровня нагрузки образцы также разрушались одним из этих двух способов в зависимости от соотношения между длительностью нагружения и значением // , как показано на рис. 35. Такие же результаты были получены при 649 °С. Оказывается, что критическое значение lJd в проведенном исследовании увеличивается со временем, а также и с температурой. Таким образом, для того чтобы можно было предсказать долговечность и форму разрушения композитов, армированных разрывными волокнами, в условиях длительной прочности, необходимо построить трех- [c.313]

ЦИКЛОВ С использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагружения при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в наиравлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°] , усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными. [c.90]

При исследовании длительной прочности композитов, армированных разрывными волокнами, в которых нагрузка передается от одного волокна к другому посредством сдвига матрицы, соответствующая характеристика матрицы — ее длительная прочность при сдвиге. В работе [29] показано, что скорость ползучести композитов, содержащих разрывные волокна, по-видимому, зависит от скорости ползучести матрицы под действием сдвиговых напряжений, которые возникают вблизи границы волокно — матрица. На основе данных [29] в [27] осуществлено исследование долговечности меди, армированной разрывными вольфрамовыми волокнами. Часть исследования состояла в определении свойств длительной прочности при сдвиге меди ОРНС при 649 и 816 °С в вакууме 10" мм Hg). Образец меди, используемый в [27], показан на рис. И, а. [c.281]

Большинство композитов, описанных в настоящей главе, есть непрерывные однонаправленные волокнистые композиты (НОВК), имеющие большую объемную долю волокон. В результате продольная прочность в основном определяется прочностью самих волокон. Таким образом, если волокна обладают свойством ползучести, то им обладают и композиты на их основе. В небольшом числе работ по композитам, армированным вольфрамом и бериллием, обнаружено разрушение при ползучести. С другой стороны, разрушение под нагружением может появиться как результат комбинации двух факторов статистической прочности хрупких волокон и временных свойств вязкоупругой матрицы. Такая комбинация создает вероятность непрерывного изменения напряженного состояния внутри композита, даже при испытании на разрушение. Эти изменения также приводят к явлению запаздывания разрушения. Поэтому очень важно рассмотреть как матрицу, так и волокно при изучении длительной прочности композита, причем нужно иметь в виду, что матрицы оказывают очень незначительное влияние на кратковременную продольную прочность композитов, но играют очень важную роль в его длительной прочности. Часть работ посвящена исследованию эффектов скорости деформации на прочность НОВК оказалось, что только армированные стеклом композиты, по-видимому, чувствительны к изменениям скорости. [c.269]

Продолжительность испытания на растяжение стекла влияет не только на значения длительной прочности, но также и на значения прочности, полученные при весьма кратковременном нагружении. В работе [3] проведено исследование временной зависимости прочности стеклянных стержней диаметром в 7/32 дюйм. Осуществлены испытания на трехточечный изгиб стержней с пролетом в 5 дюйм для времен продолжительностью от 0,01 с до 24 ч. Высокоскоростная аппаратура, использующая электромагнитное нагружение, была описана в [4]. Найдено, что стекло при временах нагружения в 0,01 с может выдерживать в три раза большее напряжение, чем то, которое приводит к разрушению при нагружении в течение 24 ч (рис. 2). Абсолютные значения прочности для стеклянных стержней, как и ожидалось, гораадо ниже, чем для волокон, однако само изменение прочности за указанный интервал времени сопоставимо с изменением прочности, наблюдаемым в армированных стеклом композитах. [c.271]

Из мягких металлических матриц значительное внимание привлекла медь, поэтому здесь представлены ее необходимые характеристики. Испытания на длительную прочность меди OFH высокой чистоты были проведены в [39] при исследовании длительной прочности и ползучести композитов на основе меди, армированной вольфрамовыми волокнами. Были испытаны медные стержни на растяжение при 649 и 816 °С в атмосфере очищенного гелия результаты приведены на рис. 10. Напряжения, [c.280]

Некоторые результаты по длительной прочности графито-эпоксидных образцов с угловой укладкой при 121 °С приведены в [23], они показывают наличие запаздывающего разрушения. Здесь опять полезная информация слишком ограничена, чтобы сделать какие-либо определенные выводы. В работе [36] исследована длительная прочность эпоксидных пластиков, армированных берил-лиевыми волокнами. Образцы были сделаны из 12 однонаправленных слоев, причем в соседних слоях волокна располагались перпендикулярно друг к другу (за исключением центральной плоскости). Композит перед разрушением подобно некоторым металлам показал три стадии ползучести. Значения длительной прочности для шести образцов берилпиевого композита попали в очень широкий интервал времен, соответствующих разрушению проволок. Тенденция здесь, по-видимому, состоит в стремлении к уровню, составляющему около 75% от максимальной прочности, при котором долговечность равна 788 ч. [c.297]

Изучение длительной прочности и ползучести композитов с металлической матрицей осуществлялось рядом исследователей в основном на следующих материалах вольфрам — медь, вольфрам — никелевые сплавы и бор — алюминий. Большинство испытаний проводилось при повышенных температурах, что может привести к недооценке свойств композита из-за взаимодействия между волокнами и матрицей. Экспериментальная работа сопровождалась теоретическим анализом, подобным оценке прочности по правилу смесей . Мак-Данелсом и др. [39] исследована длительная прочность и скорость ползучести композитов на основе меди, армированных вольфрамовыми волокнами полученные данные сопоставлены со свойствами компонентов при помощи соответствующего анализа. Испытания проведены при 649 °С и 816 °С. [c.297]

В работе [16] исследована длительная прочность двух материалов с никелевыми матрицами, армированных вольфрамовой проволокой, содержаш,ей менее 0,01 % включений (в основном, двуокиси кремния) и занимающей примерно 40% объема. Материалы матрицы — Нимокаст 258 и ЕРВ 16. В работе обнаружено, что добавка тонкой вольфрамовой прово.чоки (0,01 дюйм диаметром) оказывает малое или вообще не оказывает усиливающего действия на матрицу, исключение представляет случай, когда температура превьппала 900 °С. Интересно отметить, что модули Юнга волокна и матрицы при комнатной температуре в этом случае очень близки (55-10 фунт/дюйм для волокна и 30 X X 10 фунт/дюйм для матрицы). При высоких температурах испытания 1000 и 1100 С прочностные свойства вольфрамовой проволоки улучшаются, в особенности прочность при разрушении. На рис. 23 представлена зависимость 100-часовой прочности от температуры. В этой же работе [16] приведены и другие испытания, предпринятые для того, чтобы выяснить, как влияет степень армирования на длительную прочность, но полученные результаты, вероятно, недостаточны для каких-либо выводов. Другая часть работы [16] состоит в исследовании влияния диаметра волокна на прочность композитов. Здесь, кажется, существует противоречие между свойствами при кратковременном растяжении и длительных нагружениях при высоких температурах. Для кратковременного нагружения чем тоньше проволока, тем она прочнее, а при продолжительном нагружении и повышенных температурах тонкие вольфрамовые проволоки теряют свои качества быстрее, чем толстые, вероятно, из-за рекристаллизации в поверхностных слоях и реакции между волокном и матрицей. [c.301]

Отправляясь от более низкой температуры (1093 С), можно видеть (рис. 24, а), что для продолжительности нагружения, большей 8 час, волокна в композите теряют часть своей длительной прочности. Потеря почти постоянна и мала для более толстых проволок, а более тонкие быстро теряют свои прочностные качества. Для продолжительности нагрузки менее 30 час композит с более тонкими проволоками предпочтительнее композита, армированного волокнами с большим диаметром. Гораздо большая потеря свойств волокна в композите проявляется при 1204 °С (рис. 24, б). РГнтересно напомнить, что для армированной вольфрамом меди среднеквадратичная длительная прочность волокон, вычисленная из экспериментов на композите по той же самой фор- [c.303]

Рис. 28. Длительная прочность под углом в 45° для однонаправленного (2 я 4) и перекрестно армированного (7 и 3) с углом укладки в +45° композитов (25 об.% борных волокон в алюминии 6061) [66].

На рис. 30 приведена кривая ползучести при изгибе для однонаправленного композита. В противоположность испытаниям на растяжение [66] изгибные испытания показывают ускоренную третью стадию ползучести перед разрушением. Кривые длительной прочности для композитов с 40%- и 60%-ным объемным содержанием волокон приведены на рис. 31, а некоторые дополнительные результаты для трансверсальных и перекрестно армированных композитов можно найти в [40]. Эти результаты не сопровождаются теоретическим анализом, они только указывают тип разрушения, который может возникнуть в такой бороалюминиевой композиции при одинаковых условиях нагружения. [c.308]

Механике композиционных материалов, которые находят все большее применение в машиностроении, посвящен пятый раздел. В нем изложена макро- и мигфомеханика армированного монослоя, включая вопросы упругости, ползучести, кратковременной и длительной прочности, термоупругие и диссипативные свойства слоистых композитов, свойства конструкционных композиционных материалов. [c.16]

Сопоставление этих кривь1х показывает, что наличие армирующих нитевидных кристаллов вносит значительный вклад в длительную прочность эвтектического композита. Армирование волокнами приводит и к изменению характера кривых ползучести жаропрочных сплавов. В процессах ползучести армированного материала прослеживаются три характерные стадии неустановившейся ползучести, продолжительной стационарной ползучести и ускоренной ползучести. В то же время кривые ползучести исходного матричного сплава ЖС6У при тех же режимах отражают одну ускоренную стадию ползучести. [c.219]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...