Упрочнение волокнами

Глава открывается кратким обсуждением наиболее распространенных методов определения вязкости разрушения композитных материалов. Затем рассмотрено разрушение композитных материалов, упрочненных волокнами и частицами, а также слоистых композитов, причем особое внимание уделено волокнистым системам направленной кристаллизации. Наряду с экспериментальными данными для каждого класса материалов представлена сводка соответствующих теоретических результатов. В конце главы приводится обзор данных по разрушению композитов и обсуждается влияние поверхности раздела. [c.267]

Зависимость прочности от направления упрочненного волокнами стеклопластика представлена па полярной диаграмме (рис. 5). При ориентации волокон под углами О и 90° наблюдаются пики прочности на растяжение, так как в этих направлениях расположена нить в основе и в утке упрочнителя. В частности, на кривой А значения прочности на растяжение составляют 26,6 и 24,5 кгс/мм в двух основных направлениях. Пики соответствуют параллельному расположению слоев, т. е. выстраиванию нитей в каждой плоскости в одном и том же направлении. Заметим, что прочность при 45° понижается до 12 кгс/мм , что составляет половину пиковой величины. При повороте чередующихся плоскостей на 45° мон ет быть получен почти изотропный материал, как показано [c.207]

Обычно считается, что металлы, упрочненные волокнами, обладают хорошим по сравнению с металлами сопротивлением усталости. Армированные металлы прочнее, сохраняют прочность до более высоких температур и иногда проявляют значительную способность задерживать рост усталостных трещин. Тем не менее главными препятствиями к использованию их в качестве конструкционных материалов были постоянные проблемы надежности и неполное понимание поведения этих материалов при разрушении. Сравнительно мало было сделано попыток улучшить усталостную прочность, понять ее природу. [c.394]

Разработан метод получения пропиткой композиционного материала на основе алюминия, упрочненного волокном из карбида кремния [113]. Особенностью изготовления этого материала является весьма высокая температура расплава, достигающая 1050° С, необходимая для обеспечения хорошей смачиваемости волокна расплавленным металлом. В результате контактного взаимодействия волокна с [расплавленным металлом при этой температуре его прочность снижается более чем на 30% (с 350 до 220 кгс/мм ). Для снижения температуры пропитки и улучшения смачиваемости было предложено наносить на волокна карбида кремния покрытия из никеля, меди или вольфрама. Применение покрытия позволяет снизить температуру пропитки до 700° С и сократить до нескольких минут время пропитки. Изготовленный по такой технологии материал с матрицей из алюминия (предел прочности 3 кгс/мм , относительное удлинение 40%), упрочненный 15 об. % волокна с покрытием, имел предел прочности 24 кгс/мм и относительное удлинение 0,6%. [c.97]

Три партии образцов (№ 3, 4 и 9) были получены с матрицей на основе алюминия, легированного 12% кремния, упрочненной волокном борсик. Эти композиции получали при минимальных температурах расплава, при которых может быть осуществлена пропитка. При этом выдержка волокна в расплавленном металле в процессе пропитки изменялась от 2 до 10 мин. Представленная на рис. 49 кривая изменения коэффициента эффективности матрицы в зависимости от времени выдержки волокна в расплаве показывает, что коэффициент Р непосредственно зависит от времени контакта расплава с волокном. Экстраполяция кривой показывает, что коэффициент эффективности матрицы, больший единицы, может быть достигнут, если время охлаждения композиции ниже температуры солидуса будет равно одной минуте или менее. [c.110]

В качестве примера одной из таких установок, применяемой для получения методом диффузионной сварки композиционных материалов на основе нихрома, упрочненного волокнами молибдена и вольфрама, можно привести установку, описанную в работе [22]. Схема этой установки показана на рис. 60. Установка представляет собой гидравлический пресс с вакуумной камерой. Нижняя часть разъемного корпуса камеры через сильфон связана со штоком пресса, на который устанавливается пакет из заготовок композиционного материала. В верхнюю часть корпуса вмонтирован индуктор. В рабочем состоянии, т. е. при сомкнутых верхней и нижней частях корпуса, пакет располагается внутри индуктора. Для предотвращения нагрева деталей пресса и корпуса камеры пакет изолирован от штока пресса и упора верхней части корпуса изоляционными огнеупорными плитами из хромомагнезита. Для обеспечения равномерного нагрева пакета, между ним и огнеупорными плитами устанавливали более массивные, по сравнению с пакетом, молибденовые пластины, в результате чего основная часть магнитного потока, создаваемого индуктором, поглощалась этими пластинами. Для предотвращения схватывания композиционного материала с молибденовыми пластинами на [c.127]

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]

Никель — прочие упрочнители. Имеются сведения о получении методом диффузионной сварки под давлением композиционных материалов на основе никеля, упрочненного волокнами окиси алюминия [2151, вольфрама, (патент Франции № 2109 009, 1972 г.), нитевидными кристаллами карбида и нитрида кремния [198], Так получали композиционный материал из никелевой фольги толщиной 0,2 мм и волокна окиси алюминия диаметром [c.143]

В табл. 39—41 представлены значения предела прочности, модуля упругости и удлинения композиционных материалов с различными алюминиевыми сплавами в качестве матрицы, термообработанными (т. о.) или без термообработки (без. т. о.), упрочненными волокнами различного диаметра. [c.204]

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti —6% А1 4% V, УПРОЧНЕННОГО ВОЛОКНАМИ [210, 217] [c.216]

Ряд работ по волокнистым композициям опубликован в последнее время [151]. Многие из них не привели пока к промышленно важным результатам. Это одна из причин интенсификации работ по получению упрочненных волокнами гальванических материалов, в том числе и [c.228]

В книге [1, с. 144] приведены результаты исследования композиционных покрытий, упрочненных волокнами, и технологические аспекты их использования. Матрицей в этих покрытиях были алюминий, никель, медь упрочняющей фазой — волокна бора, карборунда, вольфрама и усы из карборунда. [c.230]

Упоминается также получение алюминиевых лент, упрочненных волокнами из карборунда, бериллия, стали и графита. [c.230]

Рис. 2.10. Зависимость коэффициента эффективности упрочнения волокном от объемного содержания стекловолокна при упрочнении короткими волокнами.

Если относительная длина волокна l/df превысит свое критическое значение, эффект упрочнения волокном будет проявляться в более полной мере. [c.126]

У полимерных композитов, упрочненных волокном, при температурах, превышающих температуры превращения стекла, может происходить резкое падение прочностных ха- [c.206]

Детали из полимерных материалов могут быть соединены с другими элементами при помощи прессовых посадок и усадкой. При соединении запрессовкой поверхности соединяемых элементов можно легко повредить, поэтому соединение деталей способом усадки применяется значительно чаще. В настоящее время методом усадки соединяют детали машин и защитные облицовки с основой. Соединять этим методом можно только материалы с достаточной прочностью (это особенно важно для деталей, работающих на растяжение) и упругостью (не хрупкие), прежде всего твердый полихлорвинил, полиамиды и фенопласты, упрочненные волокном или тканью (хлопчатобумажной, стеклянной и т. п.). Применяется также соединение усадкой деталей из политетрафторэтилена, а также эпоксидных и полиэфирных слоистых пластиков. [c.160]

Основная идея упрочнения волокнами заключается в создании двухфазной структуры, в которой деформация матрицы используется для передачи напряжения высокопрочным волокнам при их объемном содержании до 50 - 70 % (чаш,е 10 - 30 %) за счет сил сцепления на границе раздела волокно - матрица. Если волокна имеют достаточную длину, то при нагружении деформация волокон на большей части их длины должна быть равна деформации матрицы и в этом случае волокна эффективно упрочняют ее. Кроме того, волокна должны задерживать распространение треш,ин и таким образом повышать не только прочность, но и вязкость материала. Благодаря гетерогенной структуре, состояш,ей из прослоек сравнительно пластичной, но недостаточно жаропрочной матрицы, и высокопрочных волокон, композиционные материалы теоретически способны работать при температуре лишь на несколько градусов ниже точки плавления матрицы при условии, что она будет вести себя как несжимаемая жидкость. [c.181]

ККМ, упрочненные волокнами. Среди ККМ, армированных волокнами можно выделить. [c.158]

Рис. 14.2. Микроструктура полн. ерного композита, упрочненного волокнами

КМ на основе титановой матрицы, упрочненные волокнами Si , Nb и В или волокнами В с покрытиями, могут быть использованы для изготовления деталей компрессора высокого давления. [c.203]

Термин окисная связь введен для объединения в одну группу композитов, упрочненных волокнами окислов. Сюда относятся также и композиты, в которых связь образуется между окисными пленками. Следует признать, что образование окисных связей подчиняется указанным выше принципам химического взаимодействия, но выделение их в отдельную группу, видимо, желательно, поскольку композиты этого класса имеют свои особенности, а механизм образования связи в большинстве таких систем исследован недостаточно глубоко. Действительно, окисные связи изучены наиболее подробно не в композитах, а в других системах, например, в металлокерамических спаях для электронных трубок или в эмалях на металлах. Наиболее полное исследование такой связи в композитах выполнено Саттоном и Файнголдом [45] в лаборатории космического материаловедения компании Дженерал электрик . Авторы обнаружили влияние малых примесей на прочность связи в композите высокочистый никель — окись алюминия. Все более очевидной становится роль следов примесей независимо от их источника при формировании связи в композите. В гл. 10 приведены некоторые результаты исследования трех систем с окис-ной связью. На одной из них, а именно, на системе никель — окись алюминия новым методом детально изучена совместимость и показано заметное влияние примесей. Кроме того, в гл. 8, посвященной поверхностям раздела в композитах с окисным упрочнением. [c.84]

Применение процесса плазменного напыления на поверхность намотанных на оправку волокон матрицы преследует, таким образом, две цели закрепление уложенного волокна и предварительное распределение его в матрице. Наряду с этим процессом волокно на оправке может быть закреплено проклеи-ванием. При этом клей, разумеется не входит в состав матрицы, поэтому применяют такие клеющие веш,ества, преимущественно органические, которые при последующем прессовании в процессе нагрева превращаются в летучие соединения, испаряются и не оставляют в матрице твердых составляющих. При изготовлении изделий из композиционного материала на основе титана, упрочненного волокнами борсик, были применены предварительные заготовки из титана и волокна борсик, закрепленного клеем на основе полистирола [101 ]. Для производства листов из боралю-миниевого композиционного материала применяют предварительные заготовки из однонаправленного борного волокна, закрепленного акриловой смолой. При получении аналогичного материала в работе [216] применялись предварительные заготовки из борного волокна, закрепленные клеем, представляющим собой 4%-ный раствор полистирола в толуоле. [c.124]

Титан — волокна окиси алюминия. Получение композиционного материала на основе титановой матрицы, упрочненной волокнами из окиси алюминия, описано в работе [215]. В качестве матрицы в этом материале применяли фольгу титанового сплава Ti—6% А1—4% V толщиной 0,20—0,25 мм, а унрочнителем служило волокно из окиси алюминия диаметром 0,25—0,27 мм со средней прочностью 210 кгс/мм . Материал получали методом диффузионной сварки под давлением в вакууме 1 10 мм рт. ст. по следующему режиму температура 815° С, давление 980 кгс/см , время выдержки 15 мин. Полученный по этому режиму материал имел предел прочности в направлении, параллельном укладке волокна, 70—88 кгс/мм , в поперечном направлении — 40 кгс/мм . Модуль его упругости в соответствующих направлениях был равен 14 800—19 ООО и 12 ООО кгс/мм . [c.141]

ПРОЧНОСТЬ 6 ПОПЕРЕЧНОМ ПАПРАВЛЁИИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, УПРОЧНЕННОГО ВОЛОКНАМИ БОРСИК И НИТЕВИДНЫМИ КРИСТАЛЛАМИ КАРБИДА КРЕМНИЯ [c.159]

Свойства волокнистых композиционных материалов, особенно их механические свойства, при одном и том же содержании упроч-нителя, сильно зависят от ориентации волокон в матрице и от угла между направлением действия приложенной нагрузки и ориентацией волокон [77 ]. Примером тому являются приведенные на рис. 80 кривые изменения предела прочности в зависимости от направления приложения нагрузки материала алюминий — 50 об. % борного волокна с тремя схемами укладки армирующих волокон и на рис. 81 кривые изменения модуля упругости и модуля сдвига одноосноармированного материала алюминий — 50 об. % борного волокна [10,30]. Значения предела прочности, модуля упругости и удлинения композиционного материала на основе алюминиевого сплава 6061, упрочненного волокнами бора и борсик, с различными типами укладки волокон, приведены в табл. 44, 45. Представленные на рис. 80, 81 и в табл. 44 и 45 данные свидетельствуют о широких возможностях изменения свойств композиционного материала в зависимости от типа укладки армирующих волокон при одном и том же их общем содержании. Это позволяет с максимальной степенью реализовать прочностные свойства композиционного материала в детали, сконструированной таким образом, что количество и направление укладки волокон учитывают ее напряженное состояние. Приведенные в табл. 45 данные позволяют также получить представление о прочностных свойствах при сжатии композиций алюминий — бор. 206 [c.206]

Бергхезан А. Композиционные материалы, упрочненные волокнами тугоплавких металлов. — В кн. Новые тугоплавкие металлические материалы. М., Мир, 1971, с. 234—264. [c.243]

Алюминий, упрочненный волокнами бора, получали из эфирно-анизольного (2 1) электролита с концентрацией А1С1з 2—5 М и LiAlH4 0,2—0,7 М. Электролит защищали от окисления и взаимодействия с влагой током сухого азота. Нити из бора с сердцевиной из вольфрама диаметром 0,1 мм закреплялись эпоксидной смолой на никелевой основе на расстоянии их диаметра. Волокна активировались в растворе серебра, и проводилось осаждение алюминия. В этом случае нити были заращены только частично. [c.230]

Никель, упрочненный волокнами, получается из суль-фаматного электролита в виде гальванопластических материалов на поверхности нержавеющей стали, алюминия или пластмасс. Многослойные по отношению к волокнам осадки толщиной до 3,2 мм или выше получались на шаблоне, который вращался на горизонтальной оси, параллельной аноду. Вращение шаблона необходимо для непрерывного последовательного наматывания В0Л0.К0Н в процессе электролиза. Механические свойства некоторых материалов, полученных таким способом, приведены ниже [c.231]

Изучению упрочнения частицами посвящены исследования Дерунца и Хоффмана [3.6], а также исследования Онооки и др. [3.7]. Представляет интерес работа [3.8], в которой расчетным путем получено распределение напряжений при помощи использования функции напряжений для осесимметричного случая в полярных координатах, как ранее предлагали Гудьер и др. Следует отметить, что по сравнению с исследованиями, посвященны.ми упрочнению волокнами, исследования упрочнения частицами не являются столь многочисленными, несмотря на то что в настоящее время на практике находят широкое применение материалы, армированные частицами. К таким материалам следует отнести спеченные алюминиевые [c.61]

Армированные пластмассы представляют собой полимерную матрицу, упрочненную волокнами. Свойства армированных пластмасс определяются прежде всего характеристиками армирующих волокон, в том числе углеродных. Техника получения волокнообразного углерода путем прокаливания хлопчатобумажной нити известна еще со времени изобретения лампы накаливания. В Японии был разработан метод получения углеродных волокон путем высокотемпературной обработки волокон из полиакрилонитрила. Эту разработку стимулировала перспектива улучшения свойств пластмасс путем армирования их углеродными волокнами в результате были созданы современные промышленные материалы с улучшенными свойствами и структурой. Важным направлением материаловедения является также сочетание углеродных волокон с металлической матрицей. [c.27]

И в будущем большое внимание будет уделяться оптимизации системы покрытие/подложка с целью достижения максимального защитного эффекта при минимальном влиянии на механические свойства подложки. Это будет стимулировать применение в качестве подложки материалов новых классов, таких как упрочненные волокнами суперсплавы, сплавы, упрочненные дисперсными оксидами, и т.д., что, в свою очередь, потребует, чтобы взаимодействие подложки с покрытием не влияло на стабильность упрочняющих фаз. И, наконец, такое же, если не большее, внимание должно уделяться проблеме испытания всех вновь разработанных покрытий. Особенно это относится к случаю относительно хрупких покрытий, таких как ТЗБП, когда термомеханические циклические испытания, применяемые для оценки циклической стойкости покрытий, должны быть как можно более близкими к реальности и, в то же время не быть чересчур жесткими, что может свести на нет все возможные преимуш ества таких испытаний. Как всегда, окончательное заключение о пригодности той или иной системы покрытия будет получено лишь после натурных испытаний в реальных условиях эксплуатации двигателя в рабочем режиме. [c.121]

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Бороалюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2]. [c.224]

Композиционные материалы с титановой матрицей являются перспективными жаропрочными материалами для авиакосмической техники и найдут применение в новых конструкциях реактивных двигателей, где возникает необходимость в материалах, вьщерживающих температуру эксплуатации до 800 °С. Использование композиционного материала позволяет значительно снизить массу конструкции, что крайне необходимо двд аэрокосмической техники. В настоящее время ведутся исследования по созданию из КМ деталей компрессора, например лопаток, турбин и др. К материалу матрицы жаропрочного КМ предъявляются следующие требования значительное сопротивление окислению, высокая прочность при повышенных температурах, удовлетворительная пластичность при комнатной температуре. Между материалом волокон и матрицей не должно происходить химического взаимодействия при повышенных температурах. В качестве матрицы жаропрочных КМ могут быть использованы псев-до-а-титановые сплавы, например сплав IMI834. В качестве упрочните-ля выступают волокна Si . Сплав IMI834, упрочненный волокнами Si (S S-6), предназначен для эксплуатации при температурах до 550 °С. При производстве данных КМ используются технологии магнетронного распыления и горячее изостатическое прессование. Для предотвращения химического взаимодействия при повышенной температуре волокна и матрицы используются защитные покрытия волокон и метод фазовой [c.202]

В работах Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова (ИМЕТ) показано, что есть по крайней мере два пути преодоления указанных причин деградации композитов типа W/Ni-суперсплав замена активной к вольфраму матрицы на Ni-основе на менее активную матрицу на основе другого металла понижение активности никеля в Ni-сплаве за счет его связывания в термически стабильные соединения. Анализ двойных и тройных диаграмм состояния с участием вольфрама и металлов, являющихся основой жаропрочных или жаростойких сплавов, включая никелевые, показал, что возможно использование нескольких типов металлических или интерметаллидных матриц, упрочненных волокнами из высокопрочных вольфрамовых сплавов. Так, благоприятной основой для жаростойкой матрицы являются сплавы хрома, поскольку в системе W—Сг отсутствуют интерметаллиды, имеется широкая область сосуществования двух твердых растворов (на основе хрома и на основе вольфрама), что исключает активное взаимодействие W-волокна с Сг-матрицей по крайней мере до 1400 °С. На границе волокно—матрица возникает тонкий термически стабильный промежуточный слой из двух находящихся в равновесии твердых растворов W—Сг, ширина которого на порядок ниже ширины реакционной зоны в композитах с Ni( o, Ре)-матрицами. Кроме того, в отличие от композитов W/Ni в композитах W/ r отсутствуют приповерхностные зоны рекристаллизации W-волокна, так как хром не является поверхностно-активным к вольфраму. Благодаря этому W-волокно в Сг-матрице остается нерекристал-лизованным вплоть до 1400 °С. [c.216]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...