Прочность композита

Пластичная матрица. Если материал матрицы пластичен, а волокно хрупко, при достижении удлинения, соответствующего пределу прочности волокна, последнее рвется, тогда как матрица продолжает вытягиваться. В некоторых старых работах (Келли п др.) делается вывод о том, что при малой, концентрации хрупких волокон прочность композита может оказаться ниже прочности матрицы. Волокна разрываются при сравнительно низком среднем напряжении, а дальше вся нагрузка воспринимается матрицей, относительная площадь сечения которой у меньше, чем площадь сечения исходного материала, и = i — f/. Это уменьшение прочности происходит до тех пор, пока У/ меньше некоторого критического значения и р. При У/ > Уир большая часть нагрузки воспринимается прочными волокнами и прочность композита растет с увеличением Vf. Эта схема была бы верна, если бы разрушение всех волокон происходило в одном и том же сечении. В действительности при малых значениях Vf по мере удлинения матрицы происходит беспорядочное дробление. Распределение растягивающего усилия в каждом кусочке длины Z > 2Zo будет таким, как показано на рис. 20.6.1, а, при даль- [c.700]

В практике расчетов и упругих констант, и предела прочности композита широко используют понятие монослоя - как основного составляющего элемента слоистых структур. Монослой - это скорее двойной слой (см. рис. 7.35), содержащий два семейства нитей, направленных соответственно под углами +(fi, -<р или 0°, 90° к оси X. [c.342]

В настоящем томе можно выделить три части. В, первой части, по объему намного превосходящей остальные и содержащей главы 1—8, рассматривается деформационное поведение композитов. Темой второй части, охватывающей главу 9, является прочность композиционных материалов, Дополнительные сведения относительно прочности композитов можно найти в пятом томе (главы 3 и 10), Последняя часть, состоящая из главы 10 (к ней примыкает глава 9 восьмого тома), посвящена экспериментальным методам определения свойств композиционных материалов. [c.11]

Прочность композитов, определяемая формой и размерами их поверхностей прочности, в общем случае зависит от напряженного состояния, времени (разрушение при ползучести), истории изменения напряжений (усталостное разрушение), условий эксплуатации, объемного содержания волокон, условий изготовления и многих других факторов. В настоящей работе основным фактором считается вид напряженного состояния. [c.460]

ЩИНОЙ В реакционной зоне, меньше концентрации напряжений, обусловленной дефектами самого волокна. Вследствие этого прочность композита определяется дефектами волокна и не зависит от наличия трещин в реакционном слое. Типичная толщина реакционного слоя в этом случае не превышает 0,5 мкм. [c.22]

До сих пор речь шла о требованиях, которым должна удовлетворять поверхность раздела для эффективной передачи нагрузки между матрицей и волокнами. Еще одно важное требование заключается в том, что появление поверхности раздела не должно уменьшать вклад волокон в общую прочность композита. Последнее требование, вообще говоря, предусматривает неизменность собственной прочности волокон при образовании композита, хотя и допускает изменение прочности извлеченных волокон. Это кажущееся противоречие может быть разрешено, если рассмотреть различие между поведением волокон и матрицы, взаимодействующих в композите, и их индивидуальным поведением. Например, титан и бор, как показано выше, образуют истинный композит, если реакция между ними не достигает критического уровня развития. Однако извлеченные волокна бора явно разупрочнены, так как берега трещин в образовавшемся при реакции покрытии из ди-борида титана больше не поддерживаются матрицей. В то же время собственная прочность сердцевины волокна, состоящей из бора, очевидно, не меняется. Хороший пример этого рассмотрен в гл. 4, где показано, что в полностью разупрочненных композитах алюминий — бор каждое волокно бора окружено толстым слоем диборида алюминия. Прочность извлеченных волокон меньше, чем в композите однако после стравливания слоя диборида алюминия с извлеченных волокон бора их прочность примерно удваивается, практически достигая первоначального значения. [c.26]

Если эффективная прочность упрочнителя в композите снижается в результате реакции на поверхности раздела, то дальнейшим объектом исследования должно служить изменение распределения прочности отдельных волокон. Розен [31] показал, что предел прочности композита зависит и от среднего значения, и от коэффициента вариации прочности волокон. Он пришел к выводу что при одинаковой средней прочности волокон распределение с большим коэффициентом вариации отвечает большей прочности композита. Иными словами, коэффициент вариации в определенной степени характеризует способность более прочных волокон принимать на себя нагрузку, высвобождаемую при разрушении более слабых волокон. Кроме того, увеличение коэффициента вариации может привести к росту энергии разрушения, поскольку увеличивается вероятность того, что дефектное место волокна перед развивающейся трещиной удалено от плоскости трещины.. Эта ситуация приводит либо к отклонению трещины в направлении места потенциального разрушения следующего волокна, либо к вытягиванию волокна из матрицы в обоих случаях энергия разрушения растет. Таким образом, характер влияния реакции между матрицей и волокном на механические свойства зависит как от среднего значения, так и от коэффициента вариации прочности волокон по завершении реакции. [c.27]

Однако при продольном нагружении напряжения на поверхности раздела меньше, чем при поперечном нагружении (рассматриваемом в разд. II, Б). Значит, прочность композита при продольном нагружении должна быть относительно нечувствительна к прочности связи на поверхности раздела (если связь достаточно прочна, чтобы передавать нагрузку от матрицы к волокнам). Это, как правило, и наблюдается, если не вмешиваются другие факторы [53]. [c.55]

Решения были получены для двух основных типов расположения волокон — квадратного и гексагонального (рис. 3). Показано, что прочность композита (рис. 8) и напряжения на поверхности раздела (рис. 9) для этих типов расположения различаются слабо. Было исследовано и случайное расположение волокон [3, 52] в этом случае свойства композита принимают значения, промежуточные между значениями, отвечающими двум упомянутым выше типам регулярного расположения. [c.56]

Случай отсутствия связи между волокнами и матрицей исследовали Чен и Лин [12]. Они показали, что с увеличением объемной доли волокон прочность композита при поперечном нагружении быстро падает и что на большей части поверхности раздела матрица отрывается от волокна (рис. И).. Аналогичные явления наблюдались в системе со слабой связью сапфир — никель [43], а также в системе нержавеющая сталь — алюминий [39] они хорошо согласуются с расчетным значением степени разупрочнения. Возможно, что это согласие в известной мере случайно в модели Чена и Лина не учитывалось влияние пластического те- [c.59]

Тем не менее, исследования поперечного нагружения волокнистых композитов явно свидетельствуют о том, что в таких условиях прочность связи на поверхности раздела должна в большей степени определять прочность композита, чем в условиях осевого нагружения. То, что в некоторых композитах А1 — В и Ti — В слой интерметаллида на поверхности раздела е влияет на прочность, возможно, объясняется разрушением композита вследствие рас-щ,епления волокон. Такое расщепление практически сводит на нет роль поверхности раздела при поперечном нагружении, так как волокна не могут нести поперечной нагрузки, даже если поверхность раздела и передает ее. [c.60]

Прочность композитов может быть улучшена также путем их поперечной прокатки соответствующее увеличение прочности [c.68]

Некоторые интересные особенности механической связи в системе латунь — вольфрам были отмечены Беннетом и др. [47]. Прочность композитов составляла около 95% от значения, рассчитанного по правилу смеси. Однако наблюдался неожиданный эффект — образование нескольких шеек на небольших расстояниях друг от друга по длине проволоки, в результате чего полное удлинение было больше, чем у проволоки, испытанной вне композита. Объяснить это явление стеснением проволоки матрицей нельзя, так как образование шеек должно было приводить в этом случае к отделению проволоки от матрицы и расслоению композита из-за слабой связи. Множественное образование шеек было объяснено местным наклепом матрицы вблизи шейки на вольфрамовой проволоке. Наклепанная матрица разгружает проволоку до тех пор, пока несущая способность композита в данном месте не превысит несущую способность любого другого участка композита. Тогда деформация в данном месте прекращается и смещается вдоль проволоки в другое место. В пользу этой интерпретации свидетельствует то, что удлинение композита, составляющее 5— 10% при содержании вольфрама менее 5 об.%, уменьшается с ростом содержания последнего и при 20 об.% вольфрама достигает значений, примерно равных удлинению проволоки вне композита. При более высоком объемном содержании вольфрама уменьшается количество матрицы, способной подвергаться упрочнению и разгружать проволоку. , [c.81]

Б. Влияние реакции на прочность композитов титан—окись алюминия 168 [c.137]

А. Влияние реакции на прочность композитов титан — бор [c.155]

В. Влияние реакции на прочность композитов титан — окись алюминия [c.168]

Б. Влияние поверхности раздела на прочность композитов [c.171]

Что касается предсказания прочности композита по данным о прочности его компонент, результаты многочисленных работ разных авторов привели пока к результатам в общем негативным. Теория пучка, изложенная в 20.4, даст лишь материал для ориентировочных суждений, уточнение этой теории требует исчерпывающей статистической информации не только о прочности моноволокон, но и о распределении модуля упругости. Распределение Вейсбулла не описывает достаточно точным о(эразом распределение прочности моноволокон, фактически распределение оказывается бимодальным, т. е. функция имеет два максимума. Поэтому экстраполяция прочности на малые разрывные длины, основанная на распределении Вейсбулла, совершенно ненадежна. Определение неэффективной длины в большой мере условно. Поэтому здесь будут изложены лишь некоторые наполовину качественные соображения, принадлежащие Милейко и позволяющие объяснить наблюдаемое изменение прочности и характера разрушения композита в зависимости от объемного содержания волокна. В некоторых случаях эти соображения подсказывают меры, необходимые для улучшения свойств композита. [c.700]

Упитис 3. Г., Рикарде Р, Б., Исследование зависимости прочности композита от структуры армирования при плоском напряженном состоянии, Мех. полим., № 6 (1976), [c.491]

В других случаях реакции на поверхности раздела приводят к необратимому снижению собственной прочности упрочнителя. Петрашек [28], например, наблюдал уменьшение собственной прочности волокон вольфрама по мере развития рекристаллизации, на которое заметно влияют определенные легирующие элементы медной матрицы. Саттон и Файнголд [37] отмечали, что активные легирующие элементы никелевой матрицы снижают прочность волокон окиси алюминия в композите, изготовленном путем пропитки. Эти наблюдения легли в основу предложенной ими теории прочности композитов, рассмотренной в гл. 8. Предполагается, что разупрочнение окиси алюминия обусловлено огрублением рельефа поверхности, а в этом случае удаление продукта реакции не восстанавливает прочности, хотя химическая [c.26]

Механическая связь реализуется в отсутствие какого бы то ни было химического механизма — даже сил Ван-дер-Ваальса — и сводится к механическому сцеплению. Однако отсутствие химической связи существенно снижает прочность композита при поперечном нагружении поэтому в технологии изготовления компози тов механическую связь не считают полезной. Связь путем смачивания и растворения имеет место в композитах, где упрочнитель, не являющийся окислом, смачивается или растворяется матрицей, но не образует с ней соединений. Окисная связь может возникать при смачивании, а также при образовании промежуточных соединений на поверхности раздела. Как правило, металлы, окислы которых обладают малой свободной энергией образования, слабо связываются с окисью алюминия. Однако следы кислорода иль активных элементов усиливают эту связь путем образования промежуточных зон в обоих случаях связь относится к окисному типу. Кроме того, согласно общей классификации, к окисному типу относится связь между окисными пленками матрицы и волокна. [c.35]

Рис. 7. Влияиие отжига при 1146 iK, приводящего к образованию слоя дибо рида титана, на продольную прочность композита Ti — 25% В [35].

Один из этих факторов связан с образованием хрупкого продукта реакции на поверхности раздела. Меткалф [44] показал, что зависимость прочности композита от толщины реакционного слоя [c.55]

Близка к теоретической прочность композита обеспечивается реакционной связью между алюминием и вольфрамовой проволокой без графитового слоя. В присутствии графитового слоя взаимодействие исключается, и поэтому прочность композита сни-Ш ется до 35% от расчетной. И хотя графитовый слой на трав-ЛёнОЙ проволоке препятствует образованию реакционной связи, [c.80]

С точки зрения представлений об окисной связи работа [45] достойна упоминания, так как в предложенной модели композита сапфир — никелевый сплав авторы обусловили химическим взаимодействием прочность связи. Они предположили, что прочность связи возрастает по мере увеличения степени взаимодействия. Однако эффективная сила связи может и уменьшаться, если избыточное взаимодействие ослабляет упрочиитель. Прочностные аспекты этой теории обсуждаются более подробно в гл. 4, посвященной влиянию поверхностей раздела на продольную прочность композитов. Там отмечается, что наблюдаемая прочность связи очень мало изменяется с ростом толщины зоны взаимодействия от 0,1 до 5 мкм. Этот результат может означать, что для образования весьма прочной связи достаточно совсем небольшого взаимодействия. Последнее объяснение лучше согласуется с тем влиянием реакции на (Прочность связи, которое наблюдается в системах других типов, например титан — бор. [c.85]

Другой подход к проблеме растворимости был использован Брентналлом и др. [7] при исследовании системы ниобий — вольфрам. Максимальное количество вольфрама, которое может быть введено в обычные ниобиевые сплавы, ограничено 20—30% из-за снижения ковкости сплава. Композитный материал из ниобиевой матрицы с вольфрамовой проволокой теряет стабильность вследствие растворения проволоки. Однако продукты растворения представляют собой высокопрочные сплавы системы Nb — W, которые обычно являются нековкими. Образование этих сплавов компенсирует потерю прочности, вызванную растворением вольфрамовой проволоки. На рис. 4 показано влияние выдержки (до 100 ч) при 1477 К на прочность при растяжении Nb-сплава с 24 об.% проволоки (W с добавкой 37о Re). Имеются два фактора, снижающие прочность. Первый из них — это уменьшение сечения вольфрамовой проволоки из-за растворения, второй— возврат, приводящий к разупрочнению. Прочность проволоки уменьшается с 119 кГ/мм в исходном состоянии до 77 кГ/мм после выдержки 100 ч при 1477 К. В то же время прочность композита не изменяется. Предполагается, что постоянная величина прочности композита обеспечивается образованием высокопрочных Nb — W-спла-вов. На рис. 5 сопоставлены микроструктуры вблизи места разрушения при испытании на растяжение образцов в исходном состоянии и после ЮО-часовой выдержки при 1477 К. Матрица становится менее пластичной после отжига из-за большого количества растворившегося в ней вольфрама. [c.94]

По наблюдениям Энтони и Чанга [1], стабильность материала А1 —27 ат. % В заметно уменьшается при термоциклировании от 700 К до комнатной температуры. После 100 циклов испытаний прочность композита и волокна уменьшилась на 20 и 40% соответственно. Причиной потери прочности можно считать разупрочнение борных волокон, заметное после их извлечения из матрицы, а не разрушение связи волокно — матрица. Авторы предположили, что потерю прочности могли вызвать необнаруженные изменения структуры и (или) распределения остаточных напряжений в волокне. Однако недавно установлено, что причиной разупроч- [c.97]

Борные волокна с покрытием из нитрида бора оказались весьма стабильными в контакте с расплавленным алюминием. Кэй-мехорт [8] показал, что до тех пор, пока сохраняется целостность этого покрытия, борное волокно остается неповрежденным в расплаве алюминия при 1073 К. На основании этих данных был разработан способ изготовления композитов А —В путем пропитки волокон расплавленным металлом. Форест и Кристиан [11] исследовали сдвиговую и поперечную прочности композита, состоящего из борных волокон с нитридным покрытием н матрицы из алюминиевого оплава 6061. Материал был изготовлен диффузионной сваркой. Прочность этого композита на сдвиг оказалась меньше, а поперечная прочность — существенно меньше, чем материалов, армированных волокнами бора и борсика. Такие низкие значения прочности, возможно, обусловлены слабой связью между нитридом бора и алюминием, хотя в работе отсутствуют данные о характере разрушения, которые могли бы подтвердить это предположение. Связь между алюминием и борным волокном с покрытием из карбида кремния в меньшей степени зависит от способа изготовления материала. По заключению авторов цитируемой работы, наиболее удачное сочетание механических свойств имеет композит алюминиевый сплав бОбГ —непокрытое борное волокно, закаленный с 800 К с последующим старением. [c.128]

III. Влияние химической реавдии на прочность систем третьего класса А. Влияние реакции на прочность композитов титан—бор. [c.137]

Прочность композита связана с объемной долей каждого компонента и существующими в них напряжениями простым правилом смеси.. В упругой области эти напряжения пропорциональны модулю упругости каждого компонента, если деформации упроч- нтеля и матрицы равны (и если пренебречь остаточными и пуас-соновскими напряжениями). При разрушении композита напряжения в упрочнителе равны его пределу прочности задача со сто- [c.139]

Характеристики композита Ti40A — 25%В после отжига различной продолжительности при 1144 К представлены в табл. 3. Волокна бора заметно упрочняют композит (предел текучести матрицы 37 кГ/мм2). Испытывали по три образца композита в одинаковых условиях, и разброс результатов был крайне мал. Для каждого значения продолжительности отжига приведены как абсолютные величины прочности при растяжении (в единицах кГ/мм ), так и относительные величины (отнесенные к прочности композита So, не подвергавшегося термической обработке). Прочность достигает первого, более низкого плато после отжига при 1144 К в течение 0,5 ч, а деформация разрушения волокон становится постоянной при меньшей продолжительности отжига. Для слоев диборида титана толщиной 0,7 мкм и более среднее значение нижнего предела деформации разрушения составляет 2,5X ХЮ- . Это значение и предсказывал Меткалф на основе характеристик диборида титана [18] (табл. 1). [c.157]

Характеристики композитов, подвергнутых отжигу большей продолжительности и при более низких температурах, а также композитов с более прочной матрицей Ti75A (предел текучести при комнатной температуре 56 кГ/мм ) приведены на рис. 11. Прочность композита отнесена к прочности неотожженных образцов и представлена в зависимости от толщины слоя диборида титана, рассчитанной на основе кинетических данных, приведенных в гл. 3. Точки на рис. И получены усреднением результатов до четырех измерений (в основном двух-трех). Хотя температура и продолжительность отжига образцов изменялись в широ ких пределах, различие в поведении образцов не наблюдается. [c.159]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...