Матричные сплавы

Рис. 25. Сравнение удельной прочности на растяжение (отложенной по оси ординат в дюймах) композитов с 50% - и 70%-армированием, литых сплавов никеля и матричного сплава 3.

Современное состояние композиционных материалов требует проведения широких теоретических и экспериментальных работ по улучшению совместимости упрочняющих волокон с матрицами, созданию различных армирующих средств и стабильных матричных сплавов, специального конструирования деталей и узлов конструкций с учетом особенностей свойств композиционных материалов. Эти вопросы получили отражение в соответствующих главах предлагаемой читателю книги. [c.4]

Вместо применявшегося в качестве матрицы стандартного титанового сплава состава Ti — 6% А1 — 4% V, интенсивно взаимодействующего с борным волокном, разработан специальный матричный сплав состава Ti — 13V — 11 % Сг — 3% А1. Скорость реакции взаимодействия стандартного титанового сплава с борным волокном при температуре 900° С составляет 24-Ю" см/с г, а высоколегированного матричного титанового сплава — 9 X X 10 см/с" [c.30]

Советскими и зарубежными исследователями показана принципиальная возможность существенного уменьшения взаимодействия путем легирования матриц. Кардинальным решением этой задачи является создание специальных матриц, которые обладали бы не только меньшей реакционной способностью по сравнению с существующими матричными сплавами, но и одновременно имели бы меньшую плотность. Последнее связано с тем, что существенная жаропрочность никелевых композиций, армированных вольфрамовыми волокнами, достигается в том случае, когда объемное содержание последних составляет 40—60 об. %. Это естественно, вызывает значительное повышение плотности и снижение удельной жаропрочности, что накладывает ограничение на использование композиций в некоторых конструкциях. [c.31]

Свойства полученного по такой технологии материала в перпендикулярном направлению волокон направлении по сравнению со свойствами матричного сплава 6061, полученного по такому же режиму, в зависимости от содержания волокон и нитевидных кристаллов приведены в табл. 32. [c.158]

Исследовалось несколько композиций, различающихся лишь составом матричного сплава в одной из них матрицей был чистый алюминий, в другой — сплав алюминия с 7% цинка, в третьей — алюминий с 12% кремния. [c.196]

Важным технологическим фактором при этом является температура, обеспечивающая достаточную пластичность матрицы в зависимости от свойств матричного сплава она составляет от 400 до 450° С. При этом степень деформации, определяемая как отношение радиуса нейтральной оси к толщине изгибаемого листа, может составлять от 15 до 20. Для достижения больших степеней деформации используют материалы с выборочным армированием, когда в зоне изгиба волокна либо отсутствуют полностью, либо содержатся в небольших количествах. [c.199]

Все, показанные на рис. 1.33 виды полуфабрикатов можно изготавливать методом непрерывного литья. В ряде случаев требуется предварительное нанесение технологических покрытий на волокна с помощью химического осаждения из растворов или парогазовых смесей. Простейшие ленточные полуфабрикаты удобно получать методом плазменного напыления матричных сплавов на ряды моноволокон или волокнистые препреги. Для их изготовления используют термокомпрессионное горячее прессование — способ, позволяющий получать ленточный фольговый полуфабрикат, армированный одним или несколькими рядами волокон ограниченной длины. Прутки [c.54]

Плазменное напыление. Существуют два промышленных варианта получения композитов с помощью плазменного напыления матричных сплавов на армирующие волокна. [c.57]

Непрерывное волокно с заданным шагом наматывают на барабан, на поверхности обода которого нарезана или накатана по винтовой линии канавка, затем на волокно напыляют матричный сплав. [c.57]

На поверхность барабана укладывают фольгу из матричного сплава, наматывают на нее с заданным шагом волокно и напыляют матричный сплав [91]. [c.57]

Жидкофазные методы предусматривают получение металлических композитов путем совмещения армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним относят методы пропитки волокон жидкими матричными сплавами и метод направленной кристаллизации. [c.106]

КМ с магниевой матрицей. КМ с магниевой матрицей отличаются малой плотностью. В качестве матричных сплавов применяют сплавы МА2-1, МАЗ, МА8 и некоторые другие. При создании КМ с магниевой матрицей применяются углеродное и борное волокна и волокно карбида кремния. Для изготовления данных КМ могут быть использованы технологии пропитки, компрессионного литья и горячего изостатического прессования. В табл. 3.4 приведены свойства КМ магний/волокно Si . [c.199]

Таблица 4.2. Состав матричных сплавов, % (масс.)

Одно из наиболее важных и ценных качеств металлических матриц — отличная воспроизводимость свойств деформированного металла. Ни для какого другого промышленного материала не может быть осуществлен такой точный контроль механических и физических свойств, как для металлических сплавов, используемых в динамических конструкциях. Эта особенность матричных сплавов также очень важна в высокомодульных композиционных [c.17]

На первой стадии программы изучены также композиции, упрочненные проволокой из молибденового сплава. Однако наличие сильной диффузии исключило молибденовую проволоку из дальнейшего исследования. Все четыре матричных сплава, разработанные для изучения их совместимости с вольфрамовыми волокнами, сильно реагировали с молибденом. Из этого следует, что сплавы-матрицы, разработанные для вольфрамовых волокон не обязательно будут оптимальными для волокон из молибдена. [c.251]

Более пластичные матричные сплавы возможно будут иметь лучшее сопротивление распространению треш,ин и обеспечат более высокое сопротивление механической и термической усталости. [c.273]

Подход, основанный на особенностях конструирования, позволил наиболее быстро использовать преимуш,ества композиционных материалов с титановой матрицей. Пониженная прочность ухудшенных в результате реакции композиционных материалов часто соответствует пределу прочности на растяжение матричного сплава, поэтому было высказано соображение о невозможности упрочнения титановых сплавов путем армирования волокнами. Поскольку эта ошибочная точка зрения получила некоторое распространение, стоит проанализировать ее основные аргументы с позиций современных теорий. [c.302]

Прочность при растяжении у композиционных материалов с 30 об. % проволоки TZM в продольном направлении составляла 200 ООО фунт/кв. дюйм (140,6 кгс/мм ), в поперечном направлении она понижалась до 900 ООО фунт/кв. дюйм (63,3 кгс/мм ). Модули упругости в двух главных направлениях были равны 26,8 и 22,1-10 фунт/кв. дюйм (18 842 и 15 538 кгс/мм ). Жесткость при скручивании и сопротивление ползучести улучшились. Однако если учесть, что плотность такой композиции 0,21 фунт/куб. дюйм (5,81 г/см ), преимущества материала представляются намного меньшими. Отношение прочности к плотности у композиционного материала несколько ниже, чем у матричного сплава, хотя отношение модуля упругости к плотности несколько выше. [c.329]

Результаты механических испытаний композиционных материалов с разными матричными сплавами приведены в табл. 9. Максимальное значение предела прочности при растяжении и мо- [c.382]

При исследовании композиционного материала с матрицей из тройного алюминиевого сплава (А1 — 9% Si—4% Си) установлено, что при затвердевании этого матричного сплава хрупкие [c.385]

Рис. 40. Углеродный жгут, частично пропитанный матричным сплавом

Этот уровень микротвердости сохранялся до температуры отжига при 150°С в течение 30мин. С дальнейшим увеличением температуры отжига наблюдали значительное уменьшение микротвердости образцов, связанное с релаксацией структуры и началом роста зерен. Старение образцов при температуре 120°С в течение 24 ч сохранило средний размер зерен матричного сплава, но привело [c.199]

Волокна в чистом виде редко приме-Н5ПОТ для армирования КМ. На волокна, жгуты, ленты тонким слоем наносят барьерные и технологические покрытия. Барьерные покрытия предназначены для защиты волокна от разрушения (деградации) в результате физико-химического взаимодействия его с матричными сплавами. Они представляют собой термодинамические стойкие химические соединения. Их фазовый состав (бориды, нитриды, карбиды, оксиды и т.д.) выбирают в зависимости от характера физико-химической и термомеханической совместимости армирующих материалов и матричных сплавов. С этой целью используют различные парогазофазные способы осаждения химических соединений на поверхность непрерывно движущихся волокон. Толщина покрытий составляет несколько микрометров. [c.464]

Твердожидкофазные способы используют для получения полуфабрикатов и изделий из КМ методами горячего прессования, волочения и прокатки пакетов, препрегов. Необходимым условием является нанесение матричного материала на ленты, препреги и ткани в таком количестве, чтобы его оказалось достаточно в жидкой фазе для равномерной пропитки волоконного каркаса расплавом. Прессование осуществляется в интервале кристаллизации сплава материала матрицы. Прессование КМ в условиях твердожидкого состояния матричных сплавов способствует снижению давления и уменьшает вероятность разрушения волокон. [c.467]

Для газобарического насыщения азотом порошки сплавов (табл. 4.2) получали методом распыления вращающегося электрода в гелии (ReP-процесс) или распылением расплава азотом. В результате были получены опытные партии порошков матричных сплавов с содержанием кислорода 0,002...0,005 %, углерода 0,034...0,047 % и серы 0,004...0,005 % [5]. [c.271]

Высокий модуль упругости металлических матричных сплавов по сравнению с органическими материалами особенно важен в высокомодульных композиционных материалах. На рис. 1 сравниваются удельные модули упругости нескольких компоги ионных материалов, армированных волокнами. Отметим, что хотя композиционный материал бор — эпоксидная смола с однонаправленным расположением волокон имеет наиболее высокие значения удельного модуля упругости в направлении волокон, его обобщенный удельный модуль упругости (псевдоизотропный О 60°) значительно нин<е, чем у композиции Борсик — алюминий. Удель ный модуль сдвига также выше для металла, армированного волокнами. Коэффициент жесткости Eld) очень важен для дина-мических конструкций, таких, как лопасти вентилятора газовой турбины и крупногабаритные самолетные профили [c.16]

Высокие пластичность и ударная вязкость металлических матричных сплавов наиболее важные свойства в композиционных материалах, так как армирующий компонент не обладает хорошей ударной вязкостью. Пластичные металлические матрицы, такие, как алюминий, титан или никедехромовые сплавы при ударных нагрузках поглощают энергию пластической деформации, что очень важно для многих областей использования динамических конструкций. Пластичная матрица такя е позволяет притуплять вершину трещпны и уменьшать концентрацию напряжений в ре- [c.16]

Рис. 6. Поверхность разрушения боралюминиевого композиционного мате риала с матричным сплавом 6061. Волокна диаметром 150 мкм

По мере увеличения температуры горячего прессования от 1400° F (760° G) в результате улучшения уплотнения прочность композиционного материала растет. Однако в случае превышения допустимой степени развития реакции прочность начинает снижаться. Уи азанное понижение прочности продолжается до ниж-него предела, соответствующего предсказанной величине разрушающей деформации для полностью разупрочненных композиционных материалов. Интервал температур между этими двумя конкурирующими эффектами в данной системе довольно узок, что затрудняет достижение прочности, предсказанной по правилу смеси. Последняя составляет 200 ООО фунт/кв. дюйм (140,6 кгс/мм ) для 50 об.% волокна борсик с прочностью 350 ООО фунт/кв. дюйм (246,1 кгс/мм ) и разрушающей деформацией 6000 мкдюйм/дюйм (0,6%). Разработка более совместимой матрицы позволит повысить верхнюю температурную границу этого интервала. Однако горячее прессование матричного сплава не должно быть затруднено или, другими словами, нижняя температурная граница интервала не может быть повышена. Теоретически последнюю можно понизить путем применения повышенных давлений. Но возможности повышения давления до того, как начнется разрушение волокон и процесс станет практически неосуществимым, ограничены и так достаточно высокими применяемыми давлениями (типичный уровень 200 000 фунт/кв. дюйм — 1400 кгс/см ). Сочетание указанных ограничений объясняет трудности4 связанные с горячим прессованием композиционных материалов с титановой матрицей. [c.332]

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]

Первая попытка получения углеалгоминиевого композиционного материала относится к 1961 г. Авторы работы [51] использовали в качестве матрицы алюминиевый сплав с 4% Си. Нарубленные углеродные волокна смешивали с порошком матричного сплава (порошок изготовляли в шаровой мельнице) и подвергали смесь горячей экструзии при температурах от 365 до 595° С. Экструдированные образцы композиционного материала содержали 20—40% (по массе) углеродных волокон и были значительно прочнее, чем экструдированные образцы матричного сплава. К сожалению, предел прочности при растяжении полученного материала не превышал 242 МН/м (24,7 кгс/мм ), исследовательская работа была прекращена из-за недостаточной црочиости изготовляемых в то время углеродных волокон. [c.362]

Бланкенбург [12j получал углеалюминиевый композиционный материал, смешивая алюминиевый порошок с размером частиц 5—8 мкм с нарубленными углеродными волокнами диаметром 7—8 мкм и длиной около 2,5 мм. Смесь с 8—15 об.% углеродных волокон подвергалась затем экструзии при температуре 600° С. В процессе экструзии наблюдалось интенсивное дробление волокон на отрезки длиной 30—50 мкм и их ориентирование вдоль направления экструзии. Степень дробления волокон возрастала с увеличением объемного содержания армирующих волокон в заготовке. Предел прочности при растяжении экструдированных образцов из матричного сплава составил 90 МН/м (9,2 кгс/мм ), а в результате армирования возрос до 120 МН/м (12,3 кгс/мм ) и даже до 170 МН/м (17,3 кгс/мм ) после термообработки композиционного материала. В этих экспериментах была доказана возможность образования карбида алюминия (АЦСз) при температурах ниже 550° С. [c.365]

В работе [38] исследовали различные технологические способы получения композиционных материалов с металлической матрицей, армированной углеродными волокнами, — горячее прессование волокон, предварительно покрытых матричным или вспомогательным металлом или сплавом, электроформование, горячую экструзию смеси волокон с порошком матричного сплава и жидкофазную пропитку. Хорошие результаты получены при электролитическом осаждении на углеродные волокна таких металлов, как медь, никель, свинец и олово отмечаются значительные трудности при нанесении"алюминиевого покрытия. В работе сделана попытка совместного осаждения алюминия и коротких углеродных волокон из эфирных растворов в инертной атмосфере. Углеродные волокна предварительно измельчались до длин порядка 1 мм (использовали волокна с предварительной поверхностной обработкой и без нее, а также с медным покрытием толщиной 2 мкм) и затем вводились в электролит. Главной трудностью при реализации процесса было комкование волокон, приводящее к закорачиванию электрической цепи. Избежать этого явления можно лишь при уменьшении концентрации волокон в электролите, в связи с чем оказалось невозможным получение образцов композиции с содержанием армирующих волокон более [c.368]

В настоящее время на установке используется набор из восьми углеродных гкгутов (число филаментов 11 520), на основе которого получают пруток-полуфабрикат диаметром около 0,15 см. Поперечное сечение прутка-полуфабриката на основе матричного сплава 356 нох азано на рис. 38 неправильная форма поперечного сечения прутка обусловлена в данном случае неправильно выбранным размером фильеры. [c.389]

Разработанный технологический процесс применим не только для углеродных волокон, получаемых из вискозного сырья, но и для волокон на основе полиакрилнитрила так, например, на рис. 39 показано сечение прутка, полученного из высокомодуль-ного углеродного волокна марки Геркулес и матричного сплава 356. [c.389]

Чрезвычайно вагкным и интересным является исследование коррозионной стойкости углеалюминиевого композиционного материала в дистиллированной воде и в 3,5%-ном растворе хлористого натрия. Время экспозиции образцов в коррозионных средах 1000 ч. Приведенные в табл. 10 данные показывают, что скорость коррозии углеалюминия в солевом растворе значительно выше, чем в дистиллированной воде. Повышение температуры приводит к значительному увеличению скорости коррозии. По сравнению с эталонными образцами из матричного сплава 356 скорость коррозии углеалюминия примерно в 4 раза выше, что, но всей вероятности, обусловлено гальваническим эффектом, возникающим в паре алюминий—углерод. [c.389]

Падение прочности волокон вследствие взаимодействия с матричным сплавом (однако при более низких температурах) обнаружено TaitjKe в системах кобальт — углеродное волокно (700° С), нихром — углеродное волокно (500° С), платина — углеродное волокно (700° С) и медь — углеродное волокно (700° С). [c.399]

Потенциальную прочность композиции никель — углеродное волокно исследовал Перри с сотрудниками [80]. На волокна наносили покрытие из матричного сплава Ni — 10% Со различной толщины, после чего проводили механические испытания элементарных волокон с матричным покрытием, моделирующим микрообразец композиционного материала с различным содержанием армирующего волокна. Установлено, что предел прочности и модуль упругости микрокомпозиции в точности соответствует значениям, определенным по правилу смесей при этом разрушение инициируется в волокне, а не в матричном материале. [c.400]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...