Сварка композиционных материалов

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]

Было использовано обычное оборудование для точечной сварки мощностью 150 кВт. Однако, учитывая, что сварка композиционных материалов требует тщательного выбора режимов, необходимо было усовершенствовать аппаратуру, чтобы иметь возможность более плавно регулировать давление и температуру. Применялись стандартные электроды с радиусом закругления от 150 до 300 мм. [c.193]

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ [c.548]

Способы и техника сварки композиционных материалов. [c.551]

Наиболее надежным и дешевым способом соединения композиционных материалов является точечная сварка. Высокое качество и надежность соединения обеспечиваются режимами сварки, при которых упрочняющие волокна не подвергаются длительному нагреву и не перерезаются. Сварка композиционных материалов требует тщательного выбора режимов, которые реализуются на обычном сварочном оборудовании или усовершенствованном, обеспечивающем более плавное регулирование давления и температуры. [c.323]

Другим методом передачи давления для диффузионной сварки композиционных материалов является изостатическое (автоклавное) и динамическое прессование. Изостатическое прессование производят давлением газа в сосуде высокого давления. Динамическое горячее прессование представляет собой импульсный метод. Диффузионная сварка пакета в этом случае производится кратковременным приложением давлений к нагретому до необходимой температуры пакету заготовок композиционного материала. Режимы изготовления и свойства некоторых композиционных волокнистых материалов с различными металлическими матрицами приведены в табл. 1 [2]. [c.214]

Применение конструкционных низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, теплоустойчивых и жаропрочных хромомолибденованадиевых, нержавеющих хромоникелевых сталей, биметаллов и композиционных материалов для изготовления аппаратов актуализирует проблему механической неоднородности. Механическая неоднородность, заключающаяся в различии механических характеристик зон (шва Ш, зоны термического влияния ЗТВ и основного металла) сварного соединения, является, с одной стороны, следствием локализованных температурных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки отличающимися по свойствам сварочных материалов с целью повышения технологической прочности. [c.93]

В результате местного усиления можно достигнуть снижения массы на 15—25%. Обычно для усиления какого-либо участка предварительно отвержденные полоски композиции наклеивают на фланцы крышки изделия. При этом достигается экономия расходов, так как сокращается общая потребность в композиции, упрощается его формовка и раскрой. Надежность возрастает, так как армирующие полоски имеют очень простую геометрию и изготовляются почти в идеальных условиях. Во многих случаях металлические детали конструируются исходя из допустимых напряжений выборочная армировка материала позволяет достигать в конструкции предельных напряжений. В связи с этим риск, связанный с использованием композиционных материалов, очень невелик. В конструкциях такого типа можно пользоваться обычными металлическими соединениями — сваркой либо клепкой. При этом надежность может быть существенно повышена вследствие значительного технологического опыта, приобретенного в части получения таких соединений в аэрокосмической технике. И, наконец, уменьшается риск срыва графика выпуска изделия. Если изделие, целиком изготовленное из композиционных материалов, не выдерживает приемные испытания, то переход на металлоконструкции может потребовать отсрочки несколько месяцев. Если же какая-либо деталь с местным усилием не проходит статические, циклические испытания или испытания на ползучесть, рабочий чертеж может быть легко переработан с целью увеличения сечения по металлу. [c.103]

Можно ли практически снизить массу Опыт разработки космических кораблей свидетельствует, что во многих случаях использование композиций не приводит к облегчению конструкции. В 1968 г. был специально проведен анализ конструкции командного модуля Апполона , чтобы выявить места, где композиции помогли бы снизить массу. Модуль в целом весил около 3 т, однако меньше 100 кг можно было бы успешно заменить на детали из композиций. Действительно, около 680 кг из этой массы приходится на разрушающееся покрытие. Около 450 кг — это не-несущие конструкции, где используется алюминий минимальной толщины, к которому не предъявляется особых требований по прочности и жесткости. Около 90 кг весят затворы и механизмы, от материалов которых требуются высокая твердость поверхности, ударная вязкость и изотропность, присущие металлам. Значительная часть массы приходится на тепловой экран из коррозионно-стойкой стали (в то время такая сталь превосходила по теплостойкости композиционные материалы). Другую большую долю составляла внутренняя оболочка, образующая кабину, высокую степень герметичности которой могла обеспечить только сварка. Из оставшегося существенную долю составляла клееная слоистая [c.105]

Материалы, обсуждаемые в этой главе, как правило, представляют собой смесь двух или более компонентов большинство из них получают методами порошковой металлургии. Некоторые из них изготовляют методом внутреннего окисления, при котором один из металлов сп.лава превращается в окисел. При этом получаемые композиции обладают особыми электрическими, механическими, фрикционными и технологическими свойствами, превосходящими свойства традиционных металлов и сплавов. Эти композиционные материалы находят применение в электрических контактах, в постоянных магнитах, при сварке сопротивлением, в электрических разрядниках, в электрохимических установках и электрических щетках. [c.416]

Требования, предъявляемые к сварочным электродам и к электрическим контактам, очень близки (высокая тепло- и электропроводность и хорошие механические свойства при повышенных температурах), поэтому и применяемые материалы для сварочных электродов II электрических контактов аналогичны. В табл. 4 приведены наиболее популярные композиционные материалы, используемые при сварке. [c.437]

Наряду с превосходным сопротивлением деформации композиционные материалы обладают и еще одним полезным свойством — поддерживать необходимый при сварке тепловой баланс. В сварочных процессах, упомянутых выше, используют электроды из вольфрама или карбида вольфрама, пропитанных медью или медными сплавами. Термообработкой можно повысить прочность и твердость таких материалов. [c.437]

На рис. 8 и 9 приведены различные наконечники из композиционных материалов, применяемые в настоящее время в электродах для сварки, и показан метод крепления этих наконечников. [c.438]

В сварочной головке при сварке с расходуемым электродом используются контактные трубки и наконечники, подводящие ток к электроду и удерживающие и направляющие электродную проволоку. Чаще всего для контактного наконечника применяется медь с высокой электропроводностью, но могут быть использованы и композиционные материалы. [c.438]

Предлагаемая читателю книга Структура и свойства композиционных материалов охватывает все стороны указанной проблемы. В книге рассмотрены физико-химические и механические аспекты поверхностей раздела в композиционных материалах и их влияние на прочностные свойства. Изложены особенности структуры и свойств, методы получения армирующих средств и их классификация на нуль-мерные, одномерные, двухмерные. Описаны способы получения различных композиционных материалов пропиткой, диффузионной сваркой под давлением, газофазными, химическими и другими методами. [c.4]

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИЗГОТОВЛЕНИЮ композиционных МАТЕРИАЛОВ [c.117]

Процесс диффузионной сварки под давлением является одним из наиболее часто применяемых методов изготовления металлических композиционных материалов. Однако этот процесс несколько отличается от процесса диффузионной сварки как метода соединения двух деталей из однородных или разнородных материалов по параметрам технологического процесса и по его аппаратурному оформлению. [c.117]

В целом, однако, технологическому процессу изготовления композиционных материалов диффузионной сваркой под давлением присущи все основные показатели, характеризующие собственно процесс диффузионной сварки двух деталей, такие как подготовка соединяемых контактирующих поверхностей, нагрев соединяемых элементов, приложение к ним давления, необходимая выдержка при этих условиях и др. [c.118]

Подготовка поверхности контактирующих материалов. В основе технологического процесса получения композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением лежат процессы диффузии элементов, входящих в состав матрицы и упрочнителя, а диффузионные процессы, способствующие образованию компактного материала из компонентов матрицы и упрочнителя, протекают главным образом по границам раздела матрица—упрочнитель и матрица—матрица, т. е. практически по поверхностям матрицы и упрочнителя. В связи с этим существенное влияние на качество процесса и качество полученного методом диффузионной сварки композиционного материала оказывает состояние контактирующих поверхностей матрицы и упрочнителя. [c.120]

Как было отмечено выше, при изготовлении композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением матрица применяется чаще всего в виде фольги. Поверхность фольги из металлов и сплавов может быть загрязнена различными смазками, применяемыми в процессе ее изготовления, может быть 120 [c.120]

Химическая обработка также сопровождается удалением на некоторую толщину поверхностных слоев материала матрицы. Обычно эта обработка включает операции обезжиривания, щелочное или кислотное травление, и иногда сочетание того и другого, пассивирование поверхности. После каждой из перечисленных операций обязательно применяется промывка. Реактивы для химической обработки подбирают индивидуально для каждой матрицы. Технологические параметры процесса химической обработки, включающие концентрацию травителей, температуру и время обработки, определяют экспериментально из условий обеспечения необходимого качества поверхностных слоев, сохранения этого качества в течение некоторого времени (включающего промежуток между операциями химической обработки и диффузионной сварки) и съема поверхностных слоев матрицы заданной толщины. Последнее условие связано с тем, что в качестве матрицы обычно применяют фольги малой толщины (0,007—0,1 мм) и удаление с поверхности слоя в несколько микрон в дальнейшем может значительно изменить соотношение матрицы и упрочнителя в композиционном материале. [c.121]

Прессование в пресс-формах и между обогреваемыми плитами. Этот вид прессования композиционных материалов может осуществляться на обычных гидравлических прессах различной мощности, применяемых для обработки металлов давлением, в порошковой металлургии, в производстве пластмасс. Необходимым условием, обеспечивающим пригодность пресса для процесса диффузионной сварки, является возможность поддерживания заданного давления на нем в течение длительного времени. Прессование изделий из композиционных материалов на таких прессах производится в специальных пресс-формах, нагреваемых тем или иным способом до нужной температуры. Диффузионная сварка может осуществляться на воздухе, в вакууме и в защитной атмосфере. В зависимости от этого пресс, на котором ее проводят, может быть оснащен камерой для создания вакуума или необходимой атмосферы. [c.127]

Выше были рассмотрены автоклавы высокого давления. Однако в ряде случаев для изготовления композиционных материалов методом диффузионной сварки иод давлением могут быть использованы автоклавы сравнительно низкого давления (с давлением от 3 до 20 кгс/см ). [c.132]

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]

Алюминий — борное волокно. Как уже было указано выше, основными технологическими параметрами, влияющими на свойства композиционных материалов, полученных методом диффузионной сварки под давлением, являются температура, давление и время выдержки. Одной из первых и наиболее подробных работ, посвященных исследованию влияния различного сочетания этих факторов и выбора оптимальных сочетаний, является работа 130]. Были опробованы режимы прессования 1) при низкой температуре, высоком давлении и длительной выдержке 2) при умеренной температуре, низком давлении и умеренной выдержке 3) при высокой температуре, высоком давлении и кратковременной выдержке. Исследования проводили на композиционных материалах с матрицами из трех алюминиевых сплавов — 6061 (0,4—0,8% Si 0,7% Fe 0,15—0,4% Си 0,25% Zn, 0,15% Мп 0,8—1,2% Mg 0,15%Ti 0,15—0,35% r), 2024 (0,5% Si 0,5% Fe 3,8—4,9% u 0,25% Zn 0,3—0,9% Mn 1,2—1,8% Mg 0,1% r) и 1145 [S5 99,45% Al 0,55% (Si + Fe) 0,05% u 0,05% Mn]. Свойства полученных по этим режимам образцов приведены в табл. 25. [c.133]

Данные приведенные в табл. 27, получены на волокне борсик диаметром О, 07 мм. При увеличении диаметра волокна прочность композиционного материала в поперечном направлении значительно возрастает. Так, например, в работе [109] указано, что композиционные материалы, полученные методом намотки волокна борсик с диаметром 0,145 мм на алюминиевую фольгу толщиной 0,025 мм с шагом 0,182 мм и последующего нанесения плазменным методом сплавов 6061 или 2024 после сборки в пакет и диффузионной сварки в вакууме по режиму температура 490— 565° С, давление 400 кгс/мм , время выдержки 1 ч, имели прочность в поперечном направлении 28 кгс/мм . [c.135]

НИИ — 26 кгс/мм Сопоставление режимов изготовления композиционных материалов алюминий — борное волокно и алюминий - борное волокно — стальная ироволока свидетельствует о том, что введение стальной проволоки не требует существенных изменений технологического процесса по сравнению с получением композиций алюминий - бор. По основным технологическим параметрам диффузионной сварки — температуре, давлению и времени выдержки процессы получения этих двух материалов совпадают. [c.139]

Композиционные материалы с матрицей из титанового сплава 4911 (Ti—6%А1—4% V) и алюминиевого сплава 6061 и упроч-нителем из волокна борсик получали методом диффузионной сварки 140 [c.140]

Сложной является проблема сварки композиционных материалов системы алюминий - бор между собой и с алюминиевыми сплавами типа Д16Т 1420. Объемное содержание нитей бора в этих материалах 30. .. 55 %, толщина 0,8. .. 2,0 мм, условный плакирующий слой 50. .. 200 мкм. Подготовку поверхности под сварку производят только химическим путем, включая операции травления, осветления и пассивирования. Наилучшие результаты достигаются при сварке вращающимся вольфрамовым электродом, на переменном токе в смеси аргона и гелия (20 80) при использовании технологических проставок из алюминиевых сплавов типа АМг, 1420, 1201. [c.550]

Полуфабрикаты (слойные заготовки) металлических композиционных материалов обычно получают намоткой волокон (борных) на алюминиевую фольгу, закрепленную на оправке, с использованием клея или методов плазменного напыления. Полученная заготовка снимается с оправки, раскатывается и используется как листовой полуфабрикат. В процессе вакуумного горячего прессования происходит диффузионная сварка алюминиевой матрицы. При этом, так же как при использовании полимерных матриц, трудно избея ать пористости, в связи с чем должен быть обеспечен строгий контроль параметров процесса. [c.63]

Один из первых таких материалов состоял из 90% вольфрама и 10% меди. Он запатентован Адамсом в 1923 г. [1] и предназначен для работы при высоких температурах и высоких напряжениях. В1925 г. Джиллетти запатентовал композиционный материал медь— вольфрам для работы в качестве электродов при сварке сопротивлением. Имеется упоминание [8] о композиционном материале, состоящем из вольфрама и серебра или другого благородного металла, предназначенного для использования в электрических контактах. Вслед за этими разработками появилось множество других, касающихся использования композиционных материалов для электрических контактов, что сыграло значительную роль в развитии электрических приборов. Некоторые из этих тугоплавких композиционных материалов используют в устройствах для электрохимической и электроискровой обработки, все более широко применяющихся в промышленности в последнее время. [c.416]

Высокопрочные композиционные материалы с низким электросопротивлением, например хром-медь, находят разнообразное применение в аппаратуре для сварки сопротивлением. Э.лектроды могут быть сделаны либо целиком из композиционного материала, либо из него изготовляется только наружняя часть. В обоих случаях достигается большая долговечность, чем при использовании медных сплавов. [c.437]

Особенно эффективным оказывается применение электродов из композиционных материалов при следующих видах сварки рельефной, встык с оплавлением, встык с гребнем, электропайке и др. [c.437]

Возможность изготовления методом диффузионной сварки различных полуфабрикатов и деталей из композиционных материалов вызывает необходимость создания специального оборудования и оснастки применения мощных прессов, автоклавов, изостатов и другого оборудования. [c.118]

Раскрой и сборка пакетов для прессования. Наиболее распространенным видом предварительных заготовок, применяемых для изготовления композиционных материалов методом диффузионной сварки, являются плоские элементы, состоящие из одного слоя упрочнителя, закрепленного тем или иным способом. В связи с этим в дальнейшем операции раскроя заготовок и сборки их в пакеты рассмотрим на примере предварительных заготовок, полученных методом намотки с последующим закреплением волокон плазменным напылением или проклеиванием. Схематически эти операции представлены на рис. 58 (по данным работ [31, 98]). Из монослойных заготовок вырезают ножницами, гильотинными ножницами, вырубают в специальных штампах либо получают другими методами механической обработки элементы более или менее сложной конфигурации, являющиеся слоями — сечениями изделия. Число этих заготовок определяется толщиной готового изделия, количеством упрочнителя и матрицы в предварительных заготовках, если упрочнитель связан матрицей, либо количеством упрочнителя и толщиной фольги матрицы, если упрочнитель связан клеем. На рис. 58. показан типовой раскрой двух видов изделий плоского полуфабриката в виде листа и изделия более сложной формы — лопатки двигателя. Поскольку наряду с од-ноосноармированным композиционным материалом в технике применяют изделия из материала, в котором имеется волокно, ориентированное, в соответствии с возникающими в этом изделии [c.125]

Прессование. Основной операцией процесса изготовления композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением является прессование. Именно в процессе этой операции происходит соединение отдельных элементов предварительных заготовок в компактный материал (формирование изделий). В отличие от прессования как метода обработки давлением металлов и сплавов, заключающегося в выдавливании металла из замкнутой полости через отверстие в матрице и связанного с большими степенями деформации обрабатываемого материала, данный процесс по своему существу ближе к процессу прессования порошковых материалов, применяемому в порошковой металлургии. Прессование заготовок композиционных материалов в большинстве случаев осуществляется в замкнутом объеме (в пресс-формах, состоящих из матрицы и двух пуансов типа пресс-форм, применяемых для получения изделий из металлических порошков) и с незначительной пластической деформацией материала матрицы, необходимой только для заполнения пространства между волокнами упрочнителя и максимального уплотнения самой матрицы. При этом, как и в процессе горячего прессования порошков, наряду с пластической деформацией матрицы, на границе раздела 126 [c.126]

Номенклатура изделий, которые можно изготовлять из композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением в изостате или автоклаве, весьма разнообразна. На рис. 63, 64 представлены виды профилей, получаемых в автоклаве [177] из композиционных материалов на основе титана и алюминия, упрочненных борными волокнами и стальной проволокой, а также схемы приспособлений, необходимых для изготовления таких профилей. [c.131]

Алюминий — углеродное волокно. Основным технологическим приемом получения композиционных материалов алюминий — углеродное волокно, наиболее часто применяемым в настоящее время, следует считать пропитку каркаса из углеродных волокон расплавом алюминиевой матрицы. Однако наряду с этим методом некоторые исследователи применяли для изготовления композиций методом диффузионной сварки под давлением [1, 156, 176, 184]. Так, в работах [23, 156] описан технологический процесс получения композиционного материала методом горячего прессования в вакууме углеродных волокон различных марок, на которые методом разложения триизобутила было нанесено покрытие из алюминия. [c.137]

Композиционные материалы из титанового сплава Ti—6% А1— 4% V получили методом диффузионной сварки [101, 218]. Сварку проводили в вакууме при температуре 900° С, давлении 850 кгс/мм в течение 30 мин [101]. При использовании для закрепления волокна связующего, например, на основе полистирола необходимы предварительный нагрев и выдержка при температурах 370—430° С [101]. Для улучшения качества сварки между слоями титанового сплава Ti—6% А1—4% V используют промежуточный слой из гидрида титана TiHj, позволяющего снизить температуру сварки до 760° С. [c.140]

Титан и титановые сплавы находят применение в качестве второй составляющей матрицы в композиционных материалах алюминий — борное волокно. В этих материалах титан, добавленный в виде слоев фольги в алюминиевую матрицу, значительно повышает прочность в поперечном направлении и сдвиговые характеристики боралюминиевого материала. При этом слои титана вводят таким образом, чтобы они были изолированы от борного волокна слоями алюминия. Это позволяет снизить температуру диффузионной сварки и предохранить борные волокна от взаимодействия с титаном, а значит и от разупрочнения. [c.140]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...