строение (557054), страница 71
Текст из файла (страница 71)
При прессовании необходимо получить из свободно насыпанных порошков заготовки необходимой формы и размеров, достаточно прочных для осуществления операций дальнейшей переработки. Окончательное упрочнение прессовки достигается на этапе ее спекания, При спекании происходит процесс дальнейшего уплотнения заготовки и повышения ее прочности. На стадии деформации и термической обработки-дисперсно упрочненных материалов получаются полуфабрикаты необходимого сечения и размеров и формируется оптимальная структура материала„ позволяющая в максимальной мере реализовать жаропрочные свойства дисперсно упрочненных КМ. В дисперсно упрочненных материалах матрица воспринимает основную часть внешней нагрузки, а дисперсные частицы создают эффективное сопротивление перемещению дислокаций в объеме зерна.
Чем больше это сопротивление, тем выше степень упрочнения материала. Эффективность торможения дислокаций зависит от расстояния между частицами Р. Прочность на сдвиг дисперсно-упрочненного КМ равна т = = О,Ь!Р, где 0„— модуль сдвига матрицы; Ь вЂ” вектор Бюргерса дислокации. Такие материалы обладают высокой температурной стабильностью структуруы, что позволяет им сохранять прочностные характеристики в широком температурном интервале, вплоть до (0,7 ... 0,6) !'„',, где Р,'„ — температура плавления матрицы, Максимальная прочность дисперсно-упрочненных материалов достигается при оптимальной величине частиц второй фазы и оптимальном расстоянии между ними. Если частицы очень малы, дислокации могут проходить через них. Минимальные размеры частиц, которые не перерезаются движущейся дислокацией, находятся в пределах 2 ...
10 нм, Оптимальное расстояние между частицами определяется уравнением !с = 4 (!†)) г/3, где ! — объемная доля частиц, г — их радиус. Величина разрушающего напряжения ор при малых г связана с Х следующим образом: ор Х вЂ” цт. Экспериментальные исследования показали, что при объемной доле дисперсных частиц ! 0,5 ей! (объемн.) оптимальное расстояние между частицами для сохранения достаточной пластичности матрицы должно составлять — 1 мкм. При большей доле частиц заметно снижается пластичность материала.
В материалах, упрочненных частицами, нагрузка распределяется между матрицей и частицами. Под действием внешнего на« пряжения о в композите на границе матрица †части действует во скалывающее напряжение т, равное т = по, где и — число дислокаций, скопившихся у частицы. Когда т достигнет значения предела прочности частицы, она будет разрушаться с зарождением трещины, которая вызовет разрушение всего КМ. Примерами отечественных дисперсно-упрочненных КМ являются ВДУ вЂ” 1, ВДУ вЂ” 2 и ВДУ вЂ” 3.
Матрицей КМ ВДУ вЂ” 1 и ВДУ вЂ” 2 является никель, дисперсными упрочнителями частицы оксидов торин и гафния с содержанием частиц до 5 % (объемн.). Зарубежным аналогом ВДУ-1 является КМ ТД-никель, в котором никель упрочнен мелкодисперсным диоксидом торна Таз в количестве 2 ... 4 %. В КМ ВДУ вЂ” 3 матрицей служит сплав никель †хр, упрочнителем — диоксид гафния. Сплавы и полуфабрикаты из них (в основном прутки и листы) готовят методами порошковой металлургии. По прочности при комнатной и средних температурах дисперсно-упрочненные КМ уступают классическим дисперсионнотвердеющим никелевым сплавам.
Однако, при высоких температурах имеют преимущество по характеристикам жаропрочности (табл. 31). Дисперсно-упрочненные КМ типа ВДУ целесообразно применять при 1100... 1200 'С. Промышленное применение находят дисперсно-упрочненные КМ на основе вольфрама. Вольфрам упрочняют мелкодисперсными оксидами, карбидами, Наибольшее распространение получили Т!!Ов и ТаС.
Торированный вольфрам с содержанием (0,75... 2,0)% ТЬО2 выпускается промышленностью для электронно-вакуумной техники. Максимальную жаропрочность имеет вольфрам с добавками 2 % ТЮ„а!!пю = 20 МПа. Оксидные упрочнители существенно повышают теплоэрозионную стойкость сопел из спеченного вольфрама.
Для увеличения пластичности в дисперсно-упрочненный вольфрам вводят ревий в количестве 3 ... 5 % . Разрабатываются также дисперсно-упрочненные материалы на основе хрома, молибдена и других металлов. Т а б л и ц а 31. Длнтельнан прочность, дисперсно-упрочнеииых КМ н стареющих никелевых сплавов Для конструкций ЛА представляют интерес КМ на основе алюминия упрочненные частицами А120, (типа САП). Получают их методами порошковой металлургии прессованием мелкодисперсного алюминиевого порошка с его последующим спеканием.
Свойства САП определяются количеством в нем А1,0,. Ниже приведены механические свойства прессованных прутков из сплавов типа САП при 20 С: САП-! САП-2 САП-3 6 ... 9 9 1 ... !3 13 ! ... 18 300 330 400 200 230 340 8 4 3 А!аОа % па,а, МПа 6 При комнатной температуре механические свойства САПов ниже свойств высокопрочных алюминиевых сплавов. Основное их преимущество при температурах ) 300 'С, при которых специальные алюминиевые сплавы Д19, Д20, АК4 — 1 разупрочняются. Так при 500 'С у САП-1 аи = 80 МПа, у САП вЂ” 3 о, = 120 МПа, в то время как у перечисленных сплавов 1... 5 МПа. Сточасовая длительная прочность САП вЂ” 1 составляет при 250 'С 125 МПа, 300 'С вЂ” 115 МПа, 350 'С вЂ” 85 МПа и при 500 'С 45 МПа. САП не склонен к коррозии под напряжением, из него готовят профили разных видов, длиной до 3...
5 метров; трубы, диаметром 15... 150 мм и длиной до 4 м; лист, толщиной 2... 10 мм, шириной 300... 700 мм и длиной до 2 м; прутки, диаметром 10... 50 мм, длиной до 1000 мм. САП поддается аргоно-дуговой сварке, листы можно соединять клепкой, а плакированный лист удовлетворительно сваривается контактной сваркой. Дисперсно-упрочненные материалы могут найти применение в авиационной и космической технике для изготовления камер сгорания, форсажных камер, стабилизаторов пламени форсажных камер и др.
Такие материалы перспективны также для изготовления горячих газоводов на самолетах вертикального и укороченного взлета и посадки, высокотемпературных крепежных деталей, теплозащитных панелей и т. д, Ои„МПа, ири т, 'С Материал Полуфабрикат !! Оо !2ОО Композиционный: ВДУ-1 ВДУ-1 ВДУ.2 Сплавы: ЖС6-К ЭП220 ЭИ868 Пруток Лист 150 120 95 125 100 75 105 80 55 75 60 35 Пруток Лист 320 280 50 150 105 30 50 25 15 Композиционные материалы, армированные волокнами Теория КМ, армированных волокнами, строится на предположении, что волокна равномерно распределены по объему матрицы, однородно и жестко сцеплены с ней и на поверхности раздела волокно †матри нет проскальзывания. В этом случае нагрузка распределяется между волокнами и матрицей Р. = Риатр + Риал, а деформация композиции, волокон и матрицы одинакова еи„ = = Зиатр = заел.
Изменение прочности такого КМ в зависимости от содержания волокон показана на рис. 161. При малых значениях объемной доли У , прочность КМ ниже прочности матрицы, так как волокна быстро нагружаются до пре- нии дельных напряжений и разрушаются. Начиная с У«рве прочность КМ возраетаЕт, дОСтИГая Прн )увел = (го прочности матрицы. Начиная с этой концентрации, пкм ) о","р и продолжает расти, Закон роста описывается уравнением б еар л Плгмг ав = ов 1 вол+ Иматр)гмагр (18) галла '3 Ркс.
!б!. пав«самость проч«оста Гдс Π— ОнрвдЕЛЕНО На риС. 16! И волок««стого КМ (он"г! ог объем- магр примерно соответствует пределу те- КУЧЕСТИ МатрИИЫ, 1' вол + 1' маер = ! . При объемной доле )г ) 80 % механические свойства КМ снижаются, так как матрица не в состоянии смочить и пропитать каждое волокно, ухудшается сцепление волокна с матрицей и появляется проскальзывание. Поэтому ограничивают максимальную долю волокон в композиционном материале. Распределение нагрузки между волокном и матрицей КМ определяется следующей зависимостью: Рвол(рмагр Евол)' во«1Ематр)гматр (19) Из уравнения (19) следует, что нагрузка на волокна тем выше, чем больше их модуль упругости по сравнению с модулем упругости матрицы и чем выше их объемная доля в КМ.
Например, при армировании алюминия (Е = 70 ГПа) углеродными волокнами (Е = 450 ГПа) в объеме )У = 0,5 распределение нагрузки будет Р 1Р...р 6,511. Это означает, что основная доля нагрузки падает на волокна. Для армирования используют следующие материалы: тонкую высокопрочную проволоку из стали, вольфрама, молибдена, титана, других металлов и их сплавов; стекловолокна, волокна из углерода, бора, борсика, также волокнистые монокристаллы оксида алюминия, карбида кремния и других соединений.
В табл. 32 приведены некоторые армирующие материалы и их свойства. Поверхность раздела волокно — матрица является наиболее ответственным участком композиционного материала, так как по нему происходит передача нагрузки на волокна. Соединение металлической матрицы с металлическим волокном чаще всего сопровождается химическим взаимодействием, в результате которого образуются интерметаллидные фазы. Интерметаллидные фазы обес. печивают надежное сцепление между волокнами и матрицей, но они играют и некоторую отрицательную роль. Интерметаллиды понижают прочность волокна, обладая низкой пластичностью, разрушаются при небольших деформациях материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
