строение (557054), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Если армирующие волокна и матрица не взаимодействуют друг с другом, 304 Т а б л н н а 32. Некоторые армнрргонгне матернвлы н нк свойства я, Гпа в, «г)ме о мпа Армвруемме матрицы Материал О, мкм 100... 150 100... 150 100 0,2 ... 1,0 3 500 400 3 150 400 2 800 400 3 700 500 А1, Мй, Тг-сплавы, по- лимеры А!, Мй, Т1-сплавы, полнмеры А1, Мд, Тьсплавы А1, Мя-сплавы В-волокно  — ЯС (борснк) 2 700 ЯС (полнкрнсталлы) ЯС (волокн н етые монокрнсталлы) ВС А1вОв С-волокно Ве ВНС-9 ~сталь) ЦГ + 2 4 ТЬО« Мо 3 200 3 500 400 250 450 300 220 410 330 2 460 2 460 3 000 1 400 4 200 ! 200 600 70 250 5... 1О 100... 250 ! 00...
150 380 130 2 700 4 000 1 700 ! 800 7 000 19 000 1О 000 А1-сплавы А1, %, Т1-сплавы А!-сплавы, полимеры А1, Мй, Т1 САП, АМгб %, Со, Сг %, Со, Сг то обеспечить надежное сцепление их друг с другом трудно, В этом случае для улучшения сцепления матрицу легируют, на волокна наносят различные покрытия. Деформация КМ под нагрузкой, приложенной вдоль волокон, проходит четыре стадии: на первой — волокна и матрица деформируются упруго, на второй — волокна деформируются упруго, матрица — пластически, на третьей стадии — волокна и матрица деформируются пластически (если волокна хрупкие, то третья стадия деформации КМ отсутствует), на четвертой стадии — волокна разрушаются, что приводит к разрушению КМ. В волокнистых КМ основную нагрузку несут волокна, а роль матрицы сводится к равномерной передаче этой нагрузки на волокна.
Предел прочности КМ, армированных волокнами конечной длины (1 ) определяется уравнением !крат -1 (20) (вол где 1"„Р,"' = а,"'г( „12тмр"Р, тм"Р— напряжение среза на границе раздела волокно †матри; р — параметр, определяемый значениями 1 „ 1",рв' и эпюрой напряжения на волокне. Модуль упругости КМ, армированных волокнами, на участке, когда волокна испытывают упругую деформацию, а матрица деформируется пластически, определяется как Екм = Е )г ы+(Ымагр(г)емагр) )ума р, (21) где г(ом„р1г)вма,р — скорость деформационного упрочнения матрицы.
Работа разруагеиия КМ. В волокнистых КМ действуют меха. низмы рассеяния энергии удара, определяемые свойствами арми- гвв рующих волокон, самой матрицы, а также прочностью связи между ними. Сопротивление распространению трещины в КМ анизотропно и зависит от направления ее распространения по отношению 11 к направлению укладки волокон. Сокр противление распространению трещин вдоль волокон значительно меньше, чем 1с /л 1 в поперечном направлении, так как в первом случае работа разрушения КМ !р определяется свойствами матрицы или поверхностью раздела, а во втором часть Рнс. 1б2.
Завнснмость работы ЭНЕРГИИ тратИтея На рааруШЕНИЕ ВОЛО рт " "км <твв1 "длвк кон и она может быть значительной, В волокнистых КМ можно выделить три ' основных механизма рассеяния энергии при продвижении трещины: / — работа, затрачиваемая на пластическую деформацию матрицы Тм; 2 — работа выдергивания волокон из матрицы Т.„' 3 — работа разрушения связи по поверхности раздела Тр,. Общая работа разрушения КМ будет равна Укм = Твв + Урс + Тм. (22) На рис. 162 показана зависимость Т„от длины (/) упрочняющих волокон. Максимальной работой разрушения обладают КМ, армированные волокнами критической длины /,р. Получение волокнистых КМ, В зависимости от размеров, профиля и природы составляющих компонентов волокнистые КМ готовят различными способами.
Наиболее производительными способами получения металлических КМ являются прокатка и золочение. При этом оптимальные технологические режимы определяются экспериментально. Хорошие результаты получают при использовании методов прессования при высоких температурах и сварки взрывом. Применяется также метод пропитки каркаса волокон расплавом матрицы и метод получения КМ направленной кристаллизацией расплава эвтектических сплавов. Часто один из этих методов дополняется прессованием или прокаткой. КМ, на основе алюминия. Наиболее изученными являются КМ, полученные армированием алюминия и его сплавов стальной проволокой (КАС).
Ниже приведены характеристики прочности листов сплавов АД) и АМгб, армированных стальной проволокой: Матраца ........., АД1 АМт6 АМт6 Матернал (проволокн) ... Х!8Н9Т Х18Н9Т ЭП322 о~~, МПа,........ 1850 2000 2700 1/ ,л, ой (объема,) . . .. , 7 ... 24 5 ... 20 5 ...
25 а"", МПа ........ 170... 480/ 400... 630/ 430... 990/ 160... 465 390... 630 420... 1000 П р н м е ч а н н е. В числителе нрнведены расчетные аначевнн О, в анаменате км в ле — фактические Прочность рассмотренных КМ можно дополнительно повысить . холодной пластической деформацией. Если матрицей КМ служит алюминиевый сплав, упрочняемый термической обработкой, то прочность КМ может быть повышена закалкой и старением.
Существенное повышение прочности и жаропрочности дает армирование САПов. Методом прокатки в вакууме получен материал КАС вЂ” 1. Его матрицей является сплав САП вЂ” 1 в качестве арматуры использована проволока стали ВНС вЂ” 9 (днаметром 0,15 мм и о, = 4200 МПа) в объеме 40 оф. Свойства КАС вЂ” 1 при 20'.
р = = 484 кг/м', о, = 1700 МПа; Е = 100 ГПа; о, = 300 МПа (на базе А/ =- 10. 10а циклов); КС ) 900 кДж/м'. При 400 'С вЂ” о, = = 750 МПа; о„, = 400... 450 МПа, что значительно превышает свойства матрицы при той же температуре. В настоящее время КАС вЂ” 1 используют в качестве специальных накладок — ограничителей трещин. Накладки из КАС вЂ” 1 крепят на деталях из алюминиевых сплавов методами приклеивания, клеесварки, диффузионной сварки. Технология армирования алюминия и его сплавов волокнами.
бора, оксида алюминия, карбида кремния, углеродными волокнами и др. более сложная, материалы получаются дорогими, однако армирование указанными наполнителями весьма перспективное. КМ системы алюминий — бор сочетают в себе высокие показатели прочности и жесткости, присущие борному волокну, с хорошей технологичностью и конструкционной надежностью.
Армирование алюминия бором повышает прочность в 10... 12 раз, модуль упругости в 3... 4 раза. Эти материалы применяют для лопаток вентиляторов турбореактивных двигателей, обшивок крыла самолета, элементов жесткости и лонжеронов авиакосмических конструкций. Промышленное применение находит бороалюминий (ВКА — 1), содержащий 50 о4 (объемн.) борных волокон.
В интервале температур 20... 500 'С по характеристикам прочности и жесткости он превосходит все промышленные алюминиевые сплавы. Высокая демпфирующая способность ВКА — 1 обеспечивает вибропрочность изготовленных из него конструкций. Жесткость лонжерона крыла самолета изготовленного из Д)6 (или В95) с подкрепляющими элементами из ВКА — 1 увеличивается на 45 оф. КМ с углеродными волокнами (КАУ) получают методом пропитки каркаса волокон под давлениемрасплавомлитейногосплава. При армировании силумина типа АЛ вЂ” 2 углеродными волокнами ()лв = 30 % (объемн.)) КМ имеет прочность до 1000 МПа, а также высокую термостойкость в интервале температур — 193... + 500 'С, при плотности КМ Т = 1800... 2000 кгlм'.
Алюминиевые сплавы армируют ЯС в виде нитевидных кристаллов, пластинок и частиц порошка. Для этого ЯС смешивают с порошком алюминиевого сплава, компактируют заготовки в горячем состоянии, затем экструдируют и поперечной прокаткой получают лист. Табл и ца ЗЗ. Прочность и длительиои прочыость некотории зитектичсскик композиций пио1, мп. ил о,, мпа равр' ч Энте«тичес«ие «смпсэииии 1400/350 1150/400* 1040/450 э 1200/700 1000/200 70 . 80э 105 100 175в 45 100 618 1200 100 100 (С, Сг) — !С, С Ь С (Со, Сг, )ч1) — ТаС !Со', Сг) — )ЧЬС М!эЛ1 — гэ!в!ЧЬ Сплав ЖСбу виаменатене— П р и м е е а и и е. 1. В числителе првведены свойства при 20 'С.
в прн 1100 'С. 1* — при 1000 'С! 2. Испытании проводи«все в ва«ууме. Слоистые композициоииме материалы Слоистые КМ состоят из двух или более слоев или пластин различных материалов, соединенных друг с другом прочной связью. Такие КМ имеют повышенные износостойкость и коррозионную стойкость, сопротивление удару, тепловые и электрические характеристики. Промышленные слоистые КМ получают различными способами, основными из которых являются соединение пластин прокаткой, прессованием, сваркой взрывом и пайкой твердым припоем. Интерес представляют свойства слоистых композиционных материалов. Модуль упругости слоистого КМ рассчитывается по формуле Е= /,Е411, (23) 1 где /'„Е1 — объемная доля и модуль упругости !стого компонента, соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
