Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 61
Текст из файла (страница 61)
343 Композиционные материалы на основе алюминии. КМ на основе алюминия и его сплавов предназначены главным образом для авиационной и космической техники, где высокая стоимость первоначальных разработок может окупаться за счет выигрыша в эксплуатационных характеристиках !141. Изделия из КМ нв основе алюминия могут работать при температурах до 450 С (табл. 5.113, 5.114). В первую очередь зто касается конструкций из А1-В/%, А1 — (В!С/В)/%, А1 — 81С/%, А1 — 81О2.
Например, однонаправленный КМ, содержащий 50 % (об.) волокон бора, имеет предел длительной прочности 600 700 МП Табляца 5. //3. Механические свойства КМ сплав 6061-В прн повышенных температурах 1141 Таблица 5. Ш Пречнестные свойства КМ А1-В!ОЙ, полученного герячнм нрессеваннем 1141, МПа ' -Примечания: 1. Содержание волокон 50% (об.). 2. В числителе приведены свойства прп растяжении в направлении, параллельном ося волокна, в знаменателе — в неряеияякулярном. Примечание.
Содержание волокон 50% (об.). 344 Из КМ А1-В, А1-борсик (бор, покрытый 81С) изготовляют следующие детали самолетов: лопатки венткнятора и компрессора авиационных двигателей, обшивку, лонжероны, шпангоуты крыла, фюзеляжа и киля, стрингеры. Фирма «Мак-Доннэл Дуглас» (США) предлагает применять КМ А1-В в ребрах жесткости главного кессона крыла н деталях фюзеляжа орбитального летательного аппарата, а фирма «Норт Америкэн Роккуэл» (США) — в герметичных кабинах экипажа и элементах жесткости панелей с солнечными батареями космического летательного аппарата, а также между ступенямн баллистических ракет 12, 36, 451. КМ сплав алюминия — стальная проволока наиболее перспективны для работы при низких температурах, поэтому их используют, например, при изготовлении баков для хранения жидкого кислорода.
Технологические процессы производства полуфабрикатов приведены в табл. 5.115. Наряду с перечисленными в табл. 5.115, выпускают полуфабрикаты из КМ с алюминиевой матрицей, армированной вольфрамовой и молибденовой проволокой, для производства которых можно применять практически все известные твердо- и жидкофазные методы изготовления (чаще используют диффузионную сварку взрывом). При этом на границе волокно-матрица возможно образование интерметаллидов %А! з, %А1з, %А!4 и МоА1,, МоА1з, МоА11.
Свойства КМ на основе алюминия и его сплавов представлены в табл. 5.116 — 5.121. Таблица 5. //б. Времеииее сепретивлсиие КМ спляв ялвмииип— сталь (12Х1$НУТ пли 12Х1$Н10Т) ири 20 'С 114) Таблнца 5. //7. Времепмее сепретмвлеиие КМ сплав 6061 — В, иелучемиага двузстядийиай диффуз~амиай свяркей 1141 Таблнца 5. //8. Мезяимчсские свойстве КМ сплав 6061— бер с рязличией уклядкей велекеи 114~ Соясрнанно волокон бора, ж! бд лравленнал О /УО 1 КЮ-! 140 680-1040 740-790 330-380 77-340 84-105 49 — !54 98 160 520 Укладка волокон + 45 I-45 50 106 2!О 50/50 350 45 90 0 45 90 О 0 0 0 0 О 0 45 100/О 100/О 100/О ПЮ/О 100/О 100/О 100/О 80/20 60/40 50/50 40/60 20/$0 О/100 50/50 Укладка вал 25 25 25 50 50 50 окон однона 165 138 103 176-250 117 100-131 Уклид 50 50 50 50 50 50 50 50 ка волокон 1И-211 147-196 126-183 132-! 76 860 240 140 1 160-! 850 270 170-340 0,6 0,6-0,7 0,7 0,5 О,! -0,6 О,! Таблица 5.//9.
Предел вынвслнввстп КМ сплавов 6061- В 114! Таблица 5./20. Мекапнчеснпе свойства КМ А1- НК* 114) Нитевидный кристалл. Таблица 5. /2/. Фпзпчеснне свойства КМ сплав АД1-сталь 12Х18Н10Т 114! а !О, С ~, е иптерееле температур, С Содеризние стельной проволоки, % (об.) у, т/и' 20-100 3,22 1О 3,73 20 4,24 30 40 4,75 5,26 50 Примечание. КМ А1-В прн содержании волокон бора 30 н 45% (об~ нмеетусоответствснно 2,67 н 2,66 т/м н а в интервале от 20 до 100 С соответственно 10,2 1О и 4,7 10 С Композиционные материалы на основе магния, титана, никеля н меди.
Особенностью КМ на основе магния является высокая термическая стабильность структуры и свойств вплоть до начала размягчения. Для армнрования магния и сплавов на его основе в основном применяют волокна бора, карбида кремния, углеродные волокна, стальные, титановые и танталовые проволоки, с которыми магний и его сплавы практически не реагируют.
Основными методами получения КМ на основе магния являются пропитка, непрерывное литье и диффузионная сварка (табл. 5. 122). Свойства КМ на основе магния даны в табл. 5.123-5,126. 351 16,9-2),4 17,0-20,5 17,0-19,7 17,0-19,0 17,0- 18,5 17,1-21,8 17,1-21,0 17,1-20,1 17,1-19,4 17,!-19,0 15,1-22,2 16,3-21,2 16,5-20,3 16,6-! 9,4 16,7-18,6 ! 5,5-21,6 16,4-20,8 16,9-20,2 17,2-19,5 ! 7,4-19,0 ! 6,0-21,4 16,9-20,5 17,3-20,0 17,7-19,3 18,0-18,8 Таблица 5. 123. Свойства КМ Мя-сталь и (Мй+И) — сталь 1141 П р н меч а н не. Интервал рабочих температур КМ с матрнцсй нз сплава М8+81.1 составляет от -70до 200 С. Таблица 5. 126.
Свойства КМ Мй-В, нолученнеге метедем днффузненией сварки 1141 КМ имеет о,"~ =700 МПа и о, = 600 МПа прн 1т = 10 циклов. Механические свойства КМ М8-В, полученного методом непрерывного литья, приведены ниже: Содержание волокон бора, % (об.) 30 75 220 330-340 Е, ГПа оя, МПа Изделия из КМ на основе магния используют в аэрокосмической технике, ядерных реакторах 114, 361.
354 Таблица 5. 124. Механические свойства КМ Мя-Та, полученного методом преиитки [141 Таблица 5 125, Механические свейства КМ Мй-в, нелучеииеге методам нреннткн 1141 КМ на основе титана предназначены главным образом для изготовленнл лопаток вентюитора и спюрок регулируемого сопла газотурбинного двигателя !4, 361. В качестве матрицы чаще всего используют сплав титан» с алюминием и ванадием (Т1+ б % А!+4 % Ч), Для армирования в основном применяют волокна бора, борсика, карбида кремния, оксида алюминия, бериллиевую и молибденовую проволоки.
Наиболее часто используют волокна борснка. Механические свойства КМ (Т1 + б % А1 + 4 % Ч)-борсик даны в табл. 5.127, 5.123. Таблица 5.127. Влияние температуры процесса горячего прессования на механические свойства КМ (Т1 + б % А1 + 4 % У) — борсик !14) Примечания: 1. Содержание волокон борсика 45...50%(об.). 2. Прессование проводили в оболочке из коррозионно-стойкой стали при р = $4 ... 170 МПа в течение 15 ... 30 мин. В числителе- в направлении, параллельном оси волокон, а в знаменателе- в перпендикулярном Таблица 5.128. Механические свойства Км (Т! + б % А1 + 4 % У) - берсик (1! Предел выносливости однонаправленного КМ (Т1 + б % А1 + 4 % Ч)-борсик в зависимости от угла а между направлениями прилагаемой нагрузки и укладки волокон изменяется следующим образом: О 90 а1 град о 1, МПа, при числе циклов Ф: 10 10 415 210 КМ производят, комбинируя методы плазменного напыления, диффузионной сварки, прессования, экструзии, прокатки, ковки.
Длл решения проблемы совместимости волокон с матрицей применяют высокоскоростные методы (например, высокоскоростную сварку), обеспечивающие минимальную толщину реакционной зоны, или низко- температурные процессы производства КМ на основе титана и его сплавов !4, 141. КМ на основе никеля и его сплавов предназначены главным образом для изготовления тяжело нагруженных деталей газотурбинных двигателей: сопловых (статорных) и 355 12' рабочих (роторных) лопаток 14, 3б, 451, Армирование сплавов на основе никеля высоко- прочными проволоками тугоплавких металлов и сплавов, керамическими и углеродными волокнами делает их более жаропрочными, чем сунерсплавы.
В основном КМ получают методами литья, вакуумного всасываниа, горячего прессованиа, прокатки, диффузионной сварки, сварки взрывом. Ударная вязкость КМ ХН73Т-%, полученного методом диффузионной сварки при 1 180-1200 С в вакууме и содержащего 24 % (об.) вольфрамовой проволоки диаметром 500 мкм, в зависимости от режима ТО и температуры измеияепж следующим обраюм, кДж/и; 20'С 1000'С 640 1110 о После отжита при 1100 С в течение: 50ч 690 1130 540 825 500 ч з Примечание. ПлотностьКМукм-!1т/м . 20 539 660 1 093 1204 п„МПа 670 536 397 265 106 п,фу), км 12,65 10,10 7,49 5,00 2,00 Примечания: 1. Содержание углеродных волокон в КМ 50 % (об.).
з 2.Плотиосп КМу, 5,3т/м . Механические свойства КМ ЖСбК вЂ” % приведены в табл. 5.129, а изменение козффициента линейного расширения КМ ХНбОВТ вЂ” % — в табл. 5.130. Табтща 5. 129. Механические евейетва КМ ЖС6К -%, нолучеияеге методом вакуумного всаеывання !141 Примечания: 1. Содержание вольфрамовой проволоки 45 % (об.). 2. Плотносп КМ укм =! 2,6 т/м 356 Ниже приведена зависимость прочностных свойств КМ М-Ториел — 50, полученного методом изостатического прессования (1 1125 С, р=24,5 МПа, т=3 ...5 мин) покрытых никелем углеродных волокон, от температуры испытания [141: Таблица 5. ВО. Температурный кезффипиент лииейнеге расширении КМ ХН60ВТ-%, пелучениеге мстедем динямичсскеге герпчеге прессевяннн ирн 1606-2666 'С в вакууме 114) Примечание.
ПлотностьКМ7км12,4т/и. При производстве н эксплуатации КМ на основе никеля и его сплавов должна быль решена проблема совместимости волокон с матрнцей. Например, наиболее аффективно повышают структурную стабильность. КМ И1-С диффузионные барьерные покрытия (УгС, ЕгК вЂ” 0,2 ... О,З мкм; Т1С вЂ” 0,1 мкм) н» углеродных волокнах 1141. КМ на основе меди используют в электротехнике как заменители медных сплавов. Матрицу чаще всего армируют проволокой нз тугоплавкнх металлов, стальной проволокой и углеродными волокнами. КМ получают методами пропитки, прессования, диффузионной сварки, сварки взрывом [14].
Механические свойства КМ на основе меди даны в табл. 5.131 и 5.132. Таблица 5. 131. Механические свейства КМ Св-%, иелучеииеге мстедем дииямнчсскеге гервчеге прессевяиив при И0-1066 С 1141 Примечание. Прн 400 С н 800 С КМ имеет а,=347 МПа, 5=14,1% н а,=162 МПа, Ь=! 6,3 % соответственно. Таблица 5. И2. Механические свействя КМ Св-Тя, иелучеинеге метедем препитки в вякууме ири 11% С втечение 5 мин [141 357 Сиисои литературы 1. Алюминиевые сплавы/Под ред.
В.И. Елагина, В.А. Ливанова. М.: Металлургия, 1984. 2. Анциферов В.Н., Устинов В.С Олвсов ЮГ. Спеченные сплавы на основе титана. М.: Металлургия, 1984. 3. Бериллий Наука н технология. М.: Метаплургня, 1984. 4. Волокнистые композиционные материалы/Под ред. Дж. Уитона. Э. Скала; Пер. с англ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
