НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Кгс"

О 200 tOO BOO 8UO a) б,кгс 160 по во 40 0 -40 -80 топ /мм2 А <^ W / 4>ч ^ f ХН7 \ IT 4 / "•о-ч п ^04 / /

Остаточные напряжения *, кгс/мм2

Т = 480° С; t = 1 ч; Я = 600 кгс/см2; h = 1 мм

Т = 480° С; t= 1 ч; Я = 600 кгс/см2; h = 0,6 мм

Т = 490° С; t = 0,5 ч; Я = 600 кгс/см2; А = 0,6 мм

Материал Модуль упругости, кгс/мм2 Прочность, кгс/см2 Деформация до разрушения; % в 42000 180 0,43

Экспериментальная зависимость нормированной прочности бор-рых волокон от толщины зоны для двух титановых композиций с различным пределом текучести: / — 42 кгс/мм2; 2—28 кгс/ммг

Одна композиция на основе титановой матрицы с пределом текучести 28 кгс/мм2, другая — с пределом текучести 42 кгс/мм2.

Время отжига, мин Толщина реакционного слоя , Нормированная ' Модуль упругости, Деформация волокон до Продукт реакции А прочность кгс/ммг разруше- ния, %

Прессование на воздухе проводилось при 580° С в течение 20 мин при давлении 500 кгс/см2.

Режим термической обработки ций, полученных центробежной о, кгс/мм2 5J/5-,, % заливкой

Г, °С Л ч ЦЗ ВП ЦЗ ВП а, кгс/мм2 «, % — — 260/160 * 215/200 * 100/62 * 100/93 * 65 100

Волокна, извлеченные из композиций, полученных ЦЗ, разупрочнились почти вдвое (с 260 до 160 кгс/мма), тогда как прочность волокон из композиций, полученных ВП, осталась практически без изменений — 215 и 200 кгс/мм2 соответственно.

Т, °С (, ч 5/s5 «> %_ а, кгс/мм2 5?

Излом первого типа характеризуется выдергиванием волокон из матрицы, что свидетельствует о недостаточной связи между ними; прочность такой композиции составляет 25— 30 кгс/мм2.

Вид изломов композиционного материала алюминий—углеродное волокно: а — излом первого типа с выдергиванием волокон; б — щеповидный излом второго типа; в — хрупкий излом третьего типа повидная поверхность разрушения, аналогичная излому естественных композиционных материалов, например древесины; прочность в этом случае достигает 60—70 кгс/мм2, составляя 70—80% от теоретически рассчитанной.

Излом третьего типа характеризуется неразвитой поверхностью перпендикулярно оси приложения нагрузки; прочность в этом случае обычно не превышает 20— 25 кгс/мм2.

После отжигов при 600° С в течение 24 ч наблюдается заметное падение средней прочности до 180 кгс/мм2.

Эксперименты по пропитке углеродных волокон расплавами на основе магния показали, что даже при довольно высоких давлениях (до 70 кгс/см2) образцы имеют излом первого или второго типа.

После получения композиции толщина слоя диборида в системе А1—В составляла 1000 А и прочность в поперечном направлении равнялась 35 кгс/мм3.

Например, для композиционного материала с алюминиевой матрицей (силумин), армированной волокнами карбида кремния, экспериментально установлено оптимальное давление 5 кгс/см2 [8].

На тех же композициях, полученных при сравнительно высоких давлениях (9—10 кгс/см2), наблюдается гладкая поверхность разрушения под углом от 0 до 45° к направлению нагрузки.

Максимальный предел прочности образцов при сжатии был равен 321 кгс/мм2.

Пропиткой расплавленным магнием получали материал, упрочненный танталовой проволокой, имеющей диаметр 0,25 мм и предел прочности 55 кгс/мм2.

Предел проч- N s CJ «о ности, кгс/мм2 || tга -*?

Предел проч- Модуль упругости ности, кгс/мм2 кгс/мм2 i* « - 3S SS =з: « ;Й ^ .

В результате контактного взаимодействия волокна с [ расплавленным металлом при этой температуре его прочность снижается более чем на 30% (с 350 до 220 кгс/мм2).

Изготовленный по такой технологии материал с матрицей из алюминия (предел прочности 3 кгс/мм2, относительное удлинение 40%), упрочненный 15 об.

% волокна с покрытием, имел предел прочности 24 кгс/мм2 и относительное удлинение 0,6%.

% нитевидных кристаллов А12О3, имел при 500° С предел прочности 21 кгс/мм2 и длительную, 100-часовую прочность при этой же температуре 8,4 кгс(мм2.

По данным работы [174] модуль упругости композиции алюминий — усы А1гО3 составлял 126000 кгс/мм2.

% углеродного волокна, имел предел прочности 75 кгс/см2 (патент Японии № 7300106, 1973 г.

% волокон борсик, имел предел прочности 30 кгс/мм2 и модуль упругости 10 150 кгс/мм2, при этом свойства матрицы были соответственно равны 5,6 и 4200 кгс/мм2.

Основным критерием, определившим выбор этих сплавов, была их высокая жаропрочность, достигающая при 1100° С за 100 ч 2,5 кгм/мм2 для сплава нимокаст 258 и 5,5 кгс/мм2 для сплава EPD16.

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, УПРОЧНЕННЫХ ВОЛЬФРАМОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ, кгс/ммг [125] Температура, °С

ДЛИТЕЛЬНАЯ (100-часовая) ПРОЧНОСТЬ МАТРИЦЫ, УПРОЧНИТЕЛЯ И КОМПОЗИЦИИ, кгс/мм2 Г125]

ДЛИТЕЛЬНАЯ (100-часовая) ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИЙ НИМОКАСТ 258 — ВОЛЬФРАМОВАЯ ПРОВОЛОКА, кгс/мм3 [125]

% кгс/мм2 ние, %

Материал Предел прочности, кгс/мм2, при температуре, °С тельной (100ч) прочности, кгс/мм2, при температуре, 1100 1200 1300 1100 1200

Эти методы, реализованные в большой гамме различных приемов термомеханической обработки позволяют получить стали с прочностью до 300 кгс/мма.

В результате шести испытаний средняя прочность пучка волокон равнялась 200 ± 8,4 кгс/мм2.

Средняя прочность моноволокон по данным, полученным в результате испытаний 100 образцов, была равна 340 з= 11,9 кгс/мм2 при коэффициенте вариации 18%.

** Измеренное напряжение на волокнах равно 55 кгс/мм2.

% волокна должна составлять 134 кгс/мм2.

Образцы, подвергавшиеся гомогенизации при температуре 400° С в течение 70 ч, показали прочность 70 кгс/мм2, что на 15,5 кгс/мм2 выше прочности образцов в состоянии после литья.

Пропитка осуществлялась в результате расплавления металла матрицы в индукторе и подачи его в форму с волокном под давлением аргона 5—10 кгс/см2.

Контейнер помещали между обогреваемыми плитами пресса и, при достижении температуры 600° С, измеряемой закрепленной в контейнере термопарой, сжимали под давлением 140 кгс/см2.

В момент расплавления алюминиевой матрицы выключали нагрев плит, а давление повышали до 560 кгс/см2 и поддерживали в продолжение всего процесса кристаллизации.

Однако прочность большинства образцов была очень низкой и колебалась в пределах 10— 20 кгс/мм2.

Отдельные образцы имели прочность 35—50 кгс/мм2.

Максимальную прочность, равную ~70 кгс/мм2, имели жгуты, пропитанные сплавом А-13, содержащие ~21,2 об.

Эти жгуты укладывали в пресс-форму и прессовали при давлениях 35—83 кгс/см2 со скоростью деформации ~2,5 мм/мин.

Максимальную прочность при растяжении, равную 68,9 кгс/мм2, имели образцы с матрицей из сплава 220 с 37,6 об.

% волокна, отпрессованный при температуре 645° С, имел максимальную прочность при изгибе, равную 87 кгс/мм2.

% волокон, отпрессованного при температуре 670° С, достигал 21 100 кгс/мм2.

После нагрева формы и тигля с расплавом матрицы жидкая матрица под давлениям Р2, равным 25—60 кгс/см2, подается в форму.

Определенное по этому уравнению минимальное давление, необходимое для пропитки нитевидных кристаллов карбида кремния диаметром 2 мкм алюминием, имеющим при температуре 700° С поверхностное натяжение у = 1,5-10~5 кгс/см2, было равно ~30 кгс/см2.

% Давление пропитки, кгс/см2 Предел прочности *, кгс/мм2 Предел прочности при изгибе.

кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2 без т/о Т/О

Пропитку осуществляли под давлением водорода ~2 кгс/см2.

Максимальная прочность при температуре 500° С, равная ~38 кгс/мм2, была получена на композиции, содержащей 30 об.

Применяемые в настоящее время в США в опытном производстве установки горячего изостатического прессования имеют диаметр рабочего пространства до 910 мм и рассчитаны на давление от 210 до 2100 кгс/см2.

Наиболее часто применяют установки с давлением 700 — 1050 кгс/см2.

Экспериментальные установки горячего изостатического прессования могут работать под давлением до 10 500 кгс/см2.

Максимальная рабочая температура в этой установке может достигать 1260—1315°, а давление 1050 кгс/см2.

Однако в ряде случаев для изготовления композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением могут быть использованы автоклавы сравнительно низкого давления (с давлением от 3 до 20 кгс/см2).

Этот автоклав, способный развивать давление до 17,5 кгс/см2, снабжен приспоблением, позволяющим вдвигать в него и выдвигать из него печь.

Затем в автоклаве создается давление до 17,5 кгс/см2 и включается нагрев печи.

Кинетическая энергия удара при этом равна •~20 000 кгс • м за период от 3 до 5 мс.

Достигнутое давление прессования было равно 21 000 кгс/см2.

ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ РАЗНЫХ РЕЖИМАХ, кгс/мм2

% Темпе- Давле- Время ник ратура, ние, выдерж- кгс/мм2 °С кгс/см* ки, мин

% Температура, 'С Давление, КГС/СМ2 Время выдержки, мин Предел прочности в поперечном направлении, Среда Источник КГС/ММ2

2 кгс/мм2.

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/мм2, время выдержки 1 ч, имели прочность в поперечном направлении 28 кгс/мм2.

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава 6061 с волокном борсик получали в автоклаве высокого давления по следующему режиму: нагрев до 426° С при давлении 3,5 кгс/см2, повышение температуры до 482° С и медленный подъем давления до 700 кгс/см2, выдержка в этих условиях в течение 75—90 мин.

После охлаждения до 460° С давление снижается до 35 кгс/см2, а после охлаждения до 200° С автоклав открывается, и извлекается готовый материал [177].

Изготовление материала осуществлялось но следующему режиму: нагрев до температуры 500° С и выдержка при этой температуре под давлением 3,5—14 кгс/сма в течение 15 мин, затем повышение температуры до 575—607° С и выдержка при этой температуре и том же давлении в течение 15 мин.

Прочность композиций, полученных в автоклавах высокого и низкого давлений, составила соответственно 120 и 90—ПО кгс/мм2.

Материал получали прессованием пакета, состоящего из чередующихся слоев фольги алюминиевого сплава 2024 и проволоки диаметром 0,2 мм из коррозионно-стойкой стали 355 по следующему режиму: температура 480—495° С, давление 1000 кгс/сма и выдержка- в этих условиях 20 мин.

При прочности проволоки 337— 365 кгс/мм2 предел прочности композиционного материала после дополнительной прокатки с небольшой степенью обжатия составлял 121—124 кгс/мм2.

Композиционный материал с матрицей из алюминия чистотой 99, 99, упрочненного проволокой из коррозионно-стойкой стали диаметром 0,15 мм, имеющей предел прочности 297 кгс/мм2, изготовляли методом диффузионной сварки в вакууме при температуре 500—510° С с выдержкой 4 ч [1,187].

Бериллиевая проволока является перспективным упрочнителем благодаря малой плотности, равной 1,83 г/см3, высокому модулю упругости и прочности, равным соответственно 29 500 кгс/мм2 и 130 кгс/мм2.

% Температура, "С Давление, кгс/см2 Время выдержки, мин Предел прочности, КГС/ММ2

Алюминиевый 49 470 700 10 67 сплав 2024 * °изг = 52 кгс/мм2; V = 2,06 г/см'.

Прочность проволоки после процесса нанесения на нее методом, осаждения_из газовой фазы алюминиевого покрытия снижается с ~130 до 82 кгс/мм2.

% волокон и полученных по разным режимам, составляет 40—60 кгс/мм2, При низких и умеренных температурах получения материала необходимо применять большие выдержки и высокие давления.

Исходные волокна имели предел прочности 200 кгс/мм2, плотность 1,73 г/см3; средний диаметр отдельных волокон был равен 8 мкм.

% волокон, был равен 23—32 кгс/мм2, а композиций с 20—40 об.

% волокон — 35—48 кгс/мм2.

% проволоки из коррозионно-стойкой стали AFC-77, уложенной перпендикулярно борному волокну получали методом диффузионной сварки под давлением в вакууме при температуре 500° С, давлении 700 кгс/см2 в течение 1 ч [109] предел прочности такого материала в поперечном направлении был равен 29 кгс/мм2.

При этом применяли следующий режим: нагрев до температуры 482°С при давлении 3,5 кгс/см2 и выдержку в этих условиях 30—50 мин, повышение давления до 210 кгс/см2, затем повышение температуры до 524—530° С, отключение нагрева и охлаждение материала в автоклаве до 200° С.

Предел прочности такого материала в направлении укладки борного волокна был равен 120 кгс/мм2, а в поперечном направле

Нйи — 26 кгс/мм2.

Результаты исследования свойств композиций, полученных при температурах от 350 до 600° С, давлениях от 350 до 1400 кгс/мм2 и выдержке в течение 1 ч, позволили установить оптимальные условия получения композиционного материала Mg—В: температура диффузионной сварки 525° С и давление 700 кгс/см2.

Содержание волокна, nrt °/ Температура, Давление, кгс/смг Время выдержки , Предел прочности Модуль упругости кгс/мм2

Следует отметить, что материал, полученный по оптимальному режиму, содержал борное волокно со средней прочностью в исходном состоянии 360 кгс/мм2, в то время как материал, полученный при более низкой температуре и в 2 раза более высоком давлении, содержал волокно, имеющее среднюю прочность 250 кгс/мм2.

Давление же, достигающее даже таких высоких значений, как 1400 кгс/мм2, но приложенное при более низких температурах, не позволяет получить материал с оптимальными свойствами.

Следует отметить, что из-за весьма высокого уровня прочности современных титановых сплавов, достигающего более 140 кгс/мм2, и сравнительно малой плотности, равной 4,5 г/см3, эффект от упрочнения их борными волокнами не очень велик и более существенным является повышение путем армирования жесткости титановых сплавов.

Сварку проводили в вакууме при температуре 900° С, давлении 850 кгс/мм2 в течение 30 мин [101].

% Предел прочности, кгс/мм1 Температура, Давление, кгс/см2 Время выдержки.

Аналогичный композиционный материал получали методом диффузионной сварки в автоклаве высокого давления [177] по следующему режиму: нагрев под давлением 3,5 кгс/см2 до температуры 426° С; подъем температуры до 482° С и медленное повышение давления до 700 кгс/см2; выдержка 75—90 мин; снижение давления до 35 кгс/см2 и охлаждение.

Полученный по этому режиму материал имеет предел прочности в направлении укладки волокна 103 кгс/мм2, а в поперечном направлении — 31 кгс/мм2.

В качестве матрицы в этом материале применяли фольгу титанового сплава Ti—6% А1—4% V толщиной 0,20—0,25 мм, а упрочнителем служило волокно из окиси алюминия диаметром 0,25—0,27 мм со средней прочностью 210 кгс/мм2.

по следующему режиму: температура 815° С, давление 980 кгс/см2, время выдержки 15 мин.

Полученный по этому режиму материал имел предел прочности в направлении, параллельном укладке, волокна, 70—88 кгс/мм2, в поперечном направлении — 40 кгс/мм2.

Модуль его упругости в соответствующих направлениях был равен 14 800—19 000 и 12 000 кгс/мм2.

при температуре 870° С, давлении 420 кгс/см2 и времени выдержки 60 мин [216].

Предел прочности применяемого волокна составлял 210—280 кгс/мм2.

% волокна, имел предел прочности в продольном направлении 112 кгс/мм2.

31, содержал в качестве упрочнителя проволоку из указанного молибденового сплава диаметром 0,09 мм, имеющую предел прочности 230 кгс/мм2.

Композиции титан — бериллиевая проволока пробовали получать при температурах от 590 до 870° С, давлениях от 420 до 5600 кгс/сма и времени выдержки от 0,5 до 10 ч.

% Температура, °С Давление, кгс/см2 Время выдержки , мин Предел прочности, кгс/мм2 •П-6>'о Л!

Титан Бериллий 33 792 965 60 105 * Титан технической чистоты, минимальное значение предела текучести которого равно 49 кгс/мм8.

при температуре 840—1100° С, давлении 100—175 кгс/см2 в течение 45—60 мин.

Оптимальный режим получения композиционного материала с углеродным волокном без нанесенного предварительного защитного покрытия: температура 1050° С, давление 140 кгс/см2 и время выдержки 60 мин.

% волокна Торнел-50, имел предел прочности 55—-73 кгс/мм2.

ИЗ горячим прессованием в вакууме прядей из указанных нитевидных кристаллов, покрытых никелем, при температуре 1000° С, давлении 75 кгс/см2 и времени выдержки 20—30 мин.

Диффузионная сварка осуществлялась в вакууме при температуре 700° С, давлении 800 кгс/см2 и времени выдержки 60 мин [146, 172].

% вольфрамового волокна с диаметром 20 мкм, имел прочность 120 кгс/мм2.

При этом же содержании волокна, но диаметром 40 мкм, предел прочности композиционного материала был равен 135 кгс/мм2.

% борного волокна, имел модуль упругости 25 000 кгс/мм2.

% проволоки, с прочностью 385 кгс/мм2, имела прочность в направлении укладки волоки 122 кгс/мм2.

Предел прочности этих композиций после прокатки состовлял 120 — 140 кгс/мм2.

Из водной суспензии, содержащей порошок алюминиевого сплава и нитевидные кристаллы, после фильтрования получили маты, которые подвергали горячему прессованию при температуре 549°С и давлении 7 кгс/см2.

% нитевидных кристаллов окиси алюминия при комнатной температуре, был равен 38 кгс/мм2.

Прокатанный материал на основе сплава Ti—8% А1—1%Мо—1%V, упрочненного берриллиевой проволокой с титановым покрытием, имел предел прочности 106,9 кгс/мм2 при среднем значении относительного удлинения до разрушения 2,3%.

Температура горячего прессования композиций с кристаллами SiC была равна 600 и 800° С при давлении 140—420 кгс/см2, а композиций с 10 об.

% А12О3 — 1000° С при давлении 280 и 420 кгс/см2 соответственно.

% нитевидных кристаллов SiC после прокатки был равен 20— 25 кгс/мм2, а композиций медь — 10 об.

% нитевидных кристаллов А12О3 — 30—33 кгс/мм2.

Прочность образцов, прокатанных в таких условиях, была несколько ниже и составляла 25— 30 кгс/мм3.

% нитевидных кристаллов карбида кремния, имели предел прочности 38—44 кгс/мм2.

Последующая термическая обработка повышала их прочность до 53—61 кгс/мм2.

Об этом свидетельствует значительно более высокий уровень прочности композиционного материала, полученного методом пропитки достигающий после термической обработки 80 кгс/мм2.

Схема заготовки под экструзию композиционного материала сталь — вольфрамовое волокно: / — стальной контейнер; 2 — крышка; 3 -кольца из материала матрицы; 4 — вольфрамовое волокно; б — проволока из материала матрицы и подвергали диффузионной сварке иод давлением при температуре 550—580° С и давлении 562 кгс/см2 в течение 30 мин.

Полученные выдавливанием прутки композиционных материалов имели предел текучести, равный 131—136 кгс/мм2.

% волокон при плотности 9,75—10,0 г/см3, имел при 870° С предел прочности при растяжении 9,75 кгс/мм2, а при 1093° С—7,0 кгс/мма, в то время как матрица в этих же условиях имела соответственно прочность 2,44 и 1,5 кгс/мм2.

В качестве исходных материалов использовали порошок алюминиевого сплава 6061 с размером частиц не более 400 меш, волокна борсик диаметром 145 мкм с прочностью 280 кгс/мм2 и модулем упругости 40,5-103 кгс/мма и нитевидные кристаллы (J—• — SiC диаметром от 1 до 3 мкм и отношением длины к диаметру более 1000 : 1; прочность кристаллов составляла 840— 1050 кгс/мм2, модуль упругости (42—49)103 кгс/мм2.

Очевидно, что введение волокон борсик позволяет повысить прочность сплава с 26 до 80 кгс/мм2, т.

Однако трансверсальная прочность такого материала, как было показано ранее Прево и Крейдером [194], остается на довольно низком уровне и составляет — 24 кгс/мм3.

Введение 10% нитевидных кристаллов позволяет повысить ее до 31—32 кгс/мм2; введение 15% ориентированных кристаллов карбида кремния позволяет увеличить прочность алюминиевого сплава при отсутствии волокон борсик до 62 кгс/мм2.

Борсик Нитевидные кристаллы прочности, К ГС/ММ2| упругости, 10" кгс/мм2 Борсик Нитевидные кристаллы прочности, кгс/мм2 сти, 1(1" кгс/мм2 Р = SiC e = SIC

По описанной технологии смесь порошков титана и бериллия в требуемом соотношении подвергается брикетированию в стальных оболочках, затем экструзии при температуре 371—537° С и давлении более 78,8 кгс/мм2, после чего изготовленные прутки могут быть подвергнуты прокатке или ковке для получения заготовок или деталей требуемой формы.

% бериллия, имели прочность, равную 61,1 кгс/мм2, предел текучести 45,8 кгс/мм2, модуль упругости 17 640 кг/мм2 и относительное удлинение 5,8%.

В качестве матрицы использовали листы толщиной 0,5—1,0 мм из сплава АЛ1, АМг-3, АМг-6, Д20; в качестве упрочнителя — проволоку диаметром 0,15—0,24 мм из стали У8А или 12Х18Н10Т с прочностью 245— 295 кгс/мм2.

% составила —40 кгс/мм2.

В этом случае использовалась проволока 0 0,1 мм прочностью 263 кгс/мм2, имеющая шаг намотки 0,25 мм и фольга толщиной 0,2 мм.

Атмосфера прочности, || o il фольги проволоки || |5 кгс/мм2 U m5?

263 кгс/мм3; ** Ti — основание.

Максимальная прочность материала, полученного по оптимальному режиму, составила 75 кгс/мм2.

Два образца, испытанных на усталостную прочность при нагрузке 30,9 кгс/мм2, разрушились после 8,9-105 и 5,6- Ю5 циклов.

Интенсивное повышение прочности связи начинается при температурах подогрева волокон выше 200° С, и при температуре волокон 300° С прочность сцепления возрастает от 3 до 6 кгс/мм2.

В качестве упрочнителя использовали проволоку диаметром 0,3 мм из коррозионно-стойкой стали, имеющей прочность на разрыв 250—320 кгс/мм2.

Было установлено, что для обеспечения максимальной прочности связи, составляющей 7—8 кгс/мм2, температура волокон должна быть не ниже 400° С.

Режимы прессования: температура 1125° С, давление 245 кгс/сма, время 3—5 мин.

Однако в процессе изготовления композиционного материала методом горячего прессования при температуре 1050° С прочность волокна снижалась с 174 до 122 кгс/мма.

Прочность материала, полученного таким образом, составляла 54,4 кгс/мм2 (при 20° С) и 24,5 кгс/мм2 (при 1050° С).

Такого же порядка прочность (45—49 кгс/мм2) была достигнута на материале, полученном электрохимическим осаждением никеля на углеродное волокно (типа АЕ-Н; 50—60 об.

Горячее прессование проводилось в вакууме при температуре 800° С, давлении 250 кгс/см2 в течение 1,5 ч.

Материал имел очень высокие прочностные свойства: предел прочности при растяжении — 227 кгс/мм2, модуль упругости 31 200 кгс/мм2.

В описываемой работе горячее прессование проводилось по режиму: температура 550° С, давление 600 кгс/см2, время — 30 мин.

Прочность на растяжение одно-осноармированного композиционного материала составила 36 кгс/мм2.

% волокон, составила 50 кгс/мма.

Предварительное покрытие волокон слоем серебра позволило получить описанным способом (температура прессования 660° С) материал с прочностью 100 кгс/мм2 при содержании волокон 50 об.

Рекомендуется следующий режим горячего прессования: температура 1100—1200° С, давление 250 кгс/см2.

% волокон, имел прочность на растяжение 110 кгс/мм2 и модуль упругости 19500 кгс/мм2.

% проволоки материал имел прочность, равную 134 кгс/мм2, и плотность 13 г/см3.

Для получения компактного композиционного материала собранные в пакет жгуты прессовали в графитовых пресс-формах при следующем режиме: температура 900—960° С, давление от 10 до 50 кгс/см2, время прессования — 20 мин.

Максимальная прочность при растяжении, достигающая 50 кгс/мм2, была получена на составах, содержащих 20—25 об.

Припой состава 55% Cd, 45% Ag рекомендуется для рабочих температур до 90° С; он обеспечивает прочность соединения на срез, равную 9 кгс/мм2.

Припой состава 95% цинка и 5% алюминия рекомендуется для рабочих температур до 315° С, при которых прочность соединения на срез составляет 3 кгс/мм2.

Прочность соединения на срез довольно высока, более 10 кгс/мм2, и может превышать прочность межслоевого сдвига самого композиционного материала.

Для предотвращения расщепления материала и выброса металла сварочный ток (количество выделяемой теплоты) был снижен, давление увеличено до 900 кгс при одновременном сокращении времени приложения давления.

Сварочное давление составляло примерно 500 кгс и было приложено только в течение первого импульса — для достижения некоторого повышения температуры.

Статическая прочность при температурах 20—120° С образцов, сваренных внахлестку, превышала 50% прочности основного металла, при температуре 315° С соединение сохраняло около 80% прочности при 20° С, скорость ползучести при этом была незначительной; соединение выдерживало при этой температуре нагрузку 90 кгс на сварную точку в течение 320 ч.

Максимальная прочность сварной точки на срез составила 10,5 кгс/мм2.

Необходимость сверления отверстий и срезания волокон приводит к разрушению соединения путем сдвига по матрице, поэтому прочность таких соединений определяется прочностью матрицы на сдвиг и составляет в зависимости от материала матрицы и термической обработки ~8—10 кгс/мм2 и более (для одноосноармированного боралюми-ниевого материала).

Имеются сведения [150], что болтовые и клепаные соединения боралюминия с боралюминием, а также с алюминиевыми и титановыми сплавами имели прочность на срез 14 кгс/мм2, прочность на смятие от 59 до 84,4 кгс/мм2.

Прочность клеевых швов на сдвиг листов из боралюминия в случае применения полиимидных клеев составляла 2,1 кгс/мм2 при комнатной температуре и 1,05 кгс/мм2 при 315° С [150].

СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ, УПРОЧНЕННОГО БОРНЫМИ ВОЛОКНАМИ [30, 115, 130, 194] *Ъ Предел Модуль

Средняя прочность 0 понижается с 330 до 180 кгс/мм2 при повышении длины испытуемого образца от 10 до 500 мм, а стандартное отклонение прочности снижается соответственно с 100 до 55 кгс/мм2.

Диаметр Предел прочности *, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2 Удлинение, % волокна, мкм | т.

203 158 167 23200 23900 0,8 0,8 * Предел прочности сплава 6061 без термической обработки равен 13 кгс/мм2, в тер-мообработапном состоянии — 32 кгс/мм2.

Диаметр Предел прочности, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2 Удлинение, % волокна, мкм без т.

Матрица (алюминиевый сплав) Предел прочности *, кгс/мм2 Молуль упругости, кгс/мм2 Удлинение, % без т.

6061 2024 13,3—15,5 18,4—19,1 24,5-30,6 26,8—33,7 14 100 14700 14 100 15800 0,6 0,6 0,2 * Предел прочности сплава 6061 без термической обработки авен 13 кгс/мм2, в термообработанном состоянии — 32 кгс/мма, а сплава 2024—19 и 49 кгс/мм2 соответственно.

% упругости, кгс/мм2 Упругая Пластич- волокна, об.

% упругости, кгс/мм2 Упругая Пластич область область область область

Матрица (алюми- Предел прочности Модуль упругости Модуль сдвига Сопротивление срезу Предел прочности при сжатии, кгс/мм2 Плотниевый сплав) кгс/мм2 в продольном на- в поперечном на- г/см3, правлении правлении

Тип укладки Содержание волокон по Предел прочности Модуль упругости Удлинение, волокна направлениям /0 укладки, % кгс/мм2 100/0 110—114 18 200—21 100 0,6 80/20 68—104 14 700—19 600 0,6—0,7

Содержание волокна, Тип укладки волоков Угол приложения нагрузки, Предел прочности при сжатии, Модуль упругости, кгс/мм2 об.

% градусы кгс/мм2

Приведенные данные свидетельствуют о том,, что указанный композиционный материал даже при температуре 500° С имеет достаточно высокий уровень прочности (65—95 кгс/мма), модуля упругости (22000 кгс/мм3) и жаропрочности за 100 ч (46—57 кгс/мм2).

% БОРНОГО ВОЛОКНА (ИЛИ БОРСИКА) ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ [30, 108, 194, 195] Предел прочности, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2

% борного волокна диаметром 144 мкм в термообработанном состоянии при 20° С составляет 30 кгс/мм2, а при 200° С — 19 кгс/мм2

Так, например, длительная 100-часовая прочность сплавов 6061 и 2024 при 300° С соответственно равна 2 и 3,6 кгс/мм2.

% волокна борсик при 300° С также соответственно равна 2 да 3 кгс/мм2 [109].

ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ НЕКОТОРЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С БОРНЫМИ И УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ [1, 104] Разрушающие напряжения (кгс/мм2)

% борного (или борсика) волокна может достигать при 20° С 70—100 кгс/мм2 на базе 107 циклов.

% волокон, при плотности ~2 г/см3 в зависимости от вида упрочнителя и технологии может иметь предел прочности от 50 до 120 кгс/мм2 [156, 170, 178].

Модуль упругости материала зависит только от величины модуля упругости применяемого волокна и может изменяться в пределах от 9000 до 20000 кгс/мм2 [170].

Длительная (100-часовая) прочность подобного материала при 400° С составляет 15—20 кгс/мм2 [1].

Температура, Предел прочности, кгс/мм2 выносливости, (на базе 10' циклов) , Температура, Предел прочности, кгс/ммг выносливости, (на базе 10' циклов).

кгс/мм2 кгс/мм2

% Предел прочности, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2 минимальный максимальный

% нитевидных кристаллов А12О3 (имеющих среднюю прочность 560 кгс/мм2), имеет при 500° С предел прочности 21 кгс/мм2 и 100-часовую длительную прочность 8,4 кгс/мма.

Модуль упругости этого материала равен 12 700 кгс/мм2 [187].

% нитевидных кристаллов А12О3 имеет при 500° С предел прочности 38 кгс/мм2 [174].

Высокий модуль упругости, равный 30 900 кгс/мм2, и малая плотность — 1,85 г/см3 при сравнительно высокой прочности, достигающей 105 кгс/мм2, делают весьма перспективным применение берриллиевой проволоки в качестве упрочнителя алюминиевых и титановых сплавов.

% бериллиевой проволоки композиционный материал имеет высокую прочность (—70 кгс/мм2), в 3 раза более высокий по

% Предел прочности Предел пропорциональности Модуль упругости Относительное кгс/мм2

Содержание волокна, об % Тип укладки волокон, Предел прочности Предел пропорциональности Модуль упругости Относительное удлинение, градусы кгс/мм2 %

Содер- Предел прочности, кгс/мм2, Модуль упругости, кгс/ммг, жание при температуре, СС при температуре, СС волокна, об.

40 56 51 42 39 34 17600 — — сравнению с матрицей модуль упругости —20 000 кгс/мм2 при сравнительно более высокой пластичности (3—7,6%).

% бериллиевой проволоки, имел при 260° С длительную прочность за 100 ч, равную 13 кгс/мм2, и за 1000ч — 8 кгс/мм2 [210].

Матрица Проволока Предел прочности, кгс/има, при содержании проволоки, об.

% (алюми- ниевый сплав) Марка Предел прочности, 10 20 30 40 кгс/мм2

Предел прочности, кгс/мм2, при температуре, 'С

0„ = 340-ь365 кгс/мм2 125

% про- — 53 — — 38 (250° С) 32 (350° С) 24 волоки 12Х18Н10Т с ств = 175 кгс/мм2

% ВНС-9 с __ 145 140 112 96 75 40 ств = 360 кгс/мм2

Материал Предел длительной (100 ч) прочности при 400° С; Предел выносливости (на базе 10' циклов) , Ударная вязкость , кгс-м/см2 Модуль упругости, кгс/мм2 кгс/мм?

кгс/мм2

% стальной 5,5 25 проволоки с <тв = = 250 кгс/мм2

% про- 45 30 1,5-2,5 __ волоки ВНС-9 с СТВ = (10е циклов) = 380 кгс/мм2

% ВНС-9 с ств = = 360^-370 кгс/мм2 * Материалы KAC-I имеет плотность 4,8 г/см3, предел прочности при сдвиге 6,6 кгс/мм2 и коэффициент Пуассона 0,33.

МЕХАНИЧЕСКИЕ, СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МАГНИЙ - БОРНОЕ ВОЛОКНО [1, 10, 100] Предел прочности, кгс/мм2

% Упругости, кгс/мм2 при растяжении при изгибе при сжатии г/см3

% В имеет предел прочности при растяжении 80 кгс/мм2 при 450° С и 60 кгс/мм2 при 500° С.

Длительная прочность этой композиции 53 кгс/мм2 при 400° С.

Предел прочности, кгс/мм2.

% углеродного волокна Торнел-75, имеет плотность 1,77 г/см3, предел прочности 45,8 кгс/мм2 и модуль упругости 18800 кгс/мм2.

Материал жание, кгс/мм2 об.

Волокна А12О3*, ств = 20—28 70—88 14 800—19 700 = 210 кгс/мм2

Проволока Мо, ав = 230 кгс/мм2 30 140 20000 6,25

Проволока Be, ств = 105 кгс/мм2 33 105 16800 —

Волокна SiC **, ав = 25 91 21 000 4,3 = 255 кгс/мм2 * Предел прочности в поперечном направлении 40 кгс/мм2, модуль упругости в поперечном направлении 12 000 кгс/мм2.

Материал Модуль упругости, кгс/мм2, при температуре, СС 1 100 200 300 400 500

Материал Модуль упругости, кгс/мм2, Предел прочности, кгс/мм2, при температуре, СС при температуре, СС 600 700 800 500 600 700 750

% Предел прочности, кгс/мм2, при температуре, СС Предел длительной (100ч) прочности, кгс/мм2, при температуре, титана волокна 25 200 300 400 300 400

% позволяет получить материал с длительной (100-часовой) прочностью при 1100° С, равной 13—25 кгс/мм2.

Таблица 61 Волокно Предел прочности, кгс/мм2, •а| при температуре, СС 1^ Ё.

Никель *** Углерод 50 56 23 24 — — — * При 1200" С 0В «= 38 кгс/см1; при 1300" С ад = 29 кгс/мм2.

000° = 18'2 кгс/мм2; ащ|0° = 9>8 кгс/мм2.

*** Плотность материала 5,3 г/см2; Е = 24 000 кгс/мм2.

Температура испытания, °С Вид полуфабриката Предел прочности Предел текучести Относительное удлинение Относительное сужение кгс/мм2 %

Материал Плотность , г/м3 Вид полуфабриката Длительная прочность, кгс/мм2 1100 °100 1100 °1000 1200 °100 1200 "1000 №— 2,5% ThO2 (ВДУ-1) 8,9 Пруток Лист 10,5 7,0 10,0 6,5 8,0 5,5 5,0 5,0

% Плотность , г/см3 Предел прочности, кгс/мма Модуль упругости, кгс/мм2

Введение углеродного волокна в свинец позволяет одновременно снизить плотность материала с 11,3 до 7,35 г/см3 и повысить прочность с 1,4 до 73 кгс/мм2.

Порошковые заготовки из титана (или титанового сплава Ti—6%—А1) прессовали под давлением (1,5— —8) 103 кгс/см2, спекали в вакууме при температуре 1000— 1400° С в течение 2—4 ч.

Испытания проводились при температуре 35° С на образцах, подвергающихся изгибным напряжениям, равным 70 кгс/мм2, коррозионная среда — разбрызгиваемая морская вода.

КАС-1 = 133,6 кгс/мм2) Изолиро- Тропическая камер п 0 0,0001 0,0007 ванные Морская вода 4,6 0,0011 0,0076 торцы 3% NaCl - 1- 6,3 0,0040 0,0523 -1- 0,1% НА, Тропическая камер л 0 0.

Перспективным является применение боралюминия в силовом наборе крыла и топливного бака орбитальной ступени КЛА, в малогабаритных сосудах для газа высокого давления (более 200 кгс/см2), предназначенных для контроля положения космического летательного аппарата «Шаттл» в пространстве и обеспечения дополнительной тяги, что позволяет снизить массу конструкции на 25—35%.

Легкие композиционные материалы с алюминиевой матрицей, армированной углеродными высокопрочными и высокомодульными волокнами, хотя и обладают пределом прочности немногим выше предела прочности лучших промышленных алюминиевых сплавов, однако имеют значительно более высокий модуль упругости (14000—16000 кгс/мм2 вместо 7000 кгс/мм2) при меньшей плотности (2300 вместо 2750 кг/м3).

Предел прочности и модуль упругости свинца равен 1,4 кгс/мм2 и 1400 кгс/мм2 соответственно.

Например, предел прочности карбида кремния равен 45 кгс/мм2 при 1500° С.

При температуре 1480° С и напряжении 35 кгс/мм2 ползучести карбида кремния не обнаружено [129].

Потеря прочности волокон и композиционного материала по сравнению с расчетными значениями иногда достигает 30%; например, по данным 1[120] волокна'карбида кремния, экстрагированные из титанового композиционного материала системы титан-карбид кремния, имеют предел прочности 210 кгс/мм2 вместо предела 320 кгс/мм2, измеренного до изготовления композиции.

Из всех известных армирующих материалов борные и углеродные волокна являются одними из наиболее перспективных для упрочнения алюминиевых, магниевых, титановых и других металлических матриц, в связи с тем что предел прочности указанных волокон составляет -—ЗбО кгс/мм2, а модуль упругости ~40 000 кгс/мм2 при плотности 1700—2600 кг/м3.

Например, в лабораторных условиях уже получены отдельные образцы волокон с пределом прочности 500—700 кгс/мм2 [50].

Материал « X н о линей- <и с к ного Зз g расшире- о с; ния, кгс/мм2 км Н Я С ю-» °с-»

1), приближающейся к теоретической (2500 — 3500 кгс/мм2).

Средняя прочность при растяжении (диаметр волокон 100 мм), кгс/мм2.

Прочность при изгибе, кгс/мм2.

Модуль упругости, кгс/мм2.

Модуль сдвига, кгс/мм2.

Микротвердость, кгс/мм2.

Предел выносливости на базе 107 циклов, кгс/мм2.

Длительная прочность за 100 ч, кгс/мм2.

40 Е-10~3,кгс/мм2

Марка волокна Плот- Предел проч- Удельная Модуль упру- Удельная (страна) ность, ности, проч- гости, жесткость, г/см3 кгс/мм2 ность, км кгс/мм2 км

1) высокопрочные волокна с пределом прочности 250— 320 кгс/мм2 и сравнительно невысоким модулем упругости (18 000— 22 000 кгс/мм2);

2) высокомодульные волокна с пределом прочности 140— 220 кгс/мм2 и модулем упругости 35 000—55 000 кгс/мм2.

Предел прочности указанных углеродных волокон составляет 210— 280 кгс/мм2, а модуль упругости — 19 000 кгс/мм2.

Например, средний предел прочности нитевидных кристаллов карбида кремния составляет 700 — 1000 кгс/мм2, в то время как максимальные значения предела прочности нитевидных кристаллов, полученных в лабораторных условиях, достигают 3700 кгс/мм2.

Непрерывные волокна карбида кремния имеют средний предел прочности 200 — 250 кгс/мм2, а максимально достигаемый предел прочности в лабораторных условиях составляет 500 — 700 кгс/мм2.

Материал Диаметр, MM Предел прочности, кгс/мм2 Относительное удлинение, % w 0,051 327 0,13 272 0,25 238 3,0 0,51 200 2,8 0,76 179 4,5 1,27 165 2,2

Например, предел прочности вольфрамовой проволоки диаметром 0,07 мм и 0,7 мм при температуре 650° равен 169 и 53 кгс/мм2 соответственно, а при температуре 1090° С та же проволока при указанных диаметрах имеет предел прочности 70 и 25 кгс/мм2 соответственно [79], т.

Материал Плотность, ности, кгс/мм2 ность, кгс/мма (100 ч) прочность, км г/см' 1100° С 1200° С 1100° С 1200° С 1100° С 1200° С

Марка материала и состав S ператур а Длительная прочность, кгс/мм2 Предел ползучести, кгс/мм2 при е * , 1/ч га Ч н„и cife I ч 10 ч 100 ч ю-* ю-»

Модуль упругости вольфрама составляет 41 000 кгс/мм2 при 20° С, 36 800 кгс/мм2 при 1000° С и 34 700 кгс/мм2 при 1400° С.

Для молибдена при температурах 20, 1000 и 1200° С модуль упругости равен соответственно 33400, 28500 и 27 200* кгс/мм2.

16 приведена микроструктура углеалюминиевого композиционного материала, в которой видно равномерное распределение углеродных волокон типа ВМН (с прочностью 200 кгс/мм2 и модулем упругости 24 000 кгс/мм2).

Материал получен пропиткой каркаса углеродных волокон матричным алюминиевым расплавом под давлением 50 кгс/см2.




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru