Файл: Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами.pdf

матрица — волокно должна соответствовать выражению dB

2с“

В процессе испытаний образцов, показанных на рис. 116, а, нагружение может вызвать появление изгибающего момента, приводящего к повороту плоскости соеди­ нения матричных слоев на некоторый угол относительно

•направления действующей силы. В результате вместо чи­

больших толщин можно устанавливать их в захваты машины попарно (с обра­

зованием симметричного профиля (вырезов на испы­ тываемом участке образцов). При попарном испытании происходит деформация сдвига, т. е. поворот плоско­ сти соединения не наблюдается.

Приведенные варианты геометрии образцов обеих испытываемых пар использованы нами при исследовании влияния степени и температуры деформации на проч­ ность соединения компонентов сталеалюминиевых мате­ риалов при прокатке, результаты которых приведены вы­ ше (см. главу III).

При отклонениях от оптимальных режимов подготов­ ки поверхностей, нагрева и деформации можно получить прочное соединение только в матричных одноименных парах (в лучшем случае), а между волокнами и матрич­ ными элементами (в разноименных парах) образуются лишь фрикционные связи, т. е. связи за счет сил трения, действующих по границам контакта компонентов и за­ висящих от многих факторов: температуры и степени де-

199

фрикционной связи между компонентами армированного образца ход кривой на всех участках машинной диаграм­ мы нестабилен. При соединении высокого качества ход кривой на нервом участке равномерен, а затем, при до­ стижении напряжений, достаточных для разрушения от­ дельных волокон и связей .между волокнами и матрицей, кривая принимает «пилообразный» характер, т. е. идет нестабильно. Протяженность нестабильного участка не­ значительна, он предшествует разрушению образца. На существование такого участка на кривой напряжение — деформация указывают также Саттон и Чорне [1], при­ водя данные исследования процесса армирования сереб­ ра волокнистыми монокристаллами окиси алюминия. Появление участка с нестабильным ходом кривой они объясняют для этого случая разрушением отдельных монокристаллов, А120 3 с наименьшей прочностью. При этом нагрузка пропорционально перераспределяется на оставшиеся более прочные кристаллы, и быстрого разру­ шения образца не происходит. Важный момент исследо­ вания процесса армирования — определение влияния способа получения армированного материала на состоя­ ние и свойства волокон, что, в конечном счете, определя­ ет конечные свойства материала и позволяет судить о степени рациональности принятой технологической схе­ мы. Наиболее подходит для этой цели моделирование процесса производства армированного полуфабриката (например, процесса прокатки армированных листов) с соблюдением особенностей принятой технологии. .Кроме того, достаточно объективные данные можно получить при исследовании волокон, извлеченных из компактного армированного материала с помощью вытравливания. Моделирование применимо в тех случаях, когда армиро­ ванный материал изготавливается методами обработки давлением, извлечение волокон вытравливанием возмож­ но для любого случая (т. е. не зависнет от способа -изго­ товления армированного полуфабриката или изделия), однако в последнем случае необходимо обращать особое внимание на выбор состава травителя с тем, чтобы не внести каких-либо изменений в характеристики волокон.

В процессе исследований оталеалюминиевых -армиро­ ванных листов метод моделирования был использован для определения влияния направления прокатки на -со­ стояние и свойства волокон (в частности, был-а подробно исследована на-ра Д2'0—Х18Н9Т). Перед прокаткой за­

201

готовок, состоящих из двух пластин алюминиевого спла­ ва марки Д20 и размещенного между ними слоя прово­ лочных волокон из стали марки Х18Н9Т диаметром 0,8 мм, на поверхность компонентов наносили разделитель­ ный слой (графит), предотвращавший схватывание как матричных элементов между собой, так и волокон с мат­ рицей. Модельные образцы прокатывали в двух направ­ лениях— вдоль и поперек расположения волокон. Де­ формация вдоль волокон была различной, суммарная степень деформации в двух направлениях была постоян­ ной (50%). Каждую серию образцов прокатывали при температурах 350, 400 и 450°С. Для выявления влияния температур на прочность волокон одновременно с модель­ ными образцами нагревали проволочные образцы-свиде­ тели. После прокатки извлекали волокна из пластин и проводили исследования их геометрии, а также испыты­ вали на растяжение. Исследования геометрии заключа­ лись в замерах диаметра на различных участках волокна при помощи инструментального микроскопа. Кроме то­ го, фиксировали присутствие и характер поверхностных дефектов и повреждений волокон. В результате исследо­ ваний установлено, что горячая прокатка моделей сбор­ ных заготовок сталеалюминиевых композиционных ли­ стов не вызывает появления заметных искажений сече­ ния волокон и дефектов поверхности, резко снижающих их прочность. В то же время прокатка вдоль волокон име­ ет весьма ограниченную допустимую степень деформа­ ции, при повышении которой волокна сначала ослабля­ ются из-за образования множества местных утонений, а затем разрушаются на отдельные отрезки.

Результаты испытания волокон, извлеченных из мо­ дельных образцов, на растяжение приведены в табл. 50.

Проведенное исследование позволило установить до­ пустимый коэффициент вытяжки при прокатке вдоль во­ локон (для данного вида высокопрочных стальных воло­ кон он равен — 1,10). Выводы, сделанные при проведении модельных исследований, неоднократно проверены ис­ следованием изломов компактных армированных листов, состоящих из тех же компонентов и полученных по тем же режимам прокатки. Результаты исследования изломов хорошо согласуются с данными модельных исследова­ ний. Помимо исследования изломов, проводили испыта­ ния компактных армированных листов на растяжение с целью выявления влияния степени деформации при про-

202

Таблица 50

Влияние температуры прокати и величины деформации вдоль волокон на свойства волокон в модельных сталеалюминиевых

образцах

203

Продолжение табл. 50

204