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

моциклирование .между— 193 и -f->20°C или между— 193 и 500°С не изменяет их характеристик [136].

Подводя итог рассмотрению материалов на основе алюминия и его сплавов, армированных волокнами бора и неметаллическими волокнами, следует отметить, что в в е д е н и е у к а з а н н ы х в о л о к о н п о з в о л я е т

п р о ч н о с т н ы е и у п р у г и е х а р а к т е р и с т и к и

с к и м к о м п о з и ц и я м в п л а с т и ч н о с т и , о с о ­ б е н н о по у д а р н ы м х а р а к т е р и с т и к а м , а т а к ж е и м е ю щ и е п о н и ж е н н у ю с т а б и л ь ­ н о с т ь в с е х с в о и х м е х а н и ч е с к и х х а р а к т е ­ р и с т и к .

Л^ ^

Армирование различными видами волокон применя­ ется также для повышения механических свойств дру­ гих металлов, например магния. Волокнистые материа­ лы на основе этого металла, нашедшего широкое при­ менение в отраслях новой техники, имеют еще более высокие прочностные характеристики. Правда, следует учитывать, что армирование магния и его сплавов соп­ ряжено со значительными технологическими трудностя­ ми, что объясняется низкой свариваемостью и деформи­ руемостью, а также присутствием рыхлой окисной пленки на магниевых поверхностях. Тем не менее

224

процессы армирования магния развиваются, и уже в настоящее время можно отметить несколько серьезных достижений. Например, армированный (32% то объему)

магния, армированного (30% по объему) волокнами бо­ ра. Материал панелей при комнатной температуре имеет предел прочности 970 МН/м2 (97 кгс/мм2) и модуль упругости 135800 МН/м2 (13580 кгс/мм2). Этот материал сохраняет очень высокую прочность [ав = 770 МН/м2 (77 кгс/мм2)] даже при температуре 400°С [137].

Высокую прочность материала можно получить и при армировании сплава магния с 3% А1 нитевидными волокнистыми монокристаллами «-модификации кар­ бида кремния [131].

Введение 10% (объемн.) волокон a-SiC повышает предел прочности до 404 МН/м2 (40,4 кгс/мм2), а вве­ дение 30% волокон — до 538 МН/м2 (53,8 кгс/мм2).

Армирование сплава на основе магния с добавками алюминия (3%) и цинка (1%) угольными волокнами также эффективно повышает прочность основного ма­

прочные и электропроводные материалы с повышенной прочностью и жесткостью.

Общеизвестным материалом рассматриваемой груп­ пы является медь, армированная проволочными волок­ нами из вольфрама. Учитывая наиболее высокие зна­ чения предела прочности тончайшей вольфрамовой проволоки, материал медь — вольфрам может иметь очень высокие прочностные характеристики как при

225

комнатной, так и при повышенных температурах. В част­ ности, материал Cu+77%W имеет при комнатной тем­

локой диаметром 0,0025—0,25 мм, получают различными способами: пропиткой расплавом меди пучка вольфра­ мовых волокон, горячим спрессовыванием сборных за­

материалов значительно снижается с повышением тем­ пературы испытаний, что объясняется повышением пластичности проволоки, в результате чего поведение отдельных нитей при нагружении армированного мате­ риала становится более идентичным.

Изменение пластическиххарактеристик материалов в зависимости от объемной доли волокон и температуры

Остаточное удлинение при комнатной температуре резко снижается при введении 10% (объемн.) волокон, а затем снижение происходит очень медленно.

Зависимость остаточного удлинения материалов Си—W при высокотемпературных испытаниях имеет более сложный характер. Это объясняется протнвояо-

226

ложным действием факторов, определяющих пластич­ ность материала:

1) с повышением объемной доли волокон при всех температурах пластичность материала снижается;

2)при повышении температуры испытания снижается пластичность медной матрицы, что уменьшает пластич­ ность армированного материала;

3)с повышением температуры возрастает пластич­ ность вольфрамовых волокон, что благоприятно сказы­ вается на пластичности армированного материала.

В результате первый фактор определяет результаты испытания при комнатной температуре. В случае ис­

пытаний материалов с объемной долей волокон до 12,5% решающими являются первый и второй факторы, а для материалов с большими объемными долями — первый и третий, причем третий фактор играет главную роль только при высокотемпературных испытаниях.

Армирование меди вольфрамовой проволокой с пре­ делом прочности 1400—2100 МН/м2 (140—-210 кгс./мм2)

позволяет повысить ее прочность и сохранить высокую

при комнатной температуре превосходит медь в 3 раза, а .при температуре 400°С — в 5 раз.

Волокнистый материал Си—W превосходит все мед­ ные материалы и по длительной прочности.

227

Наиболее интересны армированные особо жаропроч­ ные материалы на основе никеля и его сплавов.

Жаропрочные никелевые сплавы имеют удовлетво­ рительные показатели кратковременной и длительной прочности при температурах до '1000°С. Армирование никеля и его сплавов волокнами из вольфрама и его сплавов, молибдена и его сплавов, волокнистыми моно­ кристаллами окиси алюминия позволяет значительно по­ высить характеристики прочности при высоких темпе­ ратурах и максимальные рабочие температуры материа­ лов на основе никеля. После длительных выдержек ар­ мированных материалов при высоких температурах между волокнами и матрицей происходит химическое взаимодействие, ослабляющее эффект армирования,

Например, после выдержки при температуре 1200°С в течение 100 ч в структуре волокнистого материала Ni—W вокруг волокон формируются диффузионные зо­ ны шириной 70—100 мкм.

Для того чтобы избежать ослабления волокнистых материалов, можно прибегать к различным мерам.

Например, замена никелевой матрицы сплавом нике­ ля с 10% вольфрама позволяет уменьшить диффузион­ ные зоны вокруг вольфрамовых волокон до 5—7 мкм по ширине, т. е. на порядок [141]. Другой эффективный способ предупреждения взаимодействия матрицы и

миния [142]. Проволоку покрывают протягиванием через ванну с суспензией или методом катофореза.

Ликвидирует возможность образования диффузионной зоны и покрытие нитрида титана [141].

Введение в никелевую матрицу вольфрамовых воло­ кон позволяет значительно повысить прочность нике­ левых материалов, о чем свидетельствуют многочислен­ ные данные.

Если предел прочности лучших (т. е. наиболее проч­ ных) сплавов на основе никеля при температуре 1100°С составляет 310 (31), а при 1200°С 100 МН/м2

228