Файл: Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
Ni — W этот показатель равен 150 МН/м2 (15 кгс/мм2), т. е. вдвое выше [142].
Введение в никелевые сплавы волокон из .материала на основе вольфрама 3D (W+3% Re) и NF (W-+- 1 % Th02) .позволяет повысить их длительную прочность
(.при нагружении в течение 100 |
ч) |
при 1100°С в 6 раз, |
до 246 МН/м2 (24,6 кгс/мм2), |
а |
при . 1200°С — до |
98 МН/м2 (9,8 кгс/мм2) —в 8 раз. Эти данные относятся
к материалу |
с 70% волокон по объему [143]. |
|
в |
||||||||
Значительно повышаются |
прочностные |
свойства |
|||||||||
результате армирования |
сплавов |
системы |
Ni — Сг. Так, |
||||||||
например, при армировании сплава |
марки |
XII78T |
|||||||||
(20% Сг, 78% Ni, 1% Fe, il% |
примеси) |
вольфрамовой |
|||||||||
проволокой |
(на 35%) |
ЮО-ч длительная |
прочность при |
||||||||
температуре |
1100°С |
достигает |
85—90 МН/м2 |
(8,5— |
|||||||
9,0 кгс/мм2) — почти на порядок выше, |
чем у неармиро- |
||||||||||
ванных нихромов [111]. |
Данные по |
кратковременной |
|||||||||
прочности армированных материалов на основе |
сплава |
||||||||||
марки ХН78Т приведены в табл. 68. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 68 |
||
Прочность армированных материалов на основе сплава |
|
||||||||||
|
|
марки ХН78Т при температуре 1100°С |
|
|
|||||||
Материал волокон |
|
Объемная доля |
Предел прочности, |
||||||||
|
волокон, |
% |
|
' МН/м2 (кгс/мм2) |
|
||||||
Вольфрам |
ВА |
|
|
|
35 |
|
|
250—290 (25—29) |
|||
Вольфрам |
ВА . . . . |
|
|
24 |
|
|
190—240 (19—24) |
||||
М о л и б д е н ...................... |
|
|
35 |
|
|
110-160(11-16) |
|||||
Значительный эффект повышения длительной жаро |
|||||||||||
прочности достигается при |
армировании |
никеля |
и |
его |
сплавов волокнистыми монокристаллами окиси алюми ния. Введение волокон А120 3 позволяет повысить пре дел прочности нихромов при комнатной температуре до
1786 |
МН/м2 (178,6 кгс/мм2), |
а удельную |
прочность — |
||
до 24,7 км [2]. |
|
никелевых |
сплавов |
||
Длительная прочность лучших |
|||||
при увеличении длительности |
нагружения |
со |
100 до |
||
1000 |
ч снижается примерно |
вдвое. |
Длительная проч |
ность материала на основе сплава марки ВДУ-1, арми
рованного окисью |
алюминия, уменьшается |
в этих |
же |
|
условиях |
весьма |
незначительно — со 100 |
до |
90— |
95 МН/м2 |
(с 10 до 9—9,5 кгс/мм2) [141]. |
|
|
229
Таблица 69
Влияние армирования титановых образцов на время до разрушения при действии напряжения 140 МН/м2 (14 кгс/мм2 [2]
Время до разрушения, ч,
Материал |
при температуре |
|
|
|
|
|
430 |
540 |
Титан ..................... |
100 |
0,1 |
Титан+10% Мо . |
1000 |
100 |
Таблица 70
Влияние армирования сплава Ti—6AI—4V дискретными волокнами молибдена на предел его прочности [144]
Объемная доля волокон, |
Предел прочности, |
МН/м2 (кгс/мм2), |
||||
|
|
при температуре, °С |
|
|
||
% |
_________________________________ |
|||||
|
525 |
650 |
775 |
|||
Неармирован |
520 |
(52) |
3 6 0 (3 6 ) |
80 |
(8) |
|
20 |
840 |
(84) |
■ 600 |
(60) |
400 |
(40) |
30 |
920 |
(92) |
700 |
(70) |
440 |
(44) |
40 |
930 |
(93) |
710 |
(71) |
600 |
(60) |
Таблица 71
Влияние армирования сплава Ti—6AI—4V дискретными волокнами молибдена на его модуль упругости
|
|
|
Модуль упругости, |
ГН/м2 (кгс/мм2), при температуре, |
°С |
|
|||
Объемная доля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
волокон, % |
25 |
150 |
350 |
450 |
600 |
650 |
700 |
750 |
800 |
|
|||||||||
40 |
2 0 0 ,5 |
— |
— |
186 |
180 |
178 |
175 |
171 |
168 |
|
(20050) |
(18600) |
(18000) |
(17800) |
(17500) |
(17100) |
(16800) |
||
30 |
160 |
159 |
151 |
— |
140 |
138,88 |
136 |
132 |
130 |
|
(16000) |
(15900) |
(15100) |
— |
(14000) |
(13888) |
(13600) |
(13200) |
(13000) |
20 |
148 |
142 |
139 |
130 |
124 |
123 |
121 |
120 |
118 |
Неармирован |
(14800) |
(14200) |
(13900) |
(13000) |
(12400) |
(12300) |
(12100) |
(12000) |
(11800) |
119 |
— |
103 |
90 |
70 |
— |
— |
— |
— |
|
|
(11900) |
— |
(10300) |
(9000) |
(7000) |
— |
— |
— |
— |
Введение в никелевую матрицу волокон бора позво ляет достигать невиданных уровней прочности и удель
ной прочности для материалов на основе |
этого |
метал |
|||||
ла — 2688 МН/м2 |
(268,8 кгс/мм2) и 36,7 км. |
армированных |
|||||
Подводя |
итог |
рассмотрению |
свойств |
||||
материалов |
на основе никеля, следует отметить, что во |
||||||
л о к н и с т ы е м а т е р и а л ы на |
о с н о в е э т о г о ме |
||||||
т а л л а |
и |
его |
с п л а в о в |
я в л я ю т с я |
о с о б о |
||
ж а р о п р о ч н ы м и , |
а и м е н н о : с п о с о б н ы у с |
п е шн о в ы д е р ж и в а т ь п о в ы ш е н н ы е к р а т к о в р е м е н н ы е и д л и т е л ь н ы е н а г р у з к и п р и т е м п е р а т у р а х 1 1 00—1 300°С. Кр о ме т ог о , у к а з а н н ы е м а т е р и а л ы и м е ют п о в ы ш е н н у ю
п р о ч н о с т ь |
и у д е л ь н у ю |
п р о ч н о с т ь |
при в с е х |
|
в о з м о ж н ы х |
т е м п е р а т у р а х |
э к с п л у а т а |
||
ции. |
|
|
|
|
При создании волокнистых материалов на основе ти |
||||
тана стремятся повысить их |
рабочую |
температуру до |
||
700—800°С, а |
модуль упругости — до |
180—200 ГН/м2 |
||
(18000—20000 |
кгс/мм2). Эта |
задача успешно |
решается |
при армировании титановой матрицы волокнистыми монокристаллами окиси алюминия или гранулами из бериллия [142].
Армирование титана и его сплавов молибденовыми волокнами также существенно повышает его характе ристики (табл. 69—71).
Глава VI
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ АРМИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материалы, армированные волокнами, относятся к новейшим и находятся главным образом на стадиях исследО|вания, опытного использования и внедрения. По явление армированных, так же как 1более раннее появ ление порошковых и гранулированных материалов, главным образом связано с повышением требований к применяемым материалам в различных областях техни ки, в первую очередь в отраслях машиностроения. В армированных материалах используются необычно вы
сокие механические и физические характеристики |
раз |
личных видов волокон •— прочность, жесткость, |
сопро |
231
тивление срезу, сверхпроводимость, сопротивление изно су, жаростойкость и др.
В 2000 г. предполагается получение композиционных материалов с прочностью в десять раз 'больше, чем у специальных сталей. К 1980 г. в США намечено широ кое промышленное внедрение материалов, армирован ных «усами» сапфира, бериллиевой проволокой, графи товыми волокнами, возможно использование алмаз
ных нитей [045]. Наибольшее внимание уделяется |
ар |
мированию никеля, алюминия, железа, кобальта, |
хро |
ма, титана и сплавов на основе этих металлов. |
мате |
Основными задачами в области армирования |
|
риалов являются: |
|
1)повышение свойств волокон;
2)совершенствование методов обработки с целью
предотвращения ослабления волокон вследствие меха нических и химических воздействий;
3) снижение стоимости армированных материалов.
Опытное |
использование армированных |
материалов |
|
в широких областях техники связано с 'высокими |
тем |
||
пами роста |
ее уровня, как конструктивного, |
так |
и эк |
сплуатационного. Для окончательного утверждения этих материалов они еще должны пройти длительный путь совершенствования всех стадий производства, методов обработки, опробования в различных изде лиях, накопления статистических данных об их эксплуа тационных характеристиках. Тем не менее уже сегодня известны многие примеры удачного использования во локнистых материалов. В частности, в работе [146] от
мечается |
успешное |
применение материала алюминий — |
||
стальная |
проволока |
для изготовления оболочек ракет |
||
и топливных баков. |
Такой материал |
позволяет |
снизить |
|
массу, например, топливных баков |
летательных |
аппа |
ратов на 14%при сохранении эксплуатационных харак теристик. Для элементов фюзеляжа самолета F-111 ис пользуются материалы на основе алюминиевых спла вов марок 2219А и 6061А, армированные волокнами бо ра и проволокой из стали марки АМ355, имеющие предел прочности 1240—1590 МН/м2 (124—159 кгс/мм2).
Из следующих примеров видно, что армированные материалы успешно разрабатываются специально для применения в отраслях новой техники — авиастроении, ракетостроении и различной оборонной технике.
Например, никелевые сплавы, армированные высо
232