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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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