Файл: Алюминиевые и магниевые сплавы, армированные волокнами..pdf

Рис. 49. Кратковременная проч­ ность композиций САП-1 — проволока из нержавеющей стали

Температура испытаний: а — 250;

б — 350; в — 500° С

ной специальной камерой. Испытания на длительную прочность той же композиции были проведены в лаборатории ползучести Ин­ ститута физики твердого тела АН СССР, на машине Zst 3/3. Деформа­ ция образцов измерялась с помощью микроскопа, а температура контролировалась тремя термопарами. Регулировка температуры осуществлялась дилатометром.

Кратковременным и длительным испытаниям при повышенных температурах подвергались также образцы неармированного САП-1.

На рис. 49 представлены результаты исследований зависимости предела прочности и удельной прочности композиций с различным объемным содержанием проволоки при различных температурах. Изменение предела прочности композиций с увеличением объемного содержания проволоки при температурах испытаний 250, 350 и 500° С имеет линейный характер. При температуре 250° С эксперимен­ тальные значения пределов прочности композиций хорошо согласу­ ются с рассчитанными по закону аддитивности, а при температурах 350 и 500° С они на 10—15% выше теоретических.

Экспериментальные данные показывают, что даже при использо­ вании в качестве волокон проволоки, обладающей незначительной прочностью (175 кГІмм2), эффект упрочнения достаточно высок. Предел прочности композиции с V/ = 15 об. % при температуре 250° С в 2,3 раза, при 350° С—в 3,9 и при 500° С—в 5,6 раза больше, чем материала САП-1 в аналогичных условиях. Удельная прочность композиции соответственно увеличивается в 1,8 и 4,3 раза.

Высокие прочностные свойства композиций при 500° С дают возможность повысить максимальную рабочую температуру САПа при кратковременных нагрузках вплоть до предплавильной. Это большое преимущество композиции на основе САП-1 со стальной проволокой по сравнению с лучшими титановыми сплавами, макси­ мальная рабочая температура которых не превышает 500° С из-за их резкого разупрочнения.

126

Рис. 50. Зависимость прочности композиции САП-1 — проволока из нержа­ веющей стали от температуры испытаний

(2) и 9,4 об.% (3) проволоки из стали X 18Н10Т при температуре испытаний 450° С

Температурные зависимости (рис. 50) прочности материала САП-1 и композиций с различным объемным содержанием и различной прочностью проволоки эквидистантны. Следовательно, характер разупрочнения композиций с повышением температуры определяется характером разупрочнения материала матрицы. Однако сравнение интенсивностей разупрочнения материала САП-1 и композиций на

Ста = 175 кГІмм2— в 2,6 раза.

Результаты длительных испытаний при температурах 350 и 450° С представлены на рис. 51 и 52.. Значительный эффект упрочнения наблюдается и в случае длительной работы композиции при повы­ шенных температурах. Предел длительной прочности (100 ч) компо­ зиции с 5,7% проволоки из стали Х18Н10Т при температуре 450° С

Если образцы материала САП-1 при температуре 350° С и напря­ жении 5 кГ/мм2 разрушались через 30 ч, то образцы композиции с 5,7% проволоки при той же температуре и напряжении 8 кГ/мм2 не разрушались даже после 360 ч работы. Скорость ползучести этой

127

Рис. 52. Кривые ползучести САП-1 (а) и САП-1 + 5,7 об.% Х18Н10Т (6) при

температуре 350° С

5 кГ/ мм2.

Микроструктурные исследования композиций показали, что в процессе нагружения материала при температуре 350° С в течение 330 ч и при температуре 450° С в течение 150 ч не происходит обра­ зования интерметаллидных соединений, что указывает на стабиль­ ность структуры композиции и отсутствие химического взаимодей­ ствия на границе раздела между волокнами и материалом матрицы при данных температурах.

Увеличение температуры до 500° С сопровождается образова­ нием переходной интерметаллидной прослойки толщиной 7 мкм, микротвердость которой составляет 1000 кГ/мм2 (рис. 53, ^.У вели ­ чение времени выдержки композиции от 1,5 до 49 ч при той же тем­ пературе приводит к утолщению интерметаллидного слоя до ЗБмкм (рис. 53, б), а при длительности 53 ч толщина интерметаллидного слоя составляет 42 мкм (рис. 53, в). При этом наблюдается образова­ ние трещин в интерметаллидном слое.

Г. Исследование свойств материала САП-1 и композиций на его основе при динамическсм растяжении

Для проведения испытаний образцы вырезались из листовых за­ готовок толщиной 1,5 мм. В качестве арматуры применялась не­ ржавеющая сталь Х18Н10Т с объемным содержанием 5,7%. Перед испытанием на растяжение образцы размечались на специальном приспособлении нанесением рисок с шагом 5 мм. Расстояния между рисками до и после испытаний замерялись на универсальном инст­ рументальном микроскопе УИМ-21 с точностью 0,01 мм.

Пластичность материалов оценивалась вычислением относитель­ ного бІ0, равномерного 6 Р и сосредоточенного 6 Шудлинений. Полное относительное удлинение определялось по расчетной длине образца,

128

в — / — 53 ч

равной 80 мм, как отношение абсолютного удлинения расчетной длины образца после растяжения к первоначальной его длине. Рав­ номерное относительное удлинение вычислялось на отрезке длиной 25 мм, отложенном от края расчетной длины большей части разор­ ванного образца по формуле

0р= /кР ~ /ор. -1 0 0 %,

Рис. 54. Установка для динамического растяжения образцов

где /0р — начальная длина участка, на котором определялось рав­ номерное относительное удлинение; /кр — конечная длина этого же участка после разрыва.

Сосредоточенное относительное удлинение 6 Шопределялось в зо­ не развитой шейки на базе 15 мм.

Описание установки для динамического растяжения образцов. Статические испытания образцов на растяжение со скоростью 0,2 см!мин производились на 10-тонной машине «Инстрон». Для получения больших скоростей деформирования применялась уста­ новка, разработанная в Белорусском политехническом институте. Энергоносителем в ней является порох. В установке использован принцип непосредственного воздействия на подвижной захват (пор­ шень) расширяющихся пороховых газов. Она компактна и проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, позволяет регистриро­ вать процесс растяжения в координатах усилие — время с помощью осциллографа.

На рис. 54 представлена принципиальная схема (а) установки и ее общий вид (б). В цилиндре 3, связанном резьбовым соединением

130

с основанием 2, перемещается поршень 4. В шток завинчивается подвижной захват 6. Образец 7 через неподвижный захват 8 со­ единен с динамометром 9, который через сферическую гайку 11 опи­ рается на сферическую шайбу 10. Гайка и шайба предназначены для установки образца без перекоса. Шайба опирается на стакан 5, соединенный резьбой с цилиндром. Крышка 13 через резиновую прокладку 12 устраняет осевое перемещение гайки с динамомет­ ром. В нижней части цилиндра и в основании выполнены отверстия для выхода воздуха. Для смягчения удара поршня на дно основа­ ния укладывается резиновая прокладка 1. Сбоку в цилиндре закреп­ ляется взрывное устройство 15, на конце которого расположен капсюль «Жевело». Через кронштейн 18 к взрывному устройству крепится электромагнит 17, якорь которого соединен с рабочей чекой 16 взрывного устройства. Рабочая чека и предохранитель­ ная 19 вставлены в отверстия бойка 20, при ударе которого про­ исходит воспламенение капсюля. Боек приводится в движение пружиной, расположенной во взрывном устройстве. Заряд поро­ ха 14 в бумажной оболочке устанавливается на торце поршня на­ против капсюля. Скорость деформирования регулируется изме­ нением заряда пороха и объемом камеры сгорания.

14 г; максимальное усилие 16000 кГ\ высота — 600 лиг, диаметр основания — 255 лиг, вес установки — 16 кг.

Установка позволяет производить испытания со скоростью де­ формирования 0,1—6,0 м/сек. После сборки установки и полной ее готовности вынимается предохранительная чека. При включе­ нии записи на осциллограф срабатывает электромагнит, соединен­ ный с электросхемой осциллографа, и выдергивает рабочую чеку. Боек ударяет по капсюлю; последний воспламеняет заряд пороха. Расширяющиеся пороховые газы создают в цилиндре за короткий промежуток времени значительное давление, которое заставляет поршень перемещаться вниз. Перемещение поршня приводит к де­ формации и разрушению образца. Усилие, прилагаемое к образцу, передается динамометру с наклеенными на нем проволочными тензо­ датчиками, с помощью которых величина усилия фиксируется на осциллографе.

Осциллографирование процесса динамического растяжения и определение прочностных характеристик образцов. Измерение уси­ лий деформирования образцов производилось при помощи спе­ циальной тензометрической аппаратуры и упругого динамометра с датчиками сопротивления. Блок-схема аппаратуры, предназна­ ченной для записи диаграммы растяжения в координатах усилие — время, представлена на рис. 55.

Датчики являются плечами уравновешенного моста. Два рабо­ чих датчика наклеивались вдоль оси динамометра, а два компен­ сационных выводились отдельно. Упругий динамометр изготав-

5* 131