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

Рис. 22. Фрактографические снимки изломов композиции (Mg — 8% Li) — У8А

а — X 50; 6 — ХІОО

Рис. 23. Фрактографические снимки изломов композиции (Mg — 896 Li) — АТ-3

а — X 200; 6 — X 400

он происходит по матрице. Это указывает на сложный характер взаимодействия матрицы с волокном.

Фрактография протравленных изломов композиции MgLi-— АТ-3 показывает, что ниже места отслоения матрицы от волокна граница раздела очень плотная, что свидетельствует о хорошей связи магниеволнтиевых сплавов с волокном из титанового сплава АТ-3 (рис. 24). Однако природу этой связи пи методом электрон­ ной микроскопии [11], пи методом изучения границы раздела на микрорентгеновском анализаторе установить не удалось.

Прочность композиции при высоких и низкие температурах. Армирование легкоплавкой матрицы высокопрочными волокнами

174

значительно повышает интервал раоочих температур матричного материала. Изучение композиции (Mg — 8% Li) — У8А при вы­ соких для матрицы температурах (до 60° С) показало, что теплопроч­ ность композиций существенно выше.

Прочность композиции при 200° С составляет 40 кГ/мм2, в то время как прочность матрицы при этих же температурах равна 2 кГІмм2, т. е. превосходит последнюю в 20 раз. На рис. 25 показа­ но изменение прочности композиции с различными объемными

что скорость температурного разупрочнения композиций ниже, чем у матрицы, и что теплостойкость композиционного материала почти линейно зависит от объемной доли упрочняющих матрицу волокон. Последнее, вероятно, связано с тем, что разупрочнения волокон стали из У8А при температурах 200° С практически не происходит.

( o f б Сіл77лшг

Рис. 25. Изменение прочности композиции (Mg — 8% Li) — У8А с различными объемными долями проволоки s зависимо­ сти от температуры

175

Однако при 200° С матрица почти теряет прочность и начинает сползать с волокон, не нагружая их; в результате этого у концов разрушившихся волокон образуется пластический шарнир и на­ грузка на композиции резко падает.

Высокие прочностные и пластические характеристики матрицы при криогенных температурах дают возможность с успехом приме­

320 кГІмм2, можно считать, что оба компонента при соединении в композиции дадут материал, способный работать в условиях Край­ него Севера и космических температур.

Изучение поведения композиций, матрицы и волокна при крио­ генных температурах в интервале от —30 до —75° С проводили в термошкафу испытательной машины «Инстрон».

Результаты испытаний, представленные на рис. 26, а, б, пока­ зывают, что для обеих композиций (Mg — 8%Li) — У8А и (Mg — 8 %Li) — АТ-3 при снижении температуры прочность растет, дости­

176

(Mg — 8%Li) — AT-3, V f —40% относительное удлинение изменя­ ется с 12,0% при 200° С до 2,5% при температуре —75° С.

Таким образом, можно считать, что интервал рабочих темпе­ ратур композиции на основе магниеволитиевого сплава (Mg —- 8%Li) составляет от —70 до +200° С.

Длительная прочность и ползучесть. Испытания на длительную прочность композиции (Mg — 8%Li) — АТ-3 проводили на машине ВП-8. Результаты показали, что армирование резко повышает длительную прочность при 20° С и особенно при 200° С (рис. 28, 29). Длительная прочность композиции на базе 1000 ч при темпе­

Наряду с увеличением кратковременной и длительной проч­ ности армирование значительно повышает сопротивление матрицы ползучести. Исследования на ползучесть матрицы и композиции с 10 об. % титанового волокна при 20° С показали, что композиция при напряжении 14 к Г / м м 2 имеет скорость установившейся пол­ зучести 0,0003 %/ч, в то время как для матрицы это же напряже­ ние является пределом прочности. Скорость установившейся пол­ зучести матрицы при напряжении 9 к П м м ъ достигает 0 ,8 % /ч .

6, нГIммг

177

Рис. 30. Кривые усталости композиции

а — (Mg — 8% Li) — У8А; б — (Mg - 14% Li) — У8А

Эти данные свидетельствуют о том, что армирование магниеволи­ тиевых сплавов — эффективный упрочняющий метод, приводящий к увеличению сопротивления ползучести матрицы.

Усталость композиций на основе магниеволитиезых матриц. Исследование на усталость композиции (Mg — 8% L i)— У8А с объемной долей 14 и 7% проводили на плоских образцах с надре­ зом и без надреза. Параллельно на машине «Шенк» в условиях растяжения проводили испытания сварных неармпрованных об­ разцов.

Армирование магниеволитиевого сплава Mg — 8% Li и Mg — 14% Li высокопрочными высокомодульиымн волокнами из стали У8А почти в 2 раза повышает предел усталости матрицы.

На рис. 30, а, б показаны кривые усталости композитов на основе магния с 8 и 14% Li, армированного 7,14% проволоки из стали У8А. Характерной особенностью этих кривых является почти одинаковый наклон для матрицы и композита. Это говорит о том, что эффект армирования матриц сказывается как в малоцик­ ловой области, так и в области большой долговечности.

Незначительное увеличение предела циклической прочности композиций на основе магниеволитиевой матрицы связано в основ­ ном с очень низким значением предела циклической прочности матрицы. Существует несколько основных механизмов разрушения композиций в результате воздействия циклических нагрузок.

1. В процессе циклических испытаний разрушается матрица, вся нагрузка передается на волокна, которые разрушаются от статических нагрузках.

И. Источником начала разрушения является пограничный слой взаимодействия матрицы и волокна, после чего трещина развивается либо в матрицу, разрушая ее, либо перерезает волокна.

III.В результате циклических нагрузок разрушаются волокна

споследующим мгновенным разрушением матрицы.

178

Рис. 31. Фрактографическне снимки изломов композиции (Mg — 8% Li) — У8А, испытанной в условиях усталости

а — X 100; б — X 100; в — X 200 ; a — X 100

Второй механизм наиболее распространен в практике иссле­ дования композиционных материалов (А1 — сталь, Ni—W и т. д.).

При разрушении в условиях циклического нагружения компо­ зиции MgLi — сталь в чистом виде наблюдается первый механизм разрушения. В процессе циклического нагружения матрица дли­ тельный период может работать при амплитуде напряжения около 5 кГ/мм2 (предел циклической прочности матрицы), в этом случае

25 кГ/мм2, что составляет всего половину предела циклической прочности волокон. Таким образом, применение в композите в качестве матрицы материала с низким аш не. дает возможности полностью использовать даже низкие в данном случае усталостные свойства волокон.

179