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

È сталях аустенитно-мартенситного класса упрочнение связанб с мартенситным превращением. Интенсивность образования мар­ тенсита в процессе волочения таких сталей значительно выше, чем при обработке сталей типа 18-8. Одним из перспективных материа­ лов этого класса для производства высокопрочной проволоки яв­ ляется нержавеющая сталь 2Х15Н5АМЗ 128]. Высокое содержание углерода и интенсивное у a -превращение в процессе деформации позволяют получать при пластическом деформировании большие упрочнения, чем для сталей 18-8 (рис. 36). Для производства высоко­ прочной проволоки из стали 2Х15Н5АМЗ применяются комбини­ рованные режимы волочения: процесс разбивается на две стадии — холодное и горячее волочение, причем последовательность и темпе­ ратура последнего могут быть разными (рис. 37, 38).

Наиболее высокие прочностные свойства имеет проволока из стали 2Х15Н5АМЗ после холодного волочения с одним или несколь­ кими промежуточными отпусками. В этом случае прочность прово­ локи достигает 300—320 кГІмм2 (рис. 39). Наиболее благоприятное сочетание прочности и пластичности обеспечивает отпуск при температуре 400—450° С в течение 3—4 ч. Высокие механические свойства проволоки из нержавеющих сталей мартенситного класса достигаются окончательной термической обработкой — закалкой с высоких температур и отпуском.

Влияние температуры отпуска на свойства проволоки из стали 3X13 представлены на рис. 40. Наибольшую прочность имеет про­ волока, отпущенная при 200° С. В процессе отпуска при температу­ рах, не превышающих 500° С, происходит выделение карбидов (Fe, Сг)з С. При более высокой температуре происходит выделение карбида (Fe, Сг)23Св и прочность проволоки резко снижается. К другой группе методов создания непрерывных металлических нитей относятся способы их получения из расплавленного металла

[23, 24].

Б. Непрерывные металлические волокна, получаемые из расплава

Металлические нити, получаемые из расплавов, как правило, обладают низкими прочностными свойствами, но пригодны

методами.

Оригинальным является метод Тейлора, усовершенствованный Улитовским. Суть его заключается в совместной вытяжке нагре­ тых металла и стекла. На первых установках Улитовского неболь­ шое количество металла, запаянное в ампулу из стекла, нагрева­ лось в индукторе до плавления (в этом случае стекло размягчалось), и затем нижняя часть этой ампулы оттягивалась, в образовавшийся капилляр устремлялся металл и получалась металлическая нить

39

Рис. 36 Упрочнение высокопрочных нержа­ веющих сталей в процессе холодного воло­ чения [28]

1 — сталь 2Х15Н5АМЗ: 2 — Х15Н9Ю; 3 —

Х18Н9ТЮ; 4 — Х18Н9Т

Рис. 37. Упрочнение проволоки из стали 2Х15Н5АМЗ в процессе волочения [28]

Волочение: I — холодное (20° С); 2 — при 350° С;

3 — при 540° С

Степень деформации,0/,

Рис. 38. Упрочнение стали 2Х15Н5АМЗ при комишшрованном волочении [28]

Волочение: 1 холодное при 20° С; 2 — при 350° С

Рис. 39. Диаграмма упрочнения стали 2ХІ5Н5АМЗ при волочении с промежуточным и окончательным отпусками [28]

Рис. 40. Изменения механических свойств стали ЗХІЗ от температуры отпуска

[28]

Гзак = 1050° С, время отпуска — 1 ч

Рис. 41. Схемы получения металлических волокон [23]

а — метод экструзии и обдувки: 1 — плавильное устройство, 2 — вентиль, 3 — эжек­ торная труба, 4 — фильера, 5 — струйка расплавленного металла, 6 — сопло; б — цен. тробежиый метод: / — плавильное устройство, 2 — вентиль, 3 — головка, 4 — эжектор­ ная труб'/а, 5 — сопло, 6 — отверстие, 7 — сферическая поверхность, 8 — охлаждающий блок, 9 — электродвигатель, 10 — плита; в — формирование волокон с использованием камеры охлаждения: 1,2 — штуцера, 3 — обогреваемый сосуд, 4 — сопло, 5 — трубка, 6 — вентили, 7 — камера, 8 — вытяжной зонт, 9 — бункер

в стеклянной изоляции. Улитовский механизировал и намотку обра­ зующейся нити с помощью специального устройства с быстровраща­ ющейся катушкой, что впервые позволяло получать проволоку диа­ метром 1—30 мкм и длиной несколько километров. Впервые уста­ новка Улитовского была продемонстрирована в 1958 г. на нацио­ нальной выставке.СССР в Нью-Йорке (США). Метод производства проволок в стеклянной изоляции заинтересовал многих зарубеж­ ных ученых, которые его усовершенствовали (рис. 42). Усовершен­ ствованная установка построена доктором Никсдорфом в Беттелевском институте в г. Франкфурте-на-Майне (ФРГ) [33].

Тщательно была изучена зависимость между диаметром получаю­ щейся проволоки и скоростями вытягивания (рис. 43). Из равен­ ства объемов можно установить зависимость между диаметром про­ волоки d„, скоростью вытяжки Ув, скоростью подачи стержня

41

/ -

Ѵд, м/MUH

Рис. 42. Схема установки для получения металлических волокон в стеклянной изоляции [33]

1 — металлический стержень в стеклянной оболочке; 2 — механизм подачи; 3— радиа­ ционный нлн индукционный нагрев; 4 — намоточное устройство

Рис. 43. Связь между параметрами, определяющими диаметр микропроволоки в стеклянной изоляции [33]

Цифры у крнвых — скорость перемещения стержня, мм!мин

Ум и диаметром заготовки D3

Усовершенствованным методом Улитовского уже получены тонкие проволоки Sn, Pb, As, Ag, Au, Cu, Ni, Co, Fe, Pt, Ir, Mo, Si, Ge, латуни, Cr—Ni-стали, Nb—Sn и т. д.

В целях изучения прочностных свойств волокон стекло удаляли:

После освобождения от стекла пучки металлических волокон име­ ли гладкую поверхность. Указывается, что установка позволяет получать десятки килограммов волокна в день, что открывает оп­ ределенные перспективы для использования его в композитных ма­ териалах. Волокна имели следующую прочность (в кГ/мм2) [33]: олово— 15; серебро — 65; медь — 40; платина — 50; платинародий — 150; железо — 280.

На ряде сплавов устойчиво создавалась прочность от 200 до 300 кГ/мм2, причем разброс ее не превышал 10—15%. Имеются воз-

42

можности поднять эти значения выше 300 кГІмм2. По некоторым сведениям, на отдельных волокнах железа, полученных таким спо­ собом, уже наблюдали прочность, близкую к 1000 кГ/мм2.

Другим интересным свойством этих тонких металлических ни­ тей является изменение их пластичности в зависимости от скорости намотки. Так, для проволоки диаметром 10 мкм из стали типа 18-8 изменение скорости намотки от 300 до 20 м/мин вело к увеличению пластичности от 0 до 37% при, естественно, снижении прочности от ПО до 60 кГІмм2. Микропроволока, получаемая по этому спосо­ бу, сравнительно дешевая, и при усовершенствовании метода есть основание надеяться, что волокна (а таким способом думают по­ лучать даже волокна молибдена) будут конкурировать с усами.

В. Волокна с аморфной структурой

Стеклянные и кремнеземные волокна. Свойство размягченного стекла вытягиваться в волокна было известно еще в древнем Егип­ те; ими украшали кувшины и вазы. В средние века в Венгрии по­ лучали стеклянные цветные волокна путем быстрого растяжения размягченного стеклянного стержня, Но это еще не были настоя­ щие стеклянные волокна. В России патент на производство волокон был взят в 1840 г. (Шамо). В 30-х годах были предложены способы выработки волокна путем вытягивания размягченных концов стек­

волокон диаметром менее 8 мкм.

Большой производительностью отмечается метод изготовления волокна из стекломассы, получаемой при плавлении стеклянного боя в пламенных стеклоплавильных печах (рис. 45). Этим методом получают волокна диаметром 14—30 мкм.

В настоящее время в СССР и за границей распространен про­ мышленный способ выработки непрерывного волокна путем пере­

Теперь имеются печи непрерывного получения стеклянных воло­ кон одностадийным методом. Все операции по дальнейшей пере­ работке волокон в нити механизированы (агрегат СПА). На рис. 46 [34] показана схема одной из основных частей этого аппарата.

Волокна кварца (кремнеземные) впервые были получены около 1840 г. (Годин). Бойс применил эти волокна в торсионных весах. Попытки изготовления кварцевых волокон в промышленном масш­ табе тормозились недостатком стержней из прозрачного кварца без примесей. В настоящее время имеется несколько схем получения непрерывных тонких кварцевых волокон (рис. 47) [23]. Широко

43