ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3. ВОЛОКНИСТЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Цель работы: изучение структуры и состава волокнистых КМ.
Задание: изучить строение, виды и свойства волокнистых КМ.
В волокнистых КМ упрочнителями служат волокна или нитевидные
кристаллы чистых элементов и тугоплавких соединений (В, С, А1
2
0
3
, SiC и др.),
а также проволока из металлов и сплавов (Mo, W, Be, высокопрочная сталь и
др.).
Для армирования КМ используют непрерывные дискретные волокна
диаметром от долей до сотен микрометров.
При упрочнении волокнами конечной длины нагрузка на них передается
через матрицу с помощью касательных напряжений. В условиях прочного (без
проскальзывания) соединения волокна с матрицей нагрузка на волокна при
растяжении равна тж-d-l, где т - касательное напряжение, возникающее в
матрице в месте контакта с волокном; d - диаметр волокна; / -длина волокна.
С увеличением длины волокна повышается возникающее в нем напряжение.
При определенной длине, называемой критической, напряжение достигает
максимального значения. Оно не меняется при дальнейшем увеличении длины
Рис. 3.1. Теоретическая зависимость эффективного упрочнения КМ от соотношения Ш
упрочнителя
16
29
волокна. Определяют
из равенства усилий в матрице на границе с волокном
и в волокне с учетом симметричного распределения в нем напряжений:
1 еоретические расчеты, подтвержденные практикой, показывают, что
чем тоньше и длиннее волокно, а точнее, чем больше отношение длины к
диаметру, тем выше степень упрочнения
КМ (рис. 3.1). В качеств<
матриц металлических КМ используют металлы: алюминий, магний и титан,
жаропрочный никель и сплавы на их основе; для неметаллических КМ -
полимерные, углеродистые, керамические материалы.
Применение в качестве матрицы сплава (например, В95), упроченного
термообработкой (закалка и старение), дает дополнительный эффект
упрочнения КМ. Механические свойства КМ алюминиевый сплав - 50 %
объема борные волокна без термической обработки (числитель) и после нее
(знаменатель) приведены ниже:
Примечание. Временное сопротивление матрицы
до термической обработки составляло 130 МПа, после - 320 МПа.
Видно, что в направлении оси волокон эффект упрочнения невелик, тогда
как в поперечном направлении, где свойства определяются в основном
свойствами матрицы, он достигает 50 %.
Наиболее дешевым, достаточно эффективным и доступным армирующим
материалом является высокопрочная стальная проволока. Например,
армирование технического алюминия проволокой из стали ВНС9 диаметром
0,15 мм
увеличивает его
в 10-12 раз при содержании волокна
25 % объема, после чего
достигает соответственно 1000-1200 и 1450 МПа.
Если для армирования использовать проволоку меньшего диаметра, т. е.
КМ увеличится до 1750 МПа. Таким
большей прочности
ооразом, алюминии, армированной стальной проволокой (iS—41) % ооъема), по
основным свойствам значительно превосходит даже высокопрочные
алюминиевые сплавы и выходит на уровень соответствующих свойств
титановых сплавов. При этом плотность композиций находится в пределах
3,9...4,8 т/м
3
.
Упрочнение алюминия и его сплавов более дорогими волокнами В, С,
повышает стоимость КМ, но при этом улучшаются некоторые его
на прочность и жесткость композиции «алюминий-бор»
свойства. Например, при армировании борными волокнами модуль упругости
увеличивается в 3-4 раза, углеводородные волокна способствуют снижению
плотности. На рис. 5.1 показано влияние объемного содержания волокон бора
Бор мало разупрочняется с повышением температуры, поэтому КМ,
армированные борными волокнами, сохраняют высокую прочность до 400-
500 °С. Промышленное применение нашел материал ВКА-1, содержащий 50 %
объема непрерывных высокопрочных и высокомодульных волокон бора.
По модулю упругости и временному сопротивлению в интервале 20-500 °С он
превосходит все стандартные алюминиевые сплавы, в том числе
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- …
- следующая ›
- последняя »
