Боралюминиевого композиционного

ных в сечении, изготовленных из алюминиевого сплава, упрочненного борным волокном. Профиль длиной 457 мм применяется для усиления боралюми-ниевой панели (рис. 2). Панель и профиль изготовлены из алюминиевого сплава 6061, содержащего 45% борных волокон диаметром 0,14 мм, и соединены точечной сваркой. Отличные усталостные свойства боралюминиевых композиционных материалов и предел выносливости, составляющий 70— 80% от прочности при статических испытаниях, дают возможность приме-

ТИПИЧНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ БОРАЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ТИТАНОМ [149], ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Рис. 87. Термическое расширение боралюминиевых композиционных материалов:

Современная технология изготовления конструкций из алюминиевых сплавов и большие успехи их широкого промышленного применения служат хорошей основой для создания и использования боралюминиевых композиционных материалов.

Технологический процесс соединения готового композиционного материала алюминий — бор основан на соединении алюминия, поскольку никакого соединения борных волокон между собой не предполагается. Результаты исследований соединений боралюминиевых композиционных материалов, опубликованные в литературе, были выполнены Флеком и др. [28], Вейзингером [94], Брейненом и Крейдером [12] и Хэршем и Даффи [38]. Все усилия в этих работах были направлены на получение соединений матрицы, обладающих высокой прочностью на срез, без ухудшения механических свойств композиционного материала. Поскольку технология соединения алюминия достаточно хорошо разработана, а термодинамические условия, при которых происходит разупрочнение волокна известны, пути решения проблемы соединения ясны.

Безфлюсовая пайка боралюминиевых композиционных материалов в печи может быть осуществлена по стандартным технологическим режимам, применяемым при пайке алюминиевых сплавов, если при этом не происходит разупрочнения волокна. Стандартная технология заключается в помещении между соединяемыми деталями припоя в виде фольги и пайке в печи при наличии давления, обеспечивающего хороший контакт. При пайке материала с волокном борсик и матрицей из сплава 6061 или 1100 в качестве припоя может применяться фольга сплава 713 (А1— 7% Si) или 718 (А1 — 12% Si), поскольку процесс пайки при температуре 590—610° С не приводит к разупрочнению волокна. Борное волокно при этих температурах разупрочняется в течение .нескольких минут. Другие сплавы-припои, имеющие более низкие температуры плавления, такие, как 719 (А1 — 2,5% Си—9,5% Si), более перспективны, особенно если они изготовляются в виде фольги.

Предел прочности при растяжении в продольном направлении. Высокий предел прочности боралюминиевых композиционных материалов связан с высокой прочностью упрочняющих волокон. Другие факторы, такие, как состав матрицы, остаточные напряжения, также важны, однако имеют меньшее значение.

Ползучесть и длительная прочность вдоль оси укладки волокон боралюминиевых композиционных материалов, упрочненных однонаправленным волокном, выше, чем у всех известных конструкционных сплавов, при температурах вплоть до 500° С. Как чказывали Эллисон и Бун [27], это является результатом исклю-щтельно высокого сопротивления ползучести самого борного волокна. Эти авторы показали, что заметной ползучести борного волокна не наблюдается при температурах вплоть до 650° С и что

Образцы боралюминиевых композиционных материалов испытывались на усталость под действием консольного изгиба [50, 52, 56, 62, 63, 86, 80, 78]. Преимущество первого типа испытаний заключается в возможности исследования влияния напряжений сжатия и растяжения без потери устойчивости образца. Однако недостатки, заключающиеся в неоднородности напряженного состояния, наряду с трудностью определения критерия разрушения, затрудняют интерпретацию полученных результатов. Обсуждаемые ниже данные были получены при усталостных испытаниях в осевом направлении, без учета этих недостатков.

В предыдущих разделах было показано, что конструкционные свойства боралюминиевых композиционных материалов резко па-

Создание деталей и узлов конструкций из боралюминиевых композиционных материалов требует специального подхода при конструировании. До сих пор конструирование боралюминия развивалось преимущественно в трех основных направлениях, требующих несколько различного подхода: 1) детали сложной формы, получаемые диффузионной сваркой в пресс-формах соответствующей конфигурации; 2) крупные панели, изготовляемые сваркой при низком давлении или ступенчатым прессованием и 3) балки и элементы жесткости большой длины.

Если волокна однонаправленного композиционного материала ориентированы под углом по отношению к оси стержня, то соотношение дисперсии изменяется в зависимости от угла. Это явление иллюстрируется рис. 10 на примере боралюминиевого композиционного материала.

такие трубы из боралюминиевого композиционного материала с титановыми фитингами должны сэкономить свыше НО кг.

Внутреннюю полку шпангоутов фюзеляжа можно усилить, присоединяя механически многослойные трапециевидные полосы боралюминиевого композиционного материала. На этом можно сэкономить около 36 кг. Конструкция верхней поверхности крыльев является критичной с точки зрения жесткости. Здесь при замене алюминия шляповидными в сечении боралюминиевыми элементами жесткости можно сэкономить примерно 45 кг.

Рис. 15. Микроструктура боралюминиевого композиционного материала (поперечный разрез); ХЮО

с металлической матрицей, полученные с использованием указанных выше армирующих упрочнителей, описаны ниже. На рис. 15 приведена микроструктура боралюминиевого композиционного материала, содержащего 45—50 об. % борного волокна диаметром 100 мкм, достаточно равномерно расположенного в алюминиевой матрице. Наблюдаемые трещины в некоторых волокнах появились, по-видимому, в процессе изготовления шлифа. В центре волокна четко виден сердечник, состоящий из борида вольфрама. На рис. 16 приведена микроструктура углеалюминиевого композиционного материала, в которой видно равномерное распределение углеродных волокон типа ВМН (с прочностью 200 кгс/мм2 и модулем упругости 24 000 кгс/мм2). При увеличении 650 отсутствуют видимые следы взаимодействия. Материал получен пропиткой каркаса углеродных волокон матричным алюминиевым расплавом под давлением 50 кгс/см2. На рис. 16, б при увеличении 1350 в том же материале видны следы взаимодействия в виде игольчатых

Один из таких автоклавов, применявшийся для изготовления полуфабрикатов в виде профилей различного сечения из боралю-миниевого композиционного материала, описан в работе [186]. Этот автоклав, способный развивать давление до 17,5 кгс/см2, снабжен приспоблением, позволяющим вдвигать в него и выдвигать из него печь. Рабочее пространство печи таково, что в ней можно обрабатывать заготовки размерами 1500x1800 мм. Печь имеет шесть зон нагрева, каждая из которых регулируется по самостоятельной программе, обеспечивающей заданный температурный режим по скорости нагрева, температуре и времени выдержки. Печь снабжена 24 термопарами. Шесть из них используются для регулирования и контроля цикла нагрева, а остальные — для контроля температурного поля во всем рабочем пространстве печи. Оснащенная термопарами и загруженная заготовками печь вдвигается в автоклав, автоклав герметизируется и ваку-умируется до давления 1х10~2 мм рт. ст., заполняется аргоном и снова вакуумируется. Эта операция повторяется до 3 раз. Затем в автоклаве создается давление до 17,5 кгс/см2 и включается нагрев печи. Скорость нагрева при изготовлении полуфабрикатов из боралюминиевого композиционного материала составляла ~ 18° С/мин, а максимальная температура 554—571° С. После выдержки при указанной температуре изделие охлаждалось в автоклаве под давлением до температуры 150° С.

По данным [108] применение боралюминиевого композиционного материала в конструкции центральной части фюзеляжа

Фирма «Норз Америкэн Рокуэлл» оценивала возможность применения боралюминия в кабинах пилотируемых аппаратов для элементов жесткости панелей с солнечными генераторами энергий, кожухов, юбок ракетного двигателя, удлинителей, промежуточных конструкций между ступенями баллистических ракет. Эта фирма исследовала возможность применения бор-алюминия для панелей, расположенных вблизи отсека технического обслуживания системы управления двигателями космического корабля «Аполлон». Была показана перспектива использования этого материала с предварительно нанесенным на него покрытием, имеющим низкую излучательную способность, или с полированной поверхностью. Расчеты показывают, что применение боралюминиевого композиционного материала в виде панелей фюзеляжа размером 1200X1500 мм, состоящих из одиннадцати стрингеров и обшивки, в орбитальной ступени космического летательного аппарата (КЛА) позволило бы уменьшить ее массу на ~1200 кг [147]. Перспективным является применение боралюминия в силовом наборе крыла и топливного бака орбитальной ступени КЛА, в малогабаритных сосудах для газа высокого давления (более 200 кгс/см2), предназначенных для контроля положения космического летательного аппарата «Шаттл» в пространстве и обеспечения дополнительной тяги, что позволяет снизить массу конструкции на 25—35%. По данным Фореста и Кристиана перспективно также применение боралюминия в трубчатой конструкции антенны диаметром 30 м, предназначенной для исследования космического пространства, обеспечивающее снижение массы на 50%.

71. Светлов И. Л., Чубаров В. М., Булыгина Т. И. Прочность при растяжении однонаправленного боралюминиевого композиционного материала. — В кн.: Композиционные металлические материалы. М., ОНТИ, 1972, с. 82—90.

Рис. 6. Поверхность разрушения боралюминиевого композиционного мате риала с матричным сплавом 6061. Волокна диаметром 150 мкм

Первая попыка создания этой композиции принадлежит Хар-ригану [35], применившему для получения материала метод диффузионной сварки. В работе были использованы углеродные моноволокна большого диаметра типа Хок с пределом прочности около 2 ГН/м2 (204 кгс/мм3), обеспечивающим получение расчетных значений прочности композиционного материала, показанных на рис. 54. Углеродные моноволокна наматывали на бериллиевую фольгу, закрепленную на барабане, разрезали полученный полуфабрикат и получали пакет требуемых размеров. Затем укладывали пакет в пресс-форму и осуществляли процесс диффузионного соединения элементов пакета. Таким образом, процесс получения композиции на основе бериллия был аналогичен процессу получения листового боралюминиевого композиционного материала.

Источник: https://al-solution.ru/

Рекомендуем ознакомиться:

Бесперебойного снабжения

Бактерицидная облученность

Бездефектного изготовления

Безмоментного состояния

Безопасное производство

Безопасному обслуживанию

Безопасность трубопроводов

Безопасности оборудования

Безопасности проведения

Безопасности учитывающий

Безотказности долговечности

Безразмерный позиционный

Меню:

Главная страница Термины