Изготовлении конструкций

Армирующие волокна слоя, как отмечалось на с. 48, могут иметь случайный или заданный характер искривлений. Случайные отклонения волокон от прямолинейности возникают в результате технологических несовершенств при изготовлении композиционных материалов [22] (см. рис. 3.8). Заданный характер искривлений обу-

Создание предварительного натяжения арматуры при изготовлении композиционных материалов слоистой структуры способствует некоторому увеличению модулей упругости и прочности в направлениях натяжения. Изменение указанных характеристик, как показано в работах [5, 25], происходит за счет исключения случайных искривлений арматуры в однонаправленных материалах или за счет уменьшения степени искривления у слоистых, изготовленных на основе тканей. Установленные зависимости механических характеристик этих материалов от степени натяжения арматуры, естественно, не идентичны за-

цвета добавляются пигменты. В военных целях, из соображений маскировки, введения пигментов не требуется. Для военных целей обычно требуется огнестойкость материала, которая достигается либо применением специальных хлорендиковых кислот, либо введением таких добавок, как трехокись сурьмы. Огнестойкие смолы из-за повышенной стоимости и трудности получения относительно мало применяются в торговом судостроении. В тех композициях, которые должны обладать более высокими эксплуатационными качествами, более высокой прочностью и стабильностью параметров, применяются эпоксидные смолы. Однако они редко используются при изготовлении обычных низкопрочных композиционных материалов, упрочненных стеклом, в связи с более высокой стоимостью и повышенной опасностью для обслуживающего персонала, а также из-за трудностей при формовании. Эпоксидные смолы находят более широкое применение при изготовлении композиционных материалов с упрочнителями из бора, графита, углерода или высокопрочного стекла — в том случае, когда свойства поверхности раздела волокно — матрица являются определяющими.

тественных» осей, т. е. в направлении нитей, то эти материалы называются ортотропными или прямоугольными. Если в обоих направлениях уложено одинаковое число нитей, то свойства материала в этих направлениях одинаковы, и такой материал называется равновесным (рис. 2, я). В тех случаях, когда число нитей, расположенных в одном направлении, больше, чем в другом, свойства материала в направлении с большим числом волокон выше, чем свойства в другом направлении, и такой материал называется неравновесным, но ортотропным (рис. 2, б). Это справедливо также для армирования однонаправленными тканями. Очевидно, что если используется комбинированная укладка различных слоев, таких, как маты, равновесная и неравновесная ткань, результирующие свойства пластины могут быть не изотропными или ортотропными, а анизотропными. В частности, это справедливо для случая последовательной укладки под произвольными углами друг к другу слоев ткани или волокон при изготовлении композиционных материалов. Эта возможность желаемым образом ориентировать отдельные слои укладки позволяет по мере необходимости варьировать упругими и прочностными свойствами в различных направлениях. В табл. 2 приведены значения механических свойств для ряда комбинаций стекловолокон с различными полимерными матрицами. ^

При изготовлении композиционных материалов очень важно использовать простые процессы производства, особенно в тех случаях, когда требуются материалы с улучшенными характеристиками. На рис. 4 показана типичная многосекционная пресс-форма для изготовления полос из углепластика. Эти полосы можно затем применять для выборочного упрочнения более дешевых полуфабрикатов, например, изготовленных методом пультрузии (см. рис. 1). Такой способ использования углепластиков обеспечивает дополнительную прочность балок и дает возможность достичь такой прочности, которая могла бы быть у материала, упрочненного углеродным волокном по всему объему. К тому же, большинство конструкторов и производственников знакомо с применяемой технологией соединения деталей.

При изготовлении композиционных материалов в качестве одного из методов создания композиции применяется оболочковая технология получения и наращивания материала матрицы на углеродных волокнах, связанная в дальнейшем с горячим прессованием [4]. В этом плане важно изучить процессы, связанные с осаждением металлических покрытий на углеродные волокна, и роль этих покрытий при изготовлении композиционных материалов.

ется одной из основных причин весьма ограниченной применяемости данного метода при изготовлении композиционных материалов.

Как было отмечено выше, при изготовлении композиционных материалов методом диффузионной сварки под давлением матрица применяется чаще всего в виде фольги. Поверхность фольги из металлов и сплавов может быть загрязнена различными смазками, применяемыми в процессе ее изготовления, может быть

При изготовлении композиционных материалов различными методами значительный объем применяемых предварительных заготовок составляют заготовки, полученные из моноволокон. Одним из методов получения таких заготовок является метод намотки волокна на оправку и закрепления его либо нанесением на волокно слоя матрицы, либо проклеиванием его легко выгорающими и не загрязняющими матрицу клеями. Такая технология позволяет зафиксировать волокно в положении, достигнутом намоткой на прецизионных намоточных машинах, и, в случае нанесения слоя матрицы, связать вместе волокна и матрицу.

Оценивая положительные стороны и недостатки процессов обработки давлением, можно сделать вывод, что эти процессы применимы к большинству сочетаний матрица — упрочнитель в металлических композиционных материалах, однако требуют специального подхода при определении параметров процесса, таких как температура, степень деформации за проход и общая степень деформации, количество упрочнителя в материале и направление деформации относительно его укладки, количество проходов, соотношение пластичности матрицы и упрочнителя и др. Эти обстоятельства, по-видимому, являются причиной того, что процессы обработки давлением пока еще не нашли широкого применения при изготовлении композиционных материалов и полуфабрикатов из них и находятся в стадии лабораторных исследований. В настоящем разделе будут рассмотрены примеры изготовления композиционных материалов методами прокатки, прессования (экструзии), волочения.

В качестве исходных материалов используют металлические или металлокерамические порошки, образующие матрицу, и армирующие волокна в виде непрерывных или дискретных волокон, либо в виде металлических сеток. Оборудование, применяемое при изготовлении композиционных материалов, как правило, существенно не отличается от оборудования, применяемого в порошковой металлургии. В основном это разного типа вибрационные столы для уплотнения смеси, прессы, печи для спекания и др.

Электрошлаковую сварку широко применяют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При этом равнопрочность сварного соединения достигается за счет легирования металла шва через электродную проволоку и перехода элементов из расплавляемого металла кромок основного металла. Последующая термообработка, помимо снижения остаточных напряжений, благоприятно влияет и на структуру и свойства сварных соединений.

Высоколегированные стали и сплавы по сравнению с менее легированными обладают высокой хладостойкостыо, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Эти важнейшие материалы для химического, нефтяного, энергетического машиностроения и ряда других отраслей промышленности используют при изготовлении конструкций, работающих в широком диапазоне температур: от отрицательных до положительных. Несмотря на общие высокие свойства высоколегированных сталей, соответствующий подбор состава легирования определяет их основное служебное назначение. В соответствии с этим их можно разделить на три группы: коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие (окалиностойкие). Благодаря их высоким механическим свойствам при отрицательных темнературах высоколегированные стали и сплавы применяют в ряде случаев и как хладостойкие.

Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкций. Качественно выполненное сварное соединение должно по меньшей мере обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).

Непосредственная дуговая сварка стыковых соединений с полным пропдавле-нием всего сечения профильных элементов требует высокой квалификации сварщика и тщательного контроля. При изготовлении конструкций, работающих под статической нагрузкой, часто применяют соединения с накладками, приваренными к соединяемым элементам угловыми швами. Такое соединение технологически проще, хотя и требует дополнительного расхода металла. Для конструкций, работающих под вибрационной нагрузкой, соединения с накладками непригодны.

Цр функциональному признаку различают прочные швы, применяемые в силовых конструкциях, и прочноплотные швы, обеспечивающие наряду с восприятием сил герметичность соединения и применяемые при изготовлении конструкций резервуарпого типа. Для прочноплотных швов применяют заклепки с усиленными головками, обычно с коническими подголовками, обеспечивающими герметичность посадки заклепки в отверстии. Заклепки в прочноплотных соединениях, работающих при высоких температурах, ставят в горячем состоянии независимо от толщины склепываемых деталей. Швы обычно делают двух- или трехрядными.

В настоящее время этот процесс сварки получил очень широкое применение при изготовлении конструкций низкоуглеродистых низколегированных, среднелегированных и высоколегированных сталей при высоком качестве сварных соединений. В последние годы разработаны способы газовой защиты с применением различных газовых смесей (Аг + Не, Аг + О2, Аг + СС>2, СО2 + О2 и др.), что расширяет сварочно-технологические и металлургические возможности данного метода сварки. По объему применения сварка в СО2 составляет 90%, в аргоне — 9% и в смесях газов— 1%.

лов безотносительно к их применению для изготовления какого-либо вида сварных конструкций. Пробы отраслевого назначения оценивают материалы в условиях, максимально приближенных к конструктивным, технологическим и климатическим условиям изготовления сварных конструкций определенного вида. С их помощью окончательно выбирают материалы и технологию, обеспечивающие отсутствие трещин при изготовлении конструкций.

Для заключительного контроля качества при изготовлении конструкций и последующей диагностике технического состояния применяют различные методы. Их можно разделить на три основные группы:

ного бетона и ж.-б. и О. для сборного ж.-б. Для получения монолитных элементов О. устанавливают непосредственно на строит, площадке и после затвердевания бетона удаляют. Для возведения высоких сооружений с вертикальными стенами применяют подвижные (скользящие) О., стенки к-рых скрепляются домкратными стержнями, служащими направляющими для подъёма формы при бетонировании. О. для сборного ж.-б. применяется при изготовлении конструкций и деталей в условиях заводского произ-ва и на приобъектных полигонах или непосредственно на месте монтажа конструкции (для нетранспортабельных крупногабаритных элементов). См. рис.

Для заключительного контроля качества при изготовлении конструкций и последующей диагностике технического состояния применяют различные методы. Их можно разделить на три основные группы:

Практическое развитие идеи повышения высотности силовых установок самолетов позволило достигнуть больших скоростей полета на возрастающих высотах при неизменном максимальном скоростном напоре. Но возникающий при этом интенсивный нагрев передних кромок крыла и воздухо-заборных устройств от трения пограничного слоя, окутывающего обтекаемую воздухом поверхность самолета, а также нагрев элементов конструкции от горячих частей турбореактивного двигателя (особенно — от форсажной камеры) заставили искать способы тепловой защиты летчика и специального оборудования и вести поисковые разработки теплостойких конструкций планеров самолетов, двигателей и бортовых систем. Уже на самолете МиГ-19 были применены высокопроизводительные турбохолодиль-ные агрегаты для кондиционирования воздуха в кабине летчика. В дальнейшем мощные турбохолодильные агрегаты стали использоваться для охлаждения нетеплостойкого оборудования в приборных отсеках. Кроме того,, при изготовлении конструкций планера начали применяться специальные высокопрочные и жаропрочные сплавы вместо традиционных дюралевых сплавов.