Материалах обладающих

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

В композиционных материалах, изготовленных на основе вискеризован-ных волокон с различной их ориентацией, структурные элементы (слои) выделяются плоскостями, проходящими параллельно плоскости укладки волокон, выбор плоскости деления материала на слои не зависит от характера расположения нитевидных кристаллов. Упаковка кристаллов отражается только на свойствах модифицированной матрицы, т. е. материалы с хаотической ориентацией нитевидных кристаллов перпендикулярно направлению армирующих волокон содержат слои с модифицированной транстропной матри-

Свойства углерод-углеродных материалов 3D с высокой плотностью (табл. 6.22) представляют практический интерес. Данные получены на композиционных материалах, изготовленных из тканых каркасов на основе высокопрочных и высокомодульных волокон типа Т-50. Распределение волокон по направлениям х, у, г составляло 1:1:3; плотность каркаса — 0,75 г/см3. В качестве исходной матрицы служил каменноугольный пек. Пропитки и уплотнение осуществлялись методом высокого давления: за четыре цикла карбонизации и графитизации при давлении 103,4 МПа и 650 °С, затем графитиза-ция при 2650 °С. Композиционные материалы имеют высокие механические свойства при растяжении и ежа-

Свойства модифицированной матрицы. Эффект упрочнения матрицы нитевидными кристаллами был исследован на материалах, изготовленных на основе эпоксидного связующего, армированного четырьмя типами нитевидных кристаллов. Материалы, армированные нитевидными кристаллами ТЮ2 и Si3N4, получали методом

Упругие свойства композиционных материалов, изготовленных на основе нитевидных кристаллов, так же как и свойства материалов на основе непрерывных волокон, линейно зависят от их объемного содержания. Это иллюстрируют типичные зависимости изменения модуля упругости материалов с хаотическим распределением нитевидных кристаллов в плоскости ху от их объемного содержания цкр (рис. 7.3). Данные получены на композиционных материалах, изготовленных на основе нитевидных кристаллов A1N и ТЮ2. На каждую точку испытано по шесть образцов. Коэффициент вариации значений модуля упругости для обоих типов материалов не превышал 6 %. Экспериментальные значения модуля упругости хорошо согласуются с его расчетными значениями, вычисленными по формулам (7.2)— (7.9). Хорошее совпадение опытных и расчетных значений наблюдается также и для других упругих характеристик.

Макронапряжения можно определять, используя слоистую теорию в форме, учитывающей температурные напряжения [17, 19J. Эти напряжения необходимо рассчитать и суммировать с напряжениями от действующей нагрузки. В противном случае слоистый композит разрушится при напряжениях, значительно меньших расчетных, определенных без учета остаточных напряжений. Межслойные трещины, инициированные остаточными напряжениями, можно наблюдать в материалах, изготовленных из высокомодульных волокнистых графитопластиков [65].

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

В композиционных материалах, изготовленных на основе вискеризован-ных волокон с различной их ориентацией, структурные элементы (слои) выделяются плоскостями, проходящими параллельно плоскости укладки волокон, выбор плоскости деления материала на слои не зависит от характера расположения нитевидных кристаллов. Упаковка кристаллов отражается только на свойствах модифицированной матрицы, т. е. материалы с хаотической ориентацией нитевидных кристаллов перпендикулярно направлению армирующих волокон содержат слои с модифицированной транстропной матри-

Свойства углерод-углеродных материалов 3D с высокой плотностью (табл. 6.22) представляют практический интерес. Данные получены на композиционных материалах, изготовленных из тканых каркасов на основе высокопрочных и высокомодульных волокон типа Т-50. Распределение волокон по направлениям х, у, г составляло 1:1:3; плотность каркаса — 0,75 г/см3. В качестве исходной матрицы служил каменноугольный пек. Пропитки и уплотнение осуществлялись методом высокого давления: за четыре цикла карбонизации и графитизации при давлении 103,4 МПа и 650 °С, затем графитиза-ция при 2650 °С. Композиционные материалы имеют высокие механические свойства при растяжении и ежа-

Свойства модифицированной матрицы. Эффект упрочнения матрицы нитевидными кристаллами был исследован на материалах, изготовленных на основе эпоксидного связующего, армированного четырьмя типами нитевидных кристаллов. Материалы, армированные нитевидными кристаллами ТЮ2 и Si3N4, получали методом

Упругие свойства композиционных материалов, изготовленных на основе нитевидных кристаллов, так же как и свойства материалов на основе непрерывных волокон, линейно зависят от их объемного содержания. Это иллюстрируют типичные зависимости изменения модуля упругости материалов с хаотическим распределением нитевидных кристаллов в плоскости ху от их объемного содержания цкр (рис. 7.3). Данные получены на композиционных материалах, изготовленных на основе нитевидных кристаллов A1N и ТЮ2. На каждую точку испытано по шесть образцов. Коэффициент вариации значений модуля упругости для обоих типов материалов не превышал 6 %. Экспериментальные значения модуля упругости хорошо согласуются с его расчетными значениями, вычисленными по формулам (7.2)— (7.9). Хорошее совпадение опытных и расчетных значений наблюдается также и для других упругих характеристик.

Чтобы получить тончайшую проволоку из меди, бронзы, вольфрама и других металлов, применяют технологию протягивания (волочения) проволоки сквозь отверстия очень малого диаметра. Эти отверстия (каналы волочения) высверливают в материалах, обладающих особо высокой твердостью, например в сверхтвердых сплавах и алмазах. Поэтому лучше всего протягивать тонкую проволоку сквозь отверстие в алмазе (сквозь так называемые алмазные фильеры). Алмазные фильеры позволяют получать проволоку диаметром всего 10 мкм. Для сверления одного отверстия в алмазной фильере механическим путем требуется до 10 ч.

чать поведение микротрещин in situ, т.е. непосредственно в колонне микроскопа. Микромеханика находится еще в начальной стадии своего развития, в то время как механика сплошной среды и механика разрушения (являющаяся составной ее частью) уже достигла большого развития. Линейная механика разрушения рассматривает материал как сплошную, однородную, упругую среду и пользуется аппаратом классической линейной теории упругости. Это направление в механике разрушения получило название линейной механики разрушения. В материалах, обладающих пластичностью во многих случаях, упругое поведение локальных атомов у края трещины не реализуется. Теорией распространения трещин в пластичных материалах занимается нелинейная механика разрушения.

В настоящее время все больше возрастает потребность в новых материалах, обладающих специфическими свойствами и способных работать в экстремальных условиях.

ния. Имеются данные, что у нек-рых титановых сплавов выносливость после шлифования ниже, чем после точения (рис. 12). Операция шлифования, особенно в материалах, обладающих малой теплопроводностью, может привести к возникновению в поверхностном слое остаточных растягивающих напряжений и шлифовочных трещин, что вызывает снижение усталостной прочности. Чувствительность материала к механич. обработке проявляется тем сильнее, чем крупнее образец или деталь. Чистота поверхности особенно сильно сказывается при симметричных циклах.

работы перерождается, превращается из волокнистого в зернистый, как бы «устает». На самом деле в условиях переменности напряжений в материале изделия образуются поперечные, невидимые на глаз зародышевые трещины, постепенно разрастающиеся и объединяющиеся в макротрещину, проникающую в глубь изделия. Берега трещины, надавливая друг на друга, в процессе переменности напряжений оказываются притертыми — гладкими. Поперечное сечение элемента постепенно уменьшается и доходит до таких размеров, при которых напряжения в материале достигают предела прочности, вследствие чего происходит разрушение. У дна трещины, являющейся по форме как бы очень острым надрезом, возникает резкая концентрация напряжений, влекущая за собой локализацию разрушения и стеснение развития пластических деформаций 1). Этим объясняется хрупкий характер окончательного разрушения даже в материалах, обладающих в иных условиях высокой пластичностью. Избирательный характер деформаций и разрушения от усталости — сосредоточение их в очень локальной области вблизи максимальной концентрации напряжений — отличает деформацию и разрушение в условиях усталости от таковых при однократном нагружении. В изломе детали, разрушившейся от усталости, имеются две ярко выраженные зоны: наружная — область трещины, — гладкая, блестящая, с притертыми поверхностями берегов трещины; внутренняя — область окончательного хрупкого разрушения, с характерным для хрупкого разрушения зернистым изломом. Усталость материала является грозным явлением, могущим привести к весьма опасным катастрофам, если не принять меры, обеспечивающие невозникновение ее. Эти меры обеспечивают непревышение (с некоторым коэффициентом запаса) максимальными местными напряжениями предела выносливости. Таким образом, необходимо, с одной стороны, снижать максимальные местные напряжения, а с другой — повышать предел выносливости материала. Снижение максимальных местных напряжений обеспечивается приданием элементу формы, не вызывающей больших концентраций напряжений, приданием поверхности изделия гладкости. Даже след от резца, обрабатывающего изделие, у дна которого образуется концентрация напряжений, может явиться началом образования трещины усталости. Повышение предела выносливости достигается применением высокопрочных материалов и (или) средств, упрочняющих поверхность изделия: химико-термической обработкой поверхности, поверхностной закалкой, механической обработкой поверхности дробеструйным способом, накатки роликами и т. п.

Магнитные и электрические методы дефектоскопии. Магнитные методы контроля качества продукции применяются для обнаружения поверхностных и скрытых дефектов в материалах, обладающих положительной магнитной восприимчивостью. Магнитные методы дефектоскопии основаны на свойстве металла быстро намагничиваться и размагничиваться или создавать разную магнитную индукцию в местах дефекта. Поэтому наиболее успешно эти методы применяются для ферромагнитных материалов с большой магнитной проницаемостью и менее — для парамагнитных тел, так как в этом случае магнитное насыщение наступает в полях чрезвычайно большой напряженности. Материалы с отрицательной магнитной восприимчивостью не подвергаются магнитным методам контроля.

Краевой эффект времени наблюдается непосредственно у края модели в виде полос интерференции, которые в материалах, обладающих значительным краевым эффектом, образуются в течение 1—3 часов после вырезки модели и развиваются со временем от края на глубину до толщины модели. Развитие краевого эффекта времени в модели предотвращается устранением вла-гообмена между материалом по обработанной поверхности модели и средой.

попадание инструмента в нарезаемое отверстие, диаметр переднего торца заборной части делается для метчиков меньше внутреннего диаметра резьбы, а для плашек — больше наружного диаметра резьбы при диаметре резьбы d s? 18 мм на 0,1 — 0,15 мм, d = 20 f--4- 39 мм на 0,2—0,25, d = 42ч- 52 мм на 0,30—0,36. Уменьшение угла заборной части аналогично уменьшению угла в плане ф токарного резца ведет к снижению нагрузки на единицу длины режущего лезвия. Однако оно вызывает уменьшение толщины среза, а малые значения толщины среза при резьбонарезании ведут к ухудшению условий резания. Для нарезания сквозных резьб в жаропрочных сплавах ф = 2°20'. Улучшение обрабатываемости при резьбонарезании за счет увеличения толщины среза в 2 раза при прочих равных условиях обеспечивают метчики с шахматным расположением зубьев. Это достигается удалением половины общего числа зубьев через один по подъему резьбы и дает положительные результаты при нарезании сквозных резьб в жаропрочных материалах, обладающих повышенной вязкостью, или при нарезании отверстий с большой относительной длиной — более 1,5 d.

При подготовке инженеров-механиков специализации 170506 «Техника антикоррозионной защиты оборудования и сооружений» важнейшей составляющей ядра знаний являются сведения о конструкционных материалах, обладающих повышенной коррозионной стойкостью в средах различной агрессивности. Владение этими сведениями позволяет выпускникам специализации осуществлять грамотный, с научной точки зрения, подбор материалов для создания ответственных металлоконструкций или использовать детали и узлы оборудования, выполненные из материалов повышенной коррозионной стойкости. Поэтому курс «Коррозионностойкие стали и сплавы», читаемый студентам УГНТУ по кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» в 9 семестре, является одним из базовых предметов специализации.

приводит к возрастанию потребности в материалах, обладающих

В первых разделах этой главы в общих чертах описываются •основные магнитные свойства аморфных металлических материалов. Далее упор будет сделан на аморфных ферромагнитных материалах, обладающих одним важным отличительным свойством — высокой магнитной проницаемостью, т. е. на магнитномягких аморфных сплавах. Поскольку существенную роль здесь играют процессы намагничивания, особое внимание будет уделено рассмотрению доменной структуры аморфных металлов, явлениям магнитострикции и магнитной анизотропии. Наконец, будет дан краткий анализ магнитных свойств с точки зрения практического использования аморфных металлических материалов.