Материалов использование

Цирконий как легирующий элемент в литейном производстве пока применяется редко. В основном его используют как модификатор: например, при выплавке жаропрочных сталей его добавка в количестве 0,3 - 0,4% в состав стали 40Х5МФЧЮРЛ (применяемой для изготовления пресс-форм) значительно улучшает ее литейные свойства. При выплавке стали в качестве легирующих материалов использовали ферросиликоцирконий ФЦ5.

В качестве наносимых материалов использовали: алюминиевый порошок фракции 45-60 мкм и порошок окиси алюминия фракции 26—28 мкм.

Более подробные сведения о влиянии структуры армирования на формирование упругих свойств материалов содержатся в табл. 6.6. Было исследовано два вида структур [28] — ортогонально-армированная в трех направлениях и с переменной укладкой по толщине. Композиционные материалы были изготовлены методом пропитки каменноугольным пеком и газофазным насыщением (с пироуглероднои матрицей); их исходные данные собраны в табл. 6.7. Всего исследовано четыре типа материалов. Причем первый из них имел два варианта (А и Б) одинаковой структуры, различие состояло только в характере распределения волокон по направлениям армирования. Материал типа 2 имел ортогональное расположение волокон по трем направлениям и одинаковое их объемное содержание, но его изготовление проходило без повторной графитизации. Структура армирования материала типа 4 отличалась от первых трех тем, что угол укладки волокон в плоскости ху изменялся по толщине, т. е. каждый последующий слой по отношению к предыдущему поворачивался на угол 60е. Паке^т таких слоев пронизывался перпендикулярно плоскости ху волокнами направления 2. В качестве арматуры для всех исследованных материалов использовали углеродные волокна.

Коррекция при учете изгиба. Теория, описанная в разделе IV.Б.2, была использована для предсказания разрушающей нагрузки в нескольких экспериментально исследованных типах соединений. При оценке прочности клеевого слоя и изотропных склеиваемых материалов использовали критерий максимальных напряжений. При оценке прочности композитов применяли критерий максимальных деформаций. Эти критерии были включены в вычислительную программу.

Для изучения характеристик скольжения и истирания высокотемпературных материалов использовали графит 56НТ, облученный потоком нейтронов до 1,6-1019 нейтрон/см2 при 425 и 650°С [131]. Облучение не оказало сколько-нибудь значительного влияния на коэффициент трения между графитом и'сплавом инконель X, испытанными при четырех температурах в интервале 25—540°С. Истирание облученного и необлученного графита за период испытания в течение 1000 циклов незначительно отличалось.

В качестве шихтовых материалов использовали спеченный ниобий в виде штабиков, титан и цирконий в виде прутков, полученных иодидным методом, ванадий и вольфрам в виде спеченных штабиков и листовой тантал. Выплавку проводили в дуговой вакуумной печи и в печи с расходуемым электродом в вакууме. Масса слитков 5 кг.

В качестве исходных материалов использовали порошок алюминиевого сплава 6061 с размером частиц не более 400 меш, волокна борсик диаметром 145 мкм с прочностью 280 кгс/мм2 и модулем упругости 40,5-103 кгс/мма и нитевидные кристаллы (J—•

Чего только не предлагали изобретатели! Набирали пластинчатые уплотнения из ряда отдельных элементов, каждый из которых имел отдельную пружину. Применяли разнообразные пары сопрягающихся материалов. Использовали для уплотнения жидкость, под влиянием центробежных сил заполняющую зазор между «цилиндром» и «поршнем». Вставляли уплотняющие элементы в «поршень», переставляли их в «цилиндр». Делали «поршень» изменяющим свою форму и размер. Но достичь успеха — и то не окончательного — удалось лишь в самые последние годы. Одну из любопытных конструкций предложил польский инженер Густав Ружицкий. Еще в 1939 году он начал строить опытную модель своего двигателя, однако завершить эту работу ему удалось только в 1947 году: помешала война.

Более подробные сведения о влиянии структуры армирования на формирование упругих свойств материалов содержатся в табл. 6.6. Было исследовано два вида структур [28] — ортогонально-армированная в трех направлениях и с переменной укладкой по толщине. Композиционные материалы были изготовлены методом пропитки каменноугольным пеком и газофазным насыщением (с пироуглероднои матрицей); их исходные данные собраны в табл. 6.7. Всего исследовано четыре типа материалов. Причем первый из них имел два варианта (А и Б) одинаковой структуры, различие состояло только в характере распределения волокон по направлениям армирования. Материал типа 2 имел ортогональное расположение волокон по трем направлениям и одинаковое их объемное содержание, но его изготовление проходило без повторной графитизации. Структура армирования материала типа 4 отличалась от первых трех тем, что угол укладки волокон в плоскости ху изменялся по толщине, т. е. каждый последующий слой по отношению к предыдущему поворачивался на угол 60е. Паке^т таких слоев пронизывался перпендикулярно плоскости ху волокнами направления 2. В качестве арматуры для всех исследованных материалов использовали углеродные волокна.

С каждого конца тоннеля работали одновременно не менее 400 рабочих. Для транспортировки горной породы, доставки инструмента, обделочного камня и других материалов использовали пневматические локомотивы. Сжатый воздух к локомотивам и бурильным машинам подавался в тоннель мощными насосами, для привода которых использовали энергию местных рек. Отработанный в пневматических локомотивах и бурильных машинах сжатый воздух поступал в тоннель, пополняя таким образом дефицит кислорода. На строительстве были впервые применены также гидравлические бурильные машины вращательного действия немецкого инженера А. Бранд-та, работающие при давлении воды до 150 ат.

Вначале построили целиком один тоннель. Второй намечалось завершить позже, когда возрастет движение поездов. Поэтому во втором тоннеле пробили лишь узкую галерею, используя ее для строительства первого тоннеля. Галерея через определенные промежутки имела ходы сообщения с первым тоннелем. По ней подвозили инструменты, динамит и строительные материалы. Она служила также для вентиляции и отвода грунтовой воды. По первому тоннелю вывозили горную породу [46, с. 35]. Быстрая прокладка тоннеля в значительной мере обеспечивалась хорошо организованной работой железнодорожного транспорта. Для откатки горной породы и доставки к месту работ строительных материалов использовали до 30 пар грузовых поездов в день. Поезда обслуживались обыкновенными танк-паровозами и пневматическими локомобилями [49, с. 6, 7].

Одним ИЗ наиболее перспективных применений лазерной технологии является разделение материалов и обработка по сложному криволинейному контуру — резка, скрабировшше, термоскалывание. Однако, обработка цветных металлов толщиной свыше 2 мм вызывает значительные трудности из-за высокой отражательной способности и большой теплопроводности этих материалов. Использование СО2 лазе-' ров со средней мощностью свыше 1 кВт или нанесение поглощающих покрытий не позволяет получить высокого качества обработанной поверхности. Нестабильность выходной мощности излучения лазера существенно снижает воспроизводимость обработки, а высокая стоимость и энергоемкость лазерных установок ведут к удорожанию технологии.

Преимуществами производства заготовок методами порошковой металлургии являются: возможность применения материалов с разнообразными свойствами — тугоплавких, псевдосплавов (медь — вольфрам, железо — графит и др.), пористых (фильтры, самосмазывающиеся подшипники) и других; малоотходность производства (отходы не превышают 1...5%); исключение загрязнения перерабатываемых порошковых материалов; использование рабочих невысокой квалификации; легкость автоматизации технологических процессов и др.

Использование композиционных материалов, образованных системой двух нитей, для изготовления' изделий методом намотки позволяет значительно повысить их несущую способность при действии давления. Исследования показывают, что при изготовлении кольцевых образцов с внутренними слоями из пространственно-армированных материалов и наружными из слоистых можно ограничиться относительной толщиной RK/RB — 1,40, в то время как при использовании ленты тканого переплетения Ru/R-в = 1,88, при намотке колец из однонаправленной ленты ЛСБ-F RK/RB = 2,15 при одинаковых внутреннем радиусе и давлении.

(б) Термореологически сложные материалы. Как следует из разд. II, Г, 1, для термореологически сложных материалов использование определяющих уравнений, описывающих неизотермические процессы в полукристаллических полимерах и в аморфных телах при температурах, близких к температуре их стеклования или меньших этой температуры, могут оказаться необходимыми в большей мере, чем для ТПМ. Одно из таких уравнений, основанное на положениях термодинамики, было приведено выше (уравнение (50)) и было показано, что оно согласуется с некоторыми данными, полученными при постоянных температурах. Однако следует подчеркнуть, что экспериментальных данных, относящихся к температурным эффектам, для таких материалов значительно меньше, чем для простых, а в случае неустановившихся температурных режимов их почти нет.

По сравнению с алюминиевым аналогом были достигнуты следующие показатели экономии массы: для конструкции в целом 138,2 кг (21,5%), для обшивок 125,6 кг (65%). С учетом ряда обстоятельств (отсутствие опыта в проектировании и изготовлении конструкций из композиционных материалов, использование разработанных для металлов конструктивных решений и др.) полученные результаты можно считать замечательными. 1 2 3

Отсутствие механизированных производственных процессов с необходимыми производственными мощностями представляет собой проблему в таких совершенно различных отраслях промышленности, как судостроение, авиация и химическая промышленность. Крупные и сложные конструктивные элементы в отдельных случаях изготовляются выкладкой вручную, что иногда приводит к выбору малоэффективной конфигурации этих элементов. Решение проблем, призванных сократить время, необходимое для освоения новых материалов, в сильной степени зависит от разработки новых принципов конструирования. К ним относят более эффективное использование обычных материалов и выборочное применение вновь созданных, а в случае композиционных материалов — использование высокоэффективных волокнистых композиций; возможность применения механизированных производственных процессов с минимальной механической обработкой; учет характера допустимого повреждения и возможности восстановления и увеличения тем самым цикла службы. При выборе материала для каждого конкретного случая с самого начала должны быть приняты во внимание многие сложные, находящиеся во взаимодействии факторы. Это позволит в дальнейшем исключить затраты в тех случаях, когда материал, выбранный для решения конкретной задачи, не обладает соответствующими характеристиками, F это выявляется при более детальном его исследовании. Правильный выбор материала крайне важен как с экономической точки зрения, так и во многих других отношениях. Конструкторская

дано, в особенности, в области умеренных значений температур Umax, когда изменение механических свойств материала в интервале ^шш—^max незначительно. Для жаропрочных сплавов в области высоких значений ?тах хорошее совпадение расчетных и экспериментальных значений долговечности наблюдается при использовании двучленного уравнения Мэнсдаа,' в котором, однако, пластичность ф и напряжения а считаются функциями температуры и времени: t)=i)(t, t), о = сг(т, t). Другой вид расчетных уравнений получен в результате обобщения семейства кривых термической усталости ряда материалов. Использование уравнения, описывающего нижнюю границу области разброса экспериментальных данных, полученных на многих материалах, позволяет рассчитать значения долговечности с некоторым запасом. Наконец, при действии термоциклов большой длительности (десятки минут) для оценки долговечности могут быть использованы характеристики длительной прочности «поправленные» коэффициентом влияния цикличности.

к точке. Практически очень важную задачу представляет оценка остаточных напряжений в поверхностных слоях ферромагнитных материалов. Использование постоянных магнитных полей не дает правильной оценки величины и характера распределения напряжений, так как измеряемый сигнал в данном случае определяется средним значением напряжений по всему сечению образца. В связи с этим ценную информацию о величине и распределении остаточных напряжений можно получить в переменных полях.

В Лаборатории высокотемпературной металлографии Института машиноведения разработана методика применения телевизионных анализаторов изображения типа «Quantimet» и «РМС» для исследования особенностей пластической деформации и разрушения биметаллических материалов. Использование этой методики позволило с большой точностью производить подсчет числа полос скольжения, возникающих на поверхности образцов при их нагру-жепии, измерять длину возникшей усталостной трещины и площадь пластической деформации, развивающейся в ее вершине, а также исследовать процессы диффузии элементов через границу раздела слоев биметалла и производить измерение отпечатков ин-дентора при исследовании микротвердости [1]. Все указанные измерения проводились на образцах после их извлечения из рабочих камер испытательных установок.

В промышленности строительных материалов использование ВЭР обжиговых печей обеспечивает также получение определенного экономического эффекта. Например, использование тепла охлаждения корпусов цементных печей дает большой экономический эффект, который в зависимости от типоразмеров печей составляет от 30 до 100 тыс. руб/год на одну установку. Капиталовложения в сооружение установок по использованию тепла излучения корпусов цементных печей составляют 15— 20 руб/т сэкономленного топлива.

Важное значение в последние годы получило внедрение химических методов в обработку отдельных материалов и объектов. В некоторых случаях это позволяет исключить многие промежуточные операции раскроя и механической обработки, характерные для традиционного машиностроения, что, естественно, изменяет структурные, кинематические и динамические характеристики машин-автоматов и автоматических линий. Не меньшее значение на изменение этих характеристик оказывает и внедрение таких новых достижений физики, как, например, использование мощных генераторов света для обработки материалов, использование эффекта взрыва для получения объектов заданной формы, использование полупроводниковых вентилей для замены передаточных механизмов и т. д.