Материалов невозможно

кодисперсных окислов. Новый метод порошковой металлургии позволяет получать плотные деформируемые материалы Ag—SnO и Ag—ZnO с содержанием окислов от 5 до 10%, имеющие мелкозернистую структуру и равномерное распределение окислов. Степень обгорания этих материалов несколько выше (рис. 171), чем сплавов типа Ag--CdO при одинаковом содержании окислов, что можно объяснить меньшей термической стойкостью окислов SnO и ZnO.

В большинстве случаев спеченные порошковые металлы даже после доводки их дополнительной механической и термической обработкой до компактного, почти беспористого состояния имеют несколько большее количество дефектов кристаллической решетки, межкристаллических включений, высокое содержание окислов и газов и более мелкозернистую структуру, большее количество пустых мест в решетке, чем соответствующие литые, обработанные давлением и отожженные металлы. В связи с этим компактные металлокерамические металлы обычно имеют при комнатной температуре несколько более высокие показатели прочности (авр, <*т, ояц, ау, ава, аесж) и твердости, чем соответствующие литые металлы. По этим же причинам значения показателей деформируемости (б, т]), стрелы прогиба) и ударной вязкости у компактных металло-керамических материалов несколько»ниже, чем у литых. Различие механических свойств металлокерамических и литых материалов при высоких температурах, в частности длительной прочности, зависит в первую очередь от природы соответствующих окислов (которые в металлокерамических материалах содержатся в большом количестве). В соответствии с этим металлокерамический алюминий САП, содержащий окислы алюминия, более жаропрочные, чем основной металл, имеет более высокую жаропрочность, чем литые сплавы алюминия, а металлокерамический молибден с летучими окислами — наоборот, меньшую жаропрочность, чем молибден, полученный дуговым плавлением. Последние исследования показывают, что более мелкозернистая структура металлокерамических материалов повышает их термостойкость и сопротивление вредному действию ядерного облучения [22]. Значения модулей упругости, коэффициента расширения, теплоемкости, электропроводности, а также усталостной прочности у компактных металлокерамических металлов заметно не отличаются от соответствующих значений у литых металлов. Вредное действие повышенного содержания дефектов, окислов и газов на пластичность и ударную вязкость компактных порошковых металлов увеличивается со снижением пластичности материала. Например, компактный металлокерамический титан, а также пластичные малолегнрованные сплавы титана имеют приблизительно такую же пластичность и ударную вязкость, как и материалы, полученные дуговым плавлением. В то же время метал-локерампческие сплавы титана с высокой твердостью и большим содержанием легирующих компонентов имеют значительно меньшую пластичность и ударную вязкость, чем сплавы, полученные дуговым плавлением.

Расчетные значения пределов проч-ностей для двух последних материалов несколько ниже, чем для C-II-17-57 и С-V-17-52, изготовленных на основе обычных волокон. Это свидетельствует о том, что с увеличением жесткости арматуры повышается чувствительность характеристик прочности к искривлению волокон.

Проведение эксперимента по изучению влияния давления на установление равновесной шероховатости А при прочих неизменных заданных условиях не вызывает существенных трудностей, а определение влияния физико-механических свойств материалов несколько затруднительно. Если, например, варьировать модуль упругости Е, скажем, набором различных истирающих металлическую поверхность материалов или повышением температуры в зоне трения пары, то при постоянной выбранной нагрузке и скорости скольжения молекулярное взаимодей-

cop, вызывающих их повреждение. Это приводит также к износу поверхности лопаток, их повреждению и разрушению. Экспериментальная оценка новых конструкций включает испытания на стойкость к ударам, при этом удары даже больших предметов (таких, как камни или птицы) должны вызывать минимальные повреждения. Для обеспечения безопасности любые осколки лопаток должны быть задержаны кожухом корпуса двигателя. Снижение массы лопатки их композиционных материалов несколько облегчает эту проблему, особенно в вентиляторной секции. Повреждаемость посторонними предметами представляет наиболее серьезное препятствие на пути быстрейшего применения композиционных материалов в двигателях. Исследуются различные способы снижения повреждаемости, в том числе защита кромок лопаток металлом и разработка конструкций, обладающих высокой ударо-прочностью.

Сопоставление полученных результатов с данными Кей-сена [6] показало, что прочность изученного материала на эпоксидной основе при комнатной температуре и при 77 К такая же, как у аналогичного материала, по данным работы [6]. Материалы на основе полиэфирной и поливиниловой смол при комнатной температуре имеют такую же прочность, как однонаправленный стеклопластик с эпоксидной матрицей [6]. При 77 К прочность обоих материалов несколько выше, чем материала с эпоксидной матрицей.

АТМ-1 можно применять в узлах трения при статической нагрузке до 30 кГ/см2 и значительной скорости скольжения (несколько метров в секунду). При нагрузках выше допускаемых может произойти разрушение материала. Пределы применимости других видов графитопластовых материалов несколько ниже из-за меньшей механической прочности их и меньшей химической стойкости.

В большинстве случаев спеченные порошковые металлы даже после доводки их дополнительной механической и термической обработкой до компактного, почти беспористого состояния имеют несколько большее количество дефектов кристаллической решетки, межкристаллических включений, высокое содержание окислов и газов и более мелкозернистую структуру, большее количество пустых мест в решетке, чем соответствующие литые, обработанные давлением и отожженные металлы. В связи с этим компактные металлокерамические металлы обычно имеют при комнатной температуре несколько более высокие показатели прочности (авр, <*т, ояц, ау, ава, аесж) и твердости, чем соответствующие литые металлы. По этим же причинам значения показателей деформируемости (б, т]), стрелы прогиба) и ударной вязкости у компактных металло-керамических материалов несколько»ниже, чем у литых. Различие механических свойств металлокерамических и литых материалов при высоких температурах, в частности длительной прочности, зависит в первую очередь от природы соответствующих окислов (которые в металлокерамических материалах содержатся в большом количестве). В соответствии с этим металлокерамический алюминий САП, содержащий окислы алюминия, более жаропрочные, чем основной металл, имеет более высокую жаропрочность, чем литые сплавы алюминия, а металлокерамический молибден с летучими окислами — наоборот, меньшую жаропрочность, чем молибден, полученный дуговым плавлением. Последние исследования показывают, что более мелкозернистая структура металлокерамических материалов повышает их термостойкость и сопротивление вредному действию ядерного облучения [22]. Значения модулей упругости, коэффициента расширения, теплоемкости, электропроводности, а также усталостной прочности у компактных металлокерамических металлов заметно не отличаются от соответствующих значений у литых металлов. Вредное действие повышенного содержания дефектов, окислов и газов на пластичность и ударную вязкость компактных порошковых металлов увеличивается со снижением пластичности материала. Например, компактный металлокерамический титан, а также пластичные малолегнрованные сплавы титана имеют приблизительно такую же пластичность и ударную вязкость, как и материалы, полученные дуговым плавлением. В то же время метал-локерампческие сплавы титана с высокой твердостью и большим содержанием легирующих компонентов имеют значительно меньшую пластичность и ударную вязкость, чем сплавы, полученные дуговым плавлением.

Расчетные значения пределов проч-ностей для двух последних материалов несколько ниже, чем для C-II-17-57 и С-V-17-52, изготовленных на основе обычных волокон. Это свидетельствует о том, что с увеличением жесткости арматуры повышается чувствительность характеристик прочности к искривлению волокон.

Для ремонта узлов трения применяют композиции на базе эпоксидных смол. Анализируя данные табл. 29, можно оценить влияние различных наполнителей на антифрикционные характеристики этих композиций. Приведенные данные получены на машине МИ-1м по схеме вал—частичный вкладыш при удельных нагрузках 2,5, 5,0 и 7,5 МПа, скорости скольжения 1 м/с и смазке (индустриальным И-20). Для'сравнения даны характеристики основных антифрикционных материалов, полученные в аналогичных условиях. Коэффициент трения композиционных материалов несколько выше коэффициента трения других антифрикционных материалов. Исключение составляют композиции эпоксидных смол с баббитом, солидолом и полиэтиленом. Наилучшую износостойкость имеют композиционные материалы с оловянным и баббитовым наполнителями.Высокой износостойкостью обладает композиционный материал с мелкодисперсным капроном. Износ валов, работающих в паре с композиционными материалами, ниже, чем с ненаполненными (исключение составляет материал с древесными опилками). Наполнение фторопластом приводит к уменьшению адгезии эпоксидной композиции к металлу. Высокие эксплуатационные характеристики имеет композиционный материал, содержащий 40% ЭД-6, 20% порошка фторопласт-4, 30% капрона марки Б, 10% полиэтилена высокого давления.

Несколько марок свариваемых материалов, близких по химическому составу и свариваемых по одинаковой технологии, могут быть объединены в одну группу; при этом для выполнения контрольного соединения можно выбрать один образец из этой группы.

При выборе смазочного материала необходимо учитывать условия эксплуатации смазываемых поверхностей (тепловые, кинематические и силовые условия в контакте). К ним относятся давление, скорость качения и скольжения, температура, материалы поверхностей, среда, в которой работает узел трения. Для прямозубых цилиндрических и конических передач смазочный материал и способ подвода смазки выбирают в зависимости от типа передачи и окружной скорости. Пластичные смазки применяют чаще всего в открытых передачах при окружной скорости меньше 4 м/с, а также в условиях, где применение жидких смазочных материалов невозможно. Для промышленных закрытых передач с окружной скоростью до 12—15 м/с применяют обычно смазку окунанием колес в масляную ванну на глубину примерно 0,75 от высоты зуба. Объем масляной ванны рассчитывают в зависимости от передаваемой мощности (примерно на 1 кВт 0,25—0,75 л). При окружной скорости свыше 15 м/с для снижения потерь на преодоление сопротивлений рекомендуют применять струйную циркуляционную смазку. При этом необходимо учитывать, что вязкость масла должна несколько понижаться с увеличением окружной скорости.

При выборе смазочного материала необходимо учитывать условия эксплуатации смазываемых поверхностей (тепловые, кинематические и силовые условия в контакте). К ним относятся давление, скорость качения и скольжения, температура, материалы поверхностей, среда, в которой работает узел трения. Для прямозубых цилиндрических и конических передач смазочный материал и способ подвода смазки выбирают в зависимости от типа передачи и окружной скорости. Пластичные смазки применяют чаще всего в открытых передачах при окружной скорости меньше 4 м/с, а также в условиях, где применение жидких смазочных материалов невозможно. Для промышленных закрытых передач с окружной скоростью до 12—15 м/с применяют обычно смазку окунанием колес в масляную ванну на глубину примерно 0,75 от высоты зуба. Объем масляной ванны рассчитывают в зависимости от передав'аемой мощности (примерно на 1 кВт 0,25—0,75 л). При окружной скорости свыше 15 м/с для снижения потерь на преодоление сопротивлений рекомендуют применять струйную циркуляционную смазку. При этом необходимо учитывать, что вязкость масла должна несколько понижаться с увеличением окружной скорости.

Учитывая многообразие видов композиционных материалов, невозможно разработать единую для всех них теорию. Настоящая глава ограничивается описанием лишь линейно упругого поведения композитов при статическом нагружении. (Упруго-пластическое поведение, вязкоупругое поведение, динамические процессы и конечные деформации рассматриваются в гл. 5, 4, 8 и 7 соответственно.) Предполагается, что такое макроскопическое состояние материала сохраняется вплоть до разрушения. Кроме того, считается, что компоненты материала тоже являются линейно упругими; таким образом, композит рассматривается как неоднородное линейно упругое тело.

Твердость. Из-за небольшой твердости фторопластовых материалов невозможно непосредственно использовать хорошо разработанные методы, предназначенные для определения твердости металлов.

Основной механической характеристикой стали, определяемой при испытаниях на изгиб, является предел текучести от; предел прочности при изгибе ов стальных образцов, как правило, определить не удается, так как образцы из пластичных материалов невозможно довести до разрушения изгибом.

К экспериментальным недостаткам нейтронного облучения, как метода создания радиационной пористости для изучения закономерностей ее развития относятся малая скорость генерации точечных дефектов (порядка 10~6 с/а • с); невозможность дифференциально исследовать вклад многочисленных факторов, управляющих формированием пор в материалах (в частности, при нейтронном облучении материалов невозможно предотвратить генерацию гелия, и водорода и исследовать развитие чисто вакансионной пористости); сложность проведения облучения до высоких доз при контролируемых условиях облучения; значительная наведенная активность, исследуемых объектов при облучении флюенсом порядка 1022— 1023 н/см2.

К сожалению, непосредственно наблюдать зарождение пор в условиях нейтронного облучения материалов невозможно. В имитационных экспериментах, например при облучении в высоковольтном электронном микроскопе, можно следить за развитием пор с момента их проявления. Однако и в этом случае нельзя достоверно отделить зарождение пор от роста, поскольку к моменту фиксации (15—20 А) уже происходил некоторый рост пор. Работ по фиксации и идентификации пор меньшего размера при электронно-микроскопическом исследовании объектов очень мало [50]. Изменение структуры повреждения (каскады, пары Френкеля) приводит к тому, что зарождение пор в условиях электронного облучения начинается и прекращается при более низкой дозе, чем в условиях нейтронного облучения. В имитационных экспериментах не имитируются также продукты ядерных превращений и сопутствующие радиационному распуханию при нейтронном облучении длительные диффузионные процессы. Следовательно, наши знания о процессах зарождения и роста пор должны быть основаны на совокупности результатов имитационных и реакторных экспериментов. i

Другими методами изготовление перечисленных материалов невозможно.

Твердые смазочные материалы (ТСМ) обеспечивают смазывание трущихся поверхностей в экстремальных условиях (низкие или высокие температуры, вакуум), когда применение других смазывающих материалов невозможно. В настоящее время ТСМ применяют для предотвращения контактной коррозии в условиях малых или редких перемещений, для узлов трения с небольшим сроком службы, как присадки к смазочным маслам и к антифрикционным ПСМ. Обычно их используют в виде мелкодисперсных порошков — коллоидный графит, дисульфиды (M0S2, WS2, Sb2S2), диселениды (WSe2, NbSe2, MoSe2), дииодиды (РЫ2, Cdl2), нитриды (BN), иодиды (Agl) и др.; твердосмазывающих покрытий (ВНИИ НП-209 и др.); мягких металлических покрытий (олово, серебро, золото); наполнителя в самосмазывающихся композиционных материалах (АМАН, ВАМК-23); присадок.

Термическое расширение полимеров можно значительно уменьшить введением соответствующих наполнителей. В табл. 6.3 приведены коэффициенты расширения ряда полимерных композиционных материалов, выпускаемых в промышленном масштабе. В отдельных случаях могут быть получены композиционные материалы, термическое расширение которых составляет одну пятую от расширения ненаполненного полимера. За счет чего наблюдается такой эффект? Является ли уменьшение расширения постоянным или оно зависит от времени? В настоящее время эти вопросы не изучены в достаточной степени, за исключением одного или двух случаев, которые будут рассмотрены ниже, и многие вопросы остаются до сих пор не решенными (более подробно с этой проблемой можно ознакомиться в работах [11] и [12]). Ниже будет показано, что для изотропных композиционных материалов отсутствует обобщенная теория, достаточно точно описывающая их поведение. Коэффициент термического расширения таких материалов невозможно рассчитать на основе общих представлений о свойствах полимеров, хотя они и являются основополагающими для подобных расчетов. Для анизотропных композиционных материалов, например с однонаправленной ориентацией армирующего наполнителя, можно) достаточно точно рассчитать термический коэффициент термического расширения в продольном направлении.

Создание перспективных и совершенствование существующих композиционных и дисперсных материалов невозможно без развития научных исследований в смежных областях механики, прикладной математики, физики, химии. Требования к эффективности и надежности в эксплуатации изделий и конструкций, оптимизации технологических процессов изготовления, необходимость анализа возможных аварийных ситуаций еще долгие годы будут обусловливать актуальность исследования взаимосвязи структуры и свойств таких материалов.