Производстве конструкций

При производстве композиционных материалов с металлической матрицей наибольшее распространение получили твердофазные, жидкофазные, газопарофазные, химические и электрохимические процессы.

При производстве композиционных материалов с металлической матрицей наибольшее распространение получили твердофазные, жидкофазные, газопарофазные, химические и электрохимические процессы.

только с внешними агентами. В то же время ЭУП, ЭСП и премиксы, получаемые методом прессования в металлической матрице, требуют применения внутренних антиадгезивов. Многие операции литья под давлением разработаны в расчете на присутствие внутренних антиадгезивов и даже оборудование проектируется с учетом применения именно этих агентов. В недавнем прошлом в качестве антиадгезива при производстве композиционных материалов широко применялось вощение поверхностей. С возрастанием скоростей производственных операций должен быть усовершенствован и этот метод. В результате исследовательской работы были разработаны многочисленные антиадгезивы, производимые сегодня фирмами «Фрекоут», «Контур кемикал» и Акселев-ской исследовательской лабораторией пластмасс (АИЛП). Разработаны внутренние антиадгезивы, не распадающиеся в процессе применения. Широко используются также силиконы, которые легки в переработке, так как могут распыляться воздухом, что обеспечивает возможность нанесения их даже на малые участки поверхности. Однако если поверхность загрязняется, это может помешать последующим операциям склеивания и окрашивания. Это обстоятельство бывает весьма существенным. В частности, на самолетостроительных и некоторых ракетострои-тельных производствах применение силиконов запрещено. В табл. 23.2 приведен перечень некоторых промышленных антиадгезивов.

риалов конструкции. По мере того как в производстве композиционных материалов и в процессах их переработки появляются перечисленные выше и другие совершенствования, а скорость изготовления деталей из АП-композитов возрастает, можно ожидать, что их производство станет конкурентоспособным по сравнению с производством металлических кузовов при равных или даже более низких капиталовложениях. Наконец, с учетом возможности внутризаводской переработки отходов материалов, что было реализовано для термопластов, а для термореактивных смол показана его принципиальная возможность, такая конкурентоспособность, несомненно, будет достигнута. Факторы, перечисленные выше, одновременно с возможностью снижения массы деталей из композитов и некоторых других материалов позволяют прогнозировать рост потребления АВП на рынке средств транспорта США (в основном легковых и грузовых автомобилей) до 1990 г. (табл. 26.7). К тому времени высокопрочные композиты займут в структуре применения до 15 %, ЛФМ и объемные формуемые изделия — 70 % и полученные методом реакционного литьевого формования армированных пластиков — 15 % от доли термореактивных смол в общем объеме АВП. В качестве матрицы для армированных термопластов по-прежнему будут в основном

Кремнийорганические смолы в промышленности получают гидролизом смесей хлорсиланов. В основную цепь макромолекулы входят силоксановые связи. Это довольно дорогие смолы, однако по ряду свойств в отвержденном состоянии, таких как кратковременная устойчивость при температуре в интервале 250—500°С и высокие показатели электроизоляционных свойств стеклотексто-литов на их основе они превосходят материалы на основе феноло-и меламиноформальдегидных смол (см. [5] дополнительного списка литературы). Пресс-порошки на основе кремнийорганических смол, стеклянных или асбестовых волокон и соответствующих катализаторов производят в промышленности в небольших количествах и они дороже даже фторопластов. Долго не могли найти доступной полимерной матрицы, длительно работающей в температурном интервале 150—250 °С (промежуточной между эпоксидными полимерами и полиамидами), которая сочетала бы различные свойства при умеренной стоимости. До некоторой степени ряд полимеров, полученных реакцией Фриделя—Крафтса и имеющих структуру, промежуточную между полифениленами и фе-нольными смолами, удовлетворяют этим требованиям и начинают широко использоваться в производстве композиционных материалов.

Быстрое расширение ассортимента полимеров, используемых в производстве композиционных материалов конструкционного назначения, с одной стороны, и недостаточное знание соответствую-

Асбестовые волокна. В литературе отсутствует какая-либо информация о тепло- и электропроводности асбестовых волокон, используемых в производстве композиционных материалов. Остается только надеяться, что анализируя экспериментальные данные, полученные для достаточно аккуратно изготовленных образцов асбопластиков, можно будет в какой-то степени оценить проводимость асбестовых волокон в продольном и поперечном направлениях. Ниже приводятся данные о плотности двух типов асбеста, определенной флотационным методом (методом градиентной трубки) [24]:

В одном из патентов США [52] приводится состав препрегов на основе фурановои смолы и отмечается, что такие препреги могут найти применение в производстве композиционных материалов для отделки салона самолетов, так как их горение сопровождается незначительным выделением дыма и токсичных газов. Модифицирование фурановои смолы при этом осуществляют бромированным эфиром фосфорной кислоты, например 2,3-дибромпропилфосфатом.

Обычно термин «олигомер» относится к полимерам низкой молекулярной массы. В настоящей главе этот термин будет относиться к реакционноспособным веществам, отверждающимся с образованием сетчатых полимеров. Часто их называют форпа-лимерами. Олигомеры занимают промежуточное положение между мономерами, являющимися низковязкими летучими, горючими, токсичными веществами, и жесткими, твердыми и трудноперерабатываемыми полимерами. Олигомеры, как правило, являются низковязкими жидкостями, но они могут находиться н в твердом состоянии. Олигомеры широко используют в производстве композиционных материалов, отверждающихся в процессе формования или на месте эксплуатации. Олигомеры легко хранить, они малотоксичны и малолетучи.

Наряду с полимерными матрицами в композиционных материалах можно широко варьировать наполнители, причем в одном материале можно использовать два или более наполнителей, каждый из которых образует отдельную фазу. Неограниченная вариабельность состава композиционных материалов создает большие трудности при описании и обобщении их свойств. Свойства композиционных материалов определяются не только свойствами и соотношением компонентов, но и в значительной степени характером распределения частиц наполнителей, их формой и размерами. Очевидно, что свойства стеклопластиков в решающей степени зависят от того, использованы ли при их производстве ориентированные волокна или тонкодисперсные порошки. В связи с этим возникает необходимость классификации и описания важнейших типов наполнителей, используемых в производстве композиционных материалов на основе полимерной матрицы. Выбор наполнителя зависит главным образом от тех свойств, которые он должен придать материалу с учетом стоимости и его совместимости с полимерной матрицей.

Волокнистые наполнители находят более широкое применение в производстве композиционных материалов вследствие их высокой прочности и жесткости и способности предотвращать прорастание трещин в хрупкой полимерной матрице. В зависимости от метода получения волокна обычно имеют цилиндрическую или неправильную форму. Волокна с гладкой поверхностью образуют менее прочное механическое сцепление с матрицей. Однако волокна с гладкой поверхностью легче смачиваются, чем с шероховатой, хотя полного смачивания волокон полимерами, так чтобы вообще не было пустот на поверхности, практически достигнуть не удается. Волокна могут адсорбировать различные вещества, способные влиять на их адгезионные свойства. Следует отметить, что прочное сцепление волокон с полимерной матрицей не всегда желательно, так как оно уменьшает поглощение механической энергии при разрушении композиционного материала.

Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из сталей, плотных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стенания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10— 15°.

3.Величины комплексных показателей, полученные путем статистической обработки большого числа экспериментальных данных (для хорошо зарекомендовавших себя на производстве конструкций).

Различные виды более сложных сборочных приспособлений применяются при серийном производстве конструкций.

В последующие годы и на других турбинных заводах при проектировании новых турбин проводилась значительная работа по использованию элементов ранее разработанных и освоенных в производстве конструкций (рис. I. 34— I. 35).

Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии.

Понятие «допустимых повреждений» у конструкции, которое появилось первоначально в авиационной промышленности, относится к конструкции, спроектированной таким образом, чтобы минимизировать возможность выхода самолета из строя из-за распространения невыявленных дефектов, трещин или других подобных повреждений. При производстве конструкций, в которых допускаются какие-либо повреждения, приходится решать две основные проблемы. Эти проблемы состоят в обеспечении контролируемого безопасного роста дефектов, т. е. безопасной эксплуатации с трещинами, и в принудительном сдерживании повреждаемости, вследствие чего должны быть обеспечены либо остаточная долговечность, либо остаточная прочность. Указанные требования не являются, однако, независимыми, поскольку только путем совместной проверки их выполнения может быть осуществлен эффективный контроль разрушения. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что расчет допускаемых повреждений не исключает необходимости тщательного анализа и расчета усталости, поскольку достижение высоких усталостных характеристик путем детального исследования напряженного состояния, соответствующего выбора геометрии, проведения подробного расчета, подбора материала, обработки поверхности и обеспечения качества работы является необходимой предпосылкой эффективности расчета допускаемых повреждений и контроля разрушения.

Автоматическую сварку под флюсом и в среде углекислого газа используют на Уралмашзаводе при производстве конструкций экскаваторов и других объектов. Шагающий экскаватор ЭШ-15/90А представляет собой гигантскую землеройную машину массой 1600 т, высотой 20 м, с ковшом емкостью 15 м3 [151, 164].

применение для сварки аустенитных сталей и сплавов силикатных марганцевых или безмарганцевых флюсов или кислых электродных покрытий, отлично зарекомендовавших себя в производстве конструкций из обычных сталей, совершенно недопустимо. Нельзя 'допускать в ряде случаев и использование в качестве защитной •д среды углекислого газа, способного окислять такие элементы, [\ как титан, алюминий, хром и др.

В производстве конструкций из жаропрочных аустенитных сталей и сплавов применяются все или почти все известные сегодня способы сварки плавлением. При этом механизированные способы распространены относительно больше, чем при изготовлении сварных изделий из обычных конструкционных сталей.

Техника сварки под флюсом аустенитных сталей и сплавов практически не отличается от техники, широко применяемой в производстве конструкций из обычных сталей. Поэтому здесь не будут приведены режимы сварки под флюсом швов разных типов и видов, читатель может пользоваться широко известной литературой по этому вопросу. Отметим лишь важнейшие технологические особенности этого способа сварки в применении к аустенитным сталям и сплавам.

Казалось бы, следует повсеместно применять ЭШС, если это только позволяет толщина металла (практически ЭШС осуществима при толщине металла, превышающей 20—25 мм). Однако дело обстоит значительно сложнее. Э1ЫС отличается весьма малой концентрацией сварочного нагрева. Это приводит к весьма интенсивному перегреву свариваемого металла, к образованию широкой зоны металла, претерпевшей необратимые превращения вследствие длительного пребывания при температурах, превышающих 1200— 1250° С. Перегрев жаропрочных аустенитных сталей и сплавов, как мы уже знаем (см. гл. IV), чреват опасностью локальных разрушений. Вот почему мы не можем ориентироваться на широкое применение ЭШС в производстве конструкций из жаропрочных сталей и сплавов. Ее можно и нужно использовать лишь применительно к аустенитным сталям и сплавам, не склонным к локальным разрушениям. Ею можно воспользоваться и в случае конструкций из жаропрочных сталей и сплавов, в принципе подверженных локальным разрушениям, если эти конструкции будут работать непродолжительное время при температурах, способных вызвать этот вид разрушения.