Вольфрамовыми волокнами

Совокупность трех дуг — двух зависимых (горящих между электродами и изделием) и одной независимой (горящей между вольфрамовыми электродами) позволяет нагревать металл непрерывно, так как постоянно существует одна из разновидностей дуг. При ручной сварке металла толщиной 5—6 мм используют вольфрамовые электроды диаметром 1,5—3 мм. Сила сварочного тока /св — 40dvv', диаметр присадочной проволоки 2—3 мм; скорость сварки 8—12 м/ч.

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (3 кг/дм3), высокой теплопроводностью [А, = 100 — 150 калДм. ч.°С)] и удовлетворительной прочностью; пластичны и хорошо обрабатываются режущим инструментом. Многие из них можно сваривать с помощью аргонно-водородной или аргонной электродуговой сварки с неплавящимися вольфрамовыми электродами. Применяют также газовую сварку под слоем флюсов (LiCl, NaCl, KC1, KF). Листовые материалы сваривают контактной электросваркой.

Сварка производится плавящимися (эск. а) или неплавящимися (вольфрамовыми) электродами (эск. 6) в струе нейтральных газов (аргон, гелий).

чески прозрачного кварца с помещенными в него двумя вольфрамовыми электродами. Давление ксенона в лампе в нерабочем состоянии достигает 1 МПа.

говая сварка, при к-рой дуга горит между двумя неплавящимися вольфрамовыми электродами в атмосфере водорода. Под действием высокой темп-ры дуги происходит диссоциация молекул водорода. При последующей рекомбинации атомарного водорода в двухатомный высвобождается энергия диссоциации как дополнительная теплота, ускоряющая сварку. Защита зоны сварки водородом обеспечивает высокое каче-

ЛЮЛЕЧНЫЙ КОНВЕЙЕР - конвейер, у к-рого грузонесущим органом являются люльки, подвешенные шарнир-но к одной или двум замкнутым тяговым цепям. Применяется для транспортирования грузов и для пооперац. перемещения по ходу технол. процесса заготовок, деталей, ящиков и пр. Вертик. конвейеры люлечного типа используют для перемещения книг в библиотеках и документов в многоэтажных адм. зданиях; такие Л.к. наз. также элеваторами. ЛЮМЕН (от лат. lumen - свет) - ед. светового потока в СИ. Обозначение - лм. 1 лм равен световому потоку, испускаемому точечным источником в телесном угле 1 ср при силе света 1 кд (см. Стерадиан, Кандела). ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА - газоразрядный источник света низкого давления, в к-ром УФ излучение разряда (обычно дугового) преобразуется с помощью люминофоров в видимое излучение. Наиболее распространены ртутные Л.л. с вольфрамовыми электродами. В стеклянной колбе Л.л. содержится нек-рое (дозированное) кол-во ртути, испаряющейся при зажигании разряда, а также инертный газ (аргон, неон и др.). На внутреннюю поверхность колбы наносится люминофор. При подключении Л.л. к источнику перем. тока между электродами лампы возникает элект-

АТОМНО-ВОДОРбДНАЯ СВАРКА—способ сварки с использованием водорода. Осн. источник тепла — электрич. дуга между 2 вольфрамовыми электродами. Водород под действием высокой темп-ры дуги (до 3500 °С) переходит из мол. состояния (Н2) в атомарное (Н). Затем при охлаждении на поверхности шва водород, концентрируясь в молекулы, сгорает, выделяя дополнит, тепло. Диссоциированный водород защищает металл. Т. о. получают прочные и плотные швы при сварке почти всех металлов (кроме меди и её сплавов).

Существенное влияние на коррозионную устойчивость используемых в кораблестроении алюминиевых сплавов оказывает метод их сварки при изготовлении конструкций. Свойства алюминия определяют характерные особенности сварки алюминиевых сплавов по сравнению со сталью или другими металлами. Среди применяемых в кораблестроении методов сварки больше всего известна сварка в среде защитных газов (аргона, гелия или их смеси) с неплавкими (вольфрамовыми) или плавкими электродами. Аргонно-дуговую сварку с вольфрамовыми электродами осуществляют с помощью переменного тока.

Газовая сварка рекомендуется только в случае неответственных деталей и узлов и для устранения дефектов литья, поскольку такие сварные соединения имеют более низкую коррозионную устойчивость. Аргонно-дуговая сварка с неплавкими (вольфрамовыми) электродами позволяет повысить коррозионную устойчивость соединений по сравнению с соединениями, полученными газовой сваркой, так как она не требует флюса.

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (3 кг/дм3), высокой теплопроводностью [А, ~ 100 -т-150 калДм. ч.°С)] и удовлетворительной прочностью; пластичны и хорошо обрабатываются режущим инструментом. Многие из них можно сваривать с помощью аргонно-водородной или аргонной электродуговой сварки с неплавящимися вольфрамовыми электродами. Применяют также газовую сварку под слоем флюсов (Lid, Nad, KC1, KF). Листовые материалы сваривают контактной электросваркой.

Сварка производится плавящимися (эск. а) или неплавящимися (вольфрамовыми) электродами (эск. 5) в струе нейтральных газов (аргон, гелий).

Рис. 466. Макро-(а) и микро-("б) структура нихрома, упрочненного вольфрамовыми волокнами

Из мягких металлических матриц значительное внимание привлекла медь, поэтому здесь представлены ее необходимые характеристики. Испытания на длительную прочность меди OFHG высокой чистоты были проведены в [39] при исследовании длительной прочности и ползучести композитов на основе меди, армированной вольфрамовыми волокнами. Были испытаны медные стержни на растяжение при 649 и 816 °С в атмосфере очищенного гелия; результаты приведены на рис. 10. Напряжения,

При исследовании длительной прочности композитов, армированных разрывными волокнами, в которых нагрузка передается от одного волокна к другому посредством сдвига матрицы, соответствующая характеристика матрицы — ее длительная прочность при сдвиге. В работе [29] показано, что скорость ползучести композитов, содержащих разрывные волокна, по-видимому, зависит от скорости ползучести матрицы под действием сдвиговых напряжений, которые возникают вблизи границы волокно — матрица. На основе данных [29] в [27] осуществлено исследование долговечности меди, армированной разрывными вольфрамовыми волокнами. Часть исследования состояла в определении свойств длительной прочности при сдвиге меди OFHC при 649 и 816 °С в вакууме (~ 10~5 мм Hg). Образец меди, используемый в [27], показан на рис. 11, а.

Последняя группа матриц, о которой здесь упомянем, это группа сплавов на никелевой основе, используемая в качестве материалов матрицы для высокотемпературных приложений. Сплавы на никелевой основе использовались в последние 20 лет в конструкциях, работающих при высоких температурах, например в лопатках роторов газовых турбин. Для получения существенного увеличения прочности они армировались вольфрамовыми волокнами. Высокая плотность композита ограничивает полезную объемную долю волокон примерно до 25%, поэтому необходима высокопрочная матрица. В этом случае матрица дает значительный вклад в общую характеристику композита и, в частности, в его длительную прочность.

Изучение длительной прочности и ползучести композитов с металлической матрицей осуществлялось рядом исследователей в основном на следующих материалах: вольфрам — медь, вольфрам — никелевые сплавы и бор — алюминий. Большинство испытаний проводилось при повышенных температурах, что может привести к недооценке свойств композита из-за взаимодействия между волокнами и матрицей. Экспериментальная работа сопровождалась теоретическим анализом, подобным оценке прочности по «правилу смесей». Мак-Данелсом и др. [39] исследована длительная прочность и скорость ползучести композитов на основе меди, армированных вольфрамовыми волокнами; полученные данные сопоставлены со свойствами компонентов при помощи соответствующего анализа. Испытания проведены при 649 °С и 816 °С.

Обычные алюминиевые сплавы используют при температурах до 200° С. Композиционные материалы с алюминиевой матрицей, армированной углеродными и борными волокнами, можно применять для работы при температурах до 450° С. Традиционные никелевые жаропрочные сплавы используют при температурах до 1050° С. В этом случае коэффициент относительной жаропрочности Граб/Гщ, будет равен 0,76ТПЛ. Композиционные материалы волокнистого строения, т. е. армированные вольфрамовыми волокнами, а также никелевые и кобальтовые эвтектические сплавы, которые армированы нитевидными кристаллами игольчатой или пластинчатой формулы, могут работать до температуры 1150° С, т. е. 0,8ГПЛ. Уровень максимальных работ температур дисперсноупроч-ненных никелевых сплавов составляет 1200—1300° С, или 0,9Г„Л [81 ]. Достижение такого высокого уровня рабочих температур никелевых сплавов оказывается возможным, во-первых, при ус-

Советскими и зарубежными исследователями показана принципиальная возможность существенного уменьшения взаимодействия путем легирования матриц. Кардинальным решением этой задачи является создание специальных матриц, которые обладали бы не только меньшей реакционной способностью по сравнению с существующими матричными сплавами, но и одновременно имели бы меньшую плотность. Последнее связано с тем, что существенная жаропрочность никелевых композиций, армированных вольфрамовыми волокнами, достигается в том случае, когда объемное содержание последних составляет 40—60 об. %. Это естественно, вызывает значительное повышение плотности и снижение удельной жаропрочности, что накладывает ограничение на использование композиций в некоторых конструкциях.

Другим возможным путем предотвращения взаимодействия является создание барьерных слоев, т. е. покрытий на волокна. В качестве такого барьерного покрытия, обладающего химической инертностью по отношению к никелевой матрице, было использовано покрытие толщиной 5—6 мкм из нитрида титана, которое наносилось на вольфрамовые волокна путем восстановления тетра-хлорида титана водородом в присутствии азота [7]. Эффективность покрытия нитридом титана вольфрамовых волокон проверяли на образцах композиционного материала, состоящего из матричного никелевого сплава, армированного вольфрамовыми волокнами с тонким слоем покрытия нитридом титана. После отжига образцов при температурах 1100—1200° С с выдержкой 1, 10 и 100 ч из композиций вытравливалась вольфрамовая проволока путем растворения матрицы. Предел прочности извлеченных волокон с покрытиями оказался выше предела прочности таких же волокон без покрытия. Это объясняется тем, что волокна без покрытия при изготовлении композиций, растворяясь в матрице при нагреве, уменьшают эффективный диаметр. Кроме того, покрытия «залечивают» некоторые поверхностные дефекты волокон.

Методом горячего прессования получали твердосплавный материал ВК6 (94% WC, 6% Со), армированный волокнами вольфрама [69]. Температура прессования составляла 1400—1500° С, давление прессования 100—160 кг/см2, время прессования 3— 5 мин. В этих условиях в процессе прессования образуется жидкая фаза [Со + (WC)], которая взаимодействует с вольфрамовым волокном, образуя на его поверхности хрупкую фазу. Для предотвращения взаимодействия на волокно наносили слой карбида циркония толщиной 3—4 мкм методом осаждения из парогазовой фазы. Армирование вольфрамовыми волокнами сплава В Кб позволило повысить ударную вязкость при комнатной и повышенной температурах в 1,5—2,0"*раза.

Квернес и Кофштад получали методом прессования и спекания композиционный материал на основе никеля, армированный дискретными вольфрамовыми волокнами по следующему режиму: порошок карбонильного никеля и отрезки вольфрамовой проволоки диаметром 0,3 мм перемешивали помещали в контейнер и прессовали при давлении 30 т/см2; затем полученную заготовку спекали в атмосфере водорода при температуре 1100° С в течение 1 ч, после чего подвергали горячей ковке при температуре 1100° С. Полученный таким образом материал имел плотность, составляющую 98—99% от теоретической.

Например, композиция эвтектического состава InSb—Sb, получаемая методом направленной кристаллизации, нашла применение в бесконтактных переменных резисторах; бесщеточных коммутаторах; в устройствах для измерения величины магнитного поля, для осуществления термомагнитного охлаждения и термомагнитного преобразования тепловой энергии в электрическую [9]. Композиции системы InSb—Sb обладают термоэлектрическими свойствами. Армирование ядерного горючего в виде двуокиси урана вольфрамовыми волокнами позволяет на 30 % повысить теплопроводность в направлении волокон (по зарубежным публикациям). Такое горючее используется в случаях, когда необходимо быстрое выделение теплоты. Разработан многожильный композиционный проводник, содержащий 13 225 микроволокон толщиной 5,4 мкм, общим диаметром 1 мм, способный пропускать ток 430 А в поле 4-106А/м [10]. Получен сверхпроводящий провод на основе соединений Nb3Sn, способный пропускать ток плотностью 1,5-106 А/см2 в поле 7-10е А/м. Технология получения такого провода заключается в совместной деформации и последующем отжиге пучка ниобиевых проволок, покрытых слоем олова [10]. Композиционные материалы типа металл-изолятор, металл—полупроводник, металл—сверхпроводник могут быть получены путем пропитки стекла под высоким давлением или методом замещения легкоплавкой эвтектики. Критические магнитные поля стеклометаллической композиции на основе сплава РЬ—ЕЙ—Sb достигают 8-Ю6 А/м при температуре 4,2 К-Токонесущая способность композиции составляет 105 А/см2 в поле 8-Ю5 А/м. Ленты и нити из такого материала обладают высокой гибкостью [10].