Высокопрочных композиционных

Содержание в покрытии нескольких раскислителей позволяет получить хорошо восстановленный металл, содержащий мало серы и не склонный к образованию горячих трещин. При сварке высокопрочных, жаропрочных сталей применяют покрытия с пониженным содержанием СаСО3 (15...20%), увеличивая Са?2 (60...80%). В этом случае удается избежать поглощения углерода сварочной ванной и обеспечить содержание углерода в металле шва на уровне (0,05...0,02%) С, как это требуется по техническим условиям. Недостаток этих электродов — малая устойчивость дугового разряда, требующая сварки на постоянном токе обратной полярности. Таким образом, технологические возможности электродов группы Б несколько ниже, чем электродов группы А. Повышенное содержание Сар2 вызывает образование токсичных соединений и требует создания надежной вентиляции.

Для создания высокопрочных жаропрочных материалов поиск совершается как в направлении получения бездислокационных монокристаллов больших размеров, так и «усов» (нитевидных бездислокационных кристаллов), используемых в различных композитных материалах (см. § 4.15), а также в направлении получения металлов и сплавов с большим количеством дефектов (см. рис. 4.58).

В-296, В-32к, В-35 (ТУ 37-10188—70) — масла, содержащие серу, хлор и фосфорорганические соединения, применяемые при обработке резанием высокопрочных, жаропрочных и тугоплавких и коррозионно-стойких сталей и сплавов и титановых сплавов.

Одновременно с разработкой керамических флюсов для сварки конкретных сталей изучалась свариваемость этих сталей и разрабатывалась технология сварки (К. К. Хренов, В. И. Дятлов, М. Н. Гапчен-ко, Д. М. Кушнерев, Н. И. Коперсак, И. А. Шостак). Так, разработана технология сварки малоуглеродистых, низколегированных, хладостойких, высокопрочных, жаропрочных, высоколегированных, нержавеющих сталей и сплавов, а также разнородных соединений из них.

•дало возможным использование для более длительных «роков службы некоторых высокопрочных жаропрочных сталей и сплавов.

Известно, что современная технология металлов не обеспечивает получения металлов, полуфабрикатов или заготовок, не содержащих никаких дефектов. В особенности это относится к технологии сложных (высокопрочных, жаропрочных и др.) сплавов, весьма трудоемких в производстве,.

Современная технология металлов не всегда обеспечивает получение изделий, полуфабрикатов или заготовок без каких-либо дефектов. В особенности это относится к технологии сложных высоколегированных (высокопрочных, жаропрочных и др.) сплавов, весьма трудных в производстве.

Назначение. Все виды режущего инструмента при обработке высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, также улучшенных легированных сталей.

Черновые и чистовые операции при обработке высокопрочных жаропрочных сталей и сплавов Повышенные контактные давления и температура Увеличение сопротивляемости защитных пленок нормальным контактным напряжениям Эмульсия с ПАВ

Проблему повышения литейных свойств стандартных высокопрочных [ жаропрочных сплавов ранее пытались решать введением малых доба-;ок, малорастворимых в (А1) и образующих дополнительное количество эвтектики. Например, в ВИАМ сплавы системы А1—Си легировали 1,5...2 % Si (сплав ВАЛ15), действительно добиваясь некоторого умень-иения склонности к образованию горячих трещин. Однако при этом гроисходило заметное снижение характеристик пластичности из-за об-шования Si-содержащих фаз с неблагоприятной морфологией, а также каропрочности из-за высокой диффузионной подвижности кремния.

Такие тугоплавкие высокомодульные элементы и соединения в виде волокон, обладающие исключительно высокой, приближающейся к теоретической прочности, нашли применение в легких высокопрочных композиционных материалах для новых областей механики.

Крепление образца в захватах. Создание на основе высокопрочных армирующих волокон полимерных композиционных материалов порождает значительные трудности получения стабильных значений предела прочности при растяжении этих материалов [39]. Особенно они проявляются при испытании трехмерноармированных материалов, изготовленных на основе углеродных волокон. Опытные данные и характер разрушения образцов свидетельствуют о том, что сложность получения стабильных и воспроизводимых характеристик прочности при растяжении композиционных материалов обусловливается главным образом необходимостью надежного крепления образца в захватах испытательной машины (для исключения проскальзывания), а также влиянием формы и размеров образца. Учет этих факторов особенно необходим при испытании высокопрочных композиционных материалов. Проскальзывание образца в захватах приводит к появлению на его поверхности царапин, сколов и вмятин. Повторное нагружение образца после проскальзывания часто усугубляет эти дефекты и способствует разрушению образца в местах повреждения [23, 74]. Во избежание указанного явления используют различные дополнительные приспособления или устройства, которые усложняют

описанной выше (см. рис. 2.1). Применяя такие накладки, можно снизить концентрацию напряжений в местах приложения нагрузок и обеспечить более равномерную их передачу на образец. Длина накладок несколько (на 3—5 мм) превышает длину зоны нагружения образца, которая определяется исходя из предполагаемой прочности материала. Для высокопрочных композиционных материалов рекомендуется длина участка нагружения образца, равная приблизительно 50 мм. При нагружении по указанным схемам не обнаруживается заметной чувствительности определяемых характеристик к размерам образца (масштабному эффекту) [26].

Улучшение прочностных характеристик традиционных конструкционных материалов и использование новых высокопрочных композиционных материалов обусловило широкое распространение легких, изящных и экономичных тонкостенных конструкций в современном машиностроении. Для таких конструкций роль расчетов на устойчивость в общем цикле прочностных расчетов существенно возросла, ибо разрушение тонкостенной конструкции чаще всего связано с потерей ее общей устойчивости или устойчивости отдельных ее элементов.

Крепление образца в захватах. Создание на основе высокопрочных армирующих волокон полимерных композиционных материалов порождает значительные трудности получения стабильных значений предела прочности при растяжении этих материалов [39]. Особенно они проявляются при испытании трехмерноармированных материалов, изготовленных на основе углеродных волокон. Опытные данные и характер разрушения образцов свидетельствуют о том, что сложность получения стабильных и воспроизводимых характеристик прочности при растяжении композиционных материалов обусловливается главным образом необходимостью надежного крепления образца в захватах испытательной машины (для исключения проскальзывания), а также влиянием формы и размеров образца. Учет этих факторов особенно необходим при испытании высокопрочных композиционных материалов. Проскальзывание образца в захватах приводит к появлению на его поверхности царапин, сколов и вмятин. Повторное нагружение образца после проскальзывания часто усугубляет эти дефекты и способствует разрушению образца в местах повреждения [23, 74]. Во избежание указанного явления используют различные дополнительные приспособления или устройства, которые усложняют

описанной выше (см. рис. 2.1). Применяя такие накладки, можно снизить концентрацию напряжений в местах приложения нагрузок и обеспечить более равномерную их передачу на образец. Длина накладок несколько (на 3—5 мм) превышает длину зоны нагружения образца, которая определяется исходя из предполагаемой прочности материала. Для высокопрочных композиционных материалов рекомендуется длина участка нагружения образца, равная приблизительно 50 мм. При нагружении по указанным схемам не обнаруживается заметной чувствительности определяемых характеристик к размерам образца (масштабному эффекту) [26].

Другим важным фактором, который необходимо учитывать при создании высокопрочных композиционных материалов, применяемых в технических конструкциях, является зависимость

энергию разрушения, которая в зависимости от объемной доли и поверхностной обработки волокон колеблется от 50 до 100 кДж/м2. Стеклянные волокна обладают прочностью, аналогичной прочности углеродных и борных волокон, при более низком модуле упругости. Поэтому более высокая запасаемая энергия деформирования при разрушении стеклянных волокон обусловливает более высокую энергию разрушения стеклопластиков — около 100— 250 кДж/м2. Новые полиамидные волокна типа Кевлар обладают достаточно высокой прочностью и более высокой жесткостью, чем стеклянные, и разрушаются нехрупко, что дает значительный вклад в энергию разрушения материалов на их основе. Поэтому композиционные материалы на основе высококачественных волокон типа Кевлар обладают ударной вязкостью по Шарли, близкой к ударной вязкости стеклопластиков. В работе [132] измеряли ударную вязкость по Шарпи большого числа высокопрочных композиционных материалов и пришли к выводу, что характер диаграммы напряжение — деформация растяжения волокон в решающей степени определяет уровень энергии разрушения материала. Авторы этой работы одними из первых указали на перспективность использования разных волокон в одном материале, и в настоящее время гибридным материалом такого типа уделяется большое внимание. Цель комбинирования различных волокон— возможность реализации преимуществ отдельных типов волокон в гибридном материале и попытка снижения их недостатков, проявляющихся при использовании каждого волокна в отдельности. Например, можно снизить стоимость материалов на основе углеродных волокон без резкой потери их жесткости введением в них стеклянных волокон. Так как стеклопластики обладают более высокой деформацией при разрушении по сравнению с материалами на основе углеродных _ волокон, то комбинация стеклянных и углеродных материалов уменьшает вероятность катастрофического разрушения элементов конструкций по сравнению с материалами на основе только углеродных волокон. Кроме того, стеклянные волокна, обладающие более высокой деформацией при разрушении, могут эффективно останавливать рост трещины в гибридных материалах [134]. Высказывались предположения, что можно добиться эффекта синергизма в

вполне удовлетворителен, и работа разрушения хорошо согласуется с результатами, полученными методами линейной упругой механики разрушения. Некоторые типичные значения Кс для ряда высокопрочных композиционных материалов приведены на рис. 2.68. Исследования Бимона [120] показали, что для материалов на основе углеродных и борных волокон Кс прямо пропорционален объемной доле волокон.

Тепло- и электропроводность металлов почти на два порядка больше, чем у полимерных материалов и поэтому в случае металлов не возникает никаких проблем в отводе тепла от локального источника (например, в корпусах подшипников, плитах разъема). На практике при расчете теплопередачи к жидкостям через металлические стенки редко возникала необходимость принимать во внимание тепловое сопротивление стенки. Несколько отличная картина наблюдается в случае композиционных материалов, теплопроводность которых определяется теплопроводностью матрицы и армирующего наполнителя, причем и матрица, и наполнитель являются худшими проводниками, чем металлы, которые они могут заменять. Естественно, что с увеличением масштабов использования высокопрочных композиционных материалов появилась необходимость в получении информации об их теплофизических и электрических свойствах.

Средняя прочность на растяжение, измеренная при комнатной температуре в продольном направлении 140 000 фунт/кв. дюйм (98,4 кгс/мм2), меньше предсказанной на основе правила смеси. Внеосевая прочность также меньше ожидаемой для композиционного материала с титановой матрицей, однако на ней могла отразиться пониженная прочность в поперечном направлении подслоя борных волокон. Обнадеживающим фактором представляется малое снижение прочности при повышении температуры до 850° F (454° С). Значения деформации при разрушении незначительны и не указывают на столь эффективное использование волокон, как было установлено Царевым и др. [34] в композиционных материалах с меньшим количеством волокон. Это обстоятельство является особенно важным в связи с разработкой высокопрочных композиционных материалов и обсуждается в следующем разделе. Модули упругости^ определенные при растя-

Полимеры и пластики на их основе, относительно дешевые и производимые в больших объемах конструкционные материалы, сравнялись по их значению с металлами. Широкое использование и высокие темпы роста производства полимеров обусловлены в первую очередь разнообразием их механических свойств — от резин до жестких и высокопрочных композиционных материалов. В знаниях механических свойств таких материалов нуждается широкий круг специалистов с различной научной подготовкой для разных целей.