2020-07-12
150
Металлические волокна или проволоки наиболее экономичны и часто являются очень эффективными армирующими материалами. Для композиционных материалов, работающих при низких и умеренных температурах, используют стальные и бериллиевые проволочные волокна; для композитов, эксплуатируемых при умеренных и высоких температурах, - вольфрамовые, молибденовые волокна и волокна из сплавов тугоплавких металлов.
Проволочные волокна из сталей
Наиболее часто для изготовления тонкой высокопрочной проволоки используют коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали аустенитного, аустенитно-мартенситного классов и мартенситно-стареющие стали. В процессе изготовления проволок по оптимальным технологиям получают проволоки со значительной степенью наклепа, иногда с мартенситной структурой, а иногда дополнительно упрочненные в процессе искусственного старения.
Свойства некоторых стальных волокон приведены в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Свойства некоторых стальных волокон
| Марка стали | Плотность r, г/см3 | Диаметр, df, мкм | Модуль упругости Е, ГПа | Средняя прочность sв , ГПа |
| Сталь ВНС-9 Мартенситно-стареющие стали Н13М10К16 Н8М18К14 | 7,8 8,0 8,0 8,0 | 100-300 – // – – // – – // – | 200 200 200 200 | 3,5 – 3,8 2,8 3,5 – |
|
|
|
Разупрочнение наклепанных стальных проволок происходит после выдержки при температурах 350…400°С. Исключение составляют проволоки из сталей ВНС-9, Н13М10К16, Н8М18К14, сохраняющие свои прочностные свойства до температур 450…500°С.
Вольфрамовые и молибденовые волокна и проволоки
Вольфрамовые волокна являются достаточно технологичными для изготовления композитов, эксплуатируемых при высоких температурах. Вольфрамовыми волокнами упрочняют жаропрочные никелевые и другие сплавы. Введение в вольфрам и сплавы на его основе дисперсных частиц (окись тория ThO2, карбидов) или легирующих элементов (Re, Ti, V и др.) позволяет существенно повысить жаропрочность и снизить ползучесть.
Свойства некоторых волокон на основе вольфрама, молибдена и их сплавов приведены в табл. 2.6.
Для повышения длительной прочности вольфрамовых волокон при высоких температурах на их поверхность наносят распылением тонкие барьерные покрытия (4…12 мкм) из карбидов титана и гафния, окислов алюминия и гафния и др. Наиболее эффективным является покрытие карбидом гафния (HfC), позволяющее избежать рекристаллизации вольфрамовых волокон при температуре 1100…1200°С в течение 1000 ч.
Сравнительная характеристика металлических волокон по удельной прочности и удельной жесткости приведена в табл. 2.7.
|
|
|
Таблица 2.6
Свойства некоторых волокон на основе вольфрама и молибдена
| Волокна | Диаметр, мм | sв, кгс/мм2 | δ, % | Е, ГПа |
| Волокна из W | 0,050 0,13 0,25 0,51 0,76 | 330 272 238 200 179 |
- 3 2,8 4,5 |
410 |
| W+ 3% ThO2 | 0,25 0,51 0,76 1,26 | 216 175 152 116 | 0,5 0,6 1,0 0,8 |
410 |
| W+26%Re | 0,25 | 303 | 3,0 | - |
| Mo+5%V Mo+5%Ti | 0,250 0,25 0,51 0,71 | 180-200 177 121 104 | 1,3 3,8 10,0 | 334 |
Таблица 2.7
Сравнительная характеристика металлических волокон
по удельной прочности и удельной жесткости
| Проволока | tпл, °С | Плот-ность r, г/см3 |  ,
кгс/мм2
| Е, кгс/мм2 | Удельная прочность
 /ρ
| Удель - ная жест-кость Е/ ρ |
| Бериллиевая Вольфрамовая Стальная Титановая | 1284 3400 1500 1668 | 1,84 19,3 7,8 4,5 | 100-130 420 360-400 150-200 | 29 000 40 000 20 000 12 000 | 55-65 21 5-51 33-41 | 15760 2073 2564 2666 |
