2014-02-09
946
Упрочнителями таких материалов являются волокна чистых неметаллических материалов (С, В) либо тугоплавких соединений (Аl2O3, ThO2, SiС) или же проволока из тугоплавких металлов - вольфрама, молибдена и др. Диаметр волокон может меняться от 1 до 50 мкм (нитевидные монокристаллы), а диаметр проволоки обычно составляет доли миллиметра. Длина волокон, как правило, в десятки раз превышает их диаметр. Волокнистые материалы - анизотропны, но мера различий свойств в разных направлениях зависит от объемной доли волокон (рис. 35). При одинаковой объемной доле упрочнителя более высокая прочность характерна для более длинных волокон. При высоких температурах длительная прочность волокнистых композитов выше, чем дисперсно-упрочненных или чем стареющих жаропрочных сплавов.
Рис. 35. Прочность композиционного сплава, армированного углеродным волокном:
1 - укладка в одном направлении; 2 - укладка в двух взаимно перпендикулярных направлениях
В промышленности волокнистые композиты используют большей частью для изготовления деталей простой формы (пластин, клиньев, колец и т.п.). Нашли применение волокнистые композиты с алюминиевой матрицей, армированной проволокой из коррозионностойких (нержавеющих) сталей либо борными и углеродными волокнами.
В алюминиевых композитах, армированных стальной проволокой диаметром 0,15 мм, достигаются значения sв = 3600 МПа при объемной доле волокон ~ 40 %, что примерно в 15 раз больше, чем у технического алюминия. Для повышения модуля упругости алюминиевых композитов используют борные волокна.
Таблица 17
Состав и свойства композитов
| Состав матрицы | Упрочнитель, % (об) | Длительная прочность при 1100 °С за 100 ч | Состав матрицы | Упрочнитель, % (об) | Длительная прочность при 1100 °С за 100 ч | ||||
| Cr | Ni | Cr | Ni | ||||||
| Дисперсионно-упрочненные композиты | Волокнистые композиты | ||||||||
| - - | 76,5 | 2,5 ThO2 2,5 ThO2 2,25 Y2O3 | 115*1 | 41 W 50 W + 0,91 ThO2 70 W + 2 ThO2 | 335*2 | ||||
____________________
*1 – длительная прочность при 1000 °С за 100 ч; *2 - длительная прочность при 1100 °С за 1000 ч
Применяются также волокниты на основе титановых сплавов. Для упрочнения применяют молибденовую проволоку, а также волокна WC и Аl2O3 при их объемной доле 25…30 %. Армированные титановые сплавы способны работать до 540 °С (так, например, деформация 0,2 % за 100 ч испытаний при 540 °С происходит при напряжении 70 МПа в сплаве матричного состава, а для композиционного материала с молибденовыми волокнами - при 350 МПа, а с волокнами из WC - при 380 МПа).
Наибольшее применение композиционные сплавы на алюминиевой и титановой основах находят в авиации и космической технике, где требуется высокая удельная прочность. Их применяют также в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.
Естественные композиционные материалы –
