Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 [ 97 ] 98 99 100 101 102 103

зиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон. Диаметр волокон колеблется от долей микрометров до сотен микрометров

Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные (Ов = 2500ч-3500 МПа, Е = 380-f--420 ГПа) и углеродные К == 1400 - 3500 МПа, Е = 160-450 ГПа) волокна, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модуль упругости. Так, волокна карбида кремния диаметром 100 мкм имеют Ов == 2500-3500 МПа; Е = 450 ГПа. Нередко в качестве волокон используют проволоку из высокопрочных сталей.

Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана.

Повышение жаропрочности никелевых сплавов до-.ггягается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют м в тех случаях, когда требуется высокая тепло- и электропроводность. Перспективными упрочнителями для высокопрочных и высокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбида бора и др., имеющих модуль нормальной упругости Е - 400-600 ГПа.

В табл. 10 приведены свойства некоторых волокнистых композиционных материалов.

Композиционные материалы на металлической основе обладают высокой прочностью (og, и жаро-

Таблица 10. Механические свойства композиционных материалов на металлической основе

прочностью, в то же время они малопластичны. Отличительной особенностью волокнистых композиционных материалов является анизотропия свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность к концентраторам напряжения. Волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исключают внезапное хрупкое разрушение.

В отличие от волокнистых композитов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций и тем повышают ее сопротивление деформации. Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100- 500 нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5-10 % (объемн.).

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов и редкоземельных металлов), не растворяющихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала до 0,9-0,95Тпл- В связи с этим такие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

Наиболее широко используют сплавы на основе алюминия САП.

САП состоит из алюминия и дисперсных чешуек AlgOg. Частицы AlgOg эффективно тормозят движение дислокаций и тем самым повышают прочность сплава. Содержание AlgOg в САП колеблется от 6-9 % (САП-1) и до 13-18 % (САП-3). С увеличением содержания AlgOg Og повышается от 300 для САП-1 до 400 МПа для САП-3, а относительное удлинение соот- ветственно снижается от 8 до 3,0 %. Плотность этис материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему по коррозионной стойкости и даже могут заменять титан и нержавеющие стали при работе в йн-

тервале температур 250-500 С. По длительной прочности и ползучести они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Большие перспективы у никелевых дисперсноупрочненных материалов. Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля с 2-3 % (объемн.) двуоксида тория (сплав ВДУ-1) или двуоксида гафния (ВДУ-2). При температуре 1200 °С сплав ВДУ-1 имеет Оюо = 75 МПа, а сплав ВДУ-2 55 МПа. Эти сплавы легко подвергаются ковке, штамповке и другим видам деформации.

Сплаеы с «эффектом памяти формы»

При напряжениях выше предела упругости после снятия нагрузки металл не воспроизводит первоначальные размеры и форму. Сравнительно недавно открыты сплавы, обладающие «эффектом памяти ф о р м ы». Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую Лорму или в результате нагрева (эффект памяти формы), или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость).

Так, если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямить при низкой температуре, то при повторном нагреве проволока вновь самопроизвольно закручивается в спираль.

Механизмом, определяющим свойства «памяти формы», является кристаллографически обратимое термоупругое мартенситное превращение - эффект Кур-дюмова.

Термоупругое мартенситное превращение сопровождается изменением объема, которое носит обратный характер, обеспечивая «память». В сплавах с «эффектом памяти формы» при охлаждении происходит рост термоупругих кристаллов мартенсита, а при нагреве их уменьшение или исчезновение.

Эффект «памяти формы» наиболее хорошо проявляется, когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов.

В настоящее время известно большое количество Двойных и более сложных сплавов с обратимым мартен-ситным превращением, обладающих в разной степени свойствами памяти формы: Ni-Al, Ni-Со, Ni-Ti, Ti-Nb, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Al-Ni и др.