Материала армированного

Методом прессования изготовляли композиционный материал на основе алюминия, упрочненного нитевидными кристаллами карбида кремния [2021. В качестве матрицы применяли алюминиевый сплав AlMgSil (0,6—1,4% Mg; 0,6-4,6% Si; 0—1,0% Mn; 0—0,3% Cr; до 0,1% Си; до 0,5% Fe; до 0,2% Ti; до 0,2% Zn) и нитевидные кристаллы р — SiC. Заготовки под прессование получали методом пропитки. Количество нитевидных кристаллов в заготовках с хаотически расположенными кристаллами составляло 15—20 об. %, а в заготовках с ориентированными кристаллами достигало 25 об.%. Прессование осуществлялось на лабораторном прессе с обогреваемыми стальными матрицами. Температура матриц при прессовании изменялась от 450 до 630° С. Наиболее высокие свойства композиционного материала были получены при прессовании заготовок с предварительно ориентированными нитевидными кристаллами. После прессования такие заготовки, содержащие 23 об.% нитевидных кристаллов карбида кремния, имели предел прочности 38—44 кгс/мм2. Последующая термическая обработка повышала их прочность до 53—61 кгс/мм2. Анализируя результаты исследования механических свойств композиционного материала алюминиевый сплав AlMgSil —нитевидные кристаллы карбида кремния, полученного методом пропитки под давлением и прессованием, следует сделать вывод о том, что даже при прессовании заготовки с предварительно ориентированными нитевидными кристаллами определенная часть нитевидных кристаллов разрушается. Об этом свидетельствует значительно более высокий уровень прочности композиционного материала, полученного методом пропитки достигающий после термической обработки 80 кгс/мм2.

Метод экструзии применяли также для изготовления предварительных заготовок композиционного материала алюминиевый сплав 7075 (0,5% Si; 0,7% Fe; 1,2—2,0% Си; 5,1—6,1% Zn; 0,3% Mn; 2,1—2,9% Mg; 0,2% Ti, 0,18—0,4% Cr) —нитевидные кристаллы карбида кремния [225]. Смесь для прессования содержала порошок алюминиевого сплава 7075 с размером частиц 400 меш и 20 об.% нитевидных кристаллов карбида кремния, имеющих длину 100—700 мкм. Кроме того, в эту смесь добавляли пластификатор, позволяющий осуществлять прессование при комнатной температуре. Наилучшие результаты данной работы были получены при использовании в качестве пластификатора двухпроцентной водной суспензии метилцеллюлозы. Прессование проводили в матрицах с круглой, диаметром 1 мм и квадратной, со стороной квадрата о,86 мм формой очка. Размеры очка были выбраны с учетом длины нитевидных кристаллов. Входной угол был равен 60°, а коэффициент экструзии — 350. Полученные предварительные заготовки затем укладывали в пресс-формы

В табл. 42 приведены значения коэффициента Пуассона и модуля упругости материала алюминиевый сплав 1100 — волокно борсик диаметром 110 мкм. Расчет коэффициента Пуассона производили по диаграмме напряжение—деформация. Поскольку на полученной кривой имеются две области: линейная (в пределах упругой области) и нелинейная (область, где матрица пластически деформируется), в таблице даны значения коэффициента Пуассона для обеих областей. В табл. 43 приведены типичные свойства

МОДУЛЬ НОРМАЛЬНОЙ УПРУГОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТ ПУАССОНА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 1100 —

ХАРАКТЕРИСТИКИ СЖАТИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 6061 - БОРНОЕ ВОЛОКНО (ДИАМЕТРОМ ПО мкм) [94, 108, 177]

' Предел прочности в поперечном направлении одноосноармированного композиционного материала алюминиевый сплав 6061 — 50 об. % борного волокна диаметром 144 мкм в термообработанном состоянии при 20° С составляет 30 кгс/мм2, а при 200° С — 19 кгс/мм2

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 6061 — БЕРИЛЛИЕВАЯ ПРОВОЛОКА [1, 210]

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 6061 — Be В НАПРАВЛЕНИЯХ ПОД УГЛОМ К ОСИ УКЛАДКИ ВОЛОКОН [210]

Исследование поперечного сечения композиционного материала алюминиевый сплав 2024-В с выходом на поверхность волокон бора в водных растворах хлоридов показало, что по сравнению с неармированным сплавом 2024 этот материал подвержен значительной локальной коррозии как в напряженном состоянии, так 228

128. Механические свойства композиционного материала алюминиевый сплав 6061— бериллиевая проволока (42J

129. Механические свойства композиционного материала алюминиевый сплав 6061—Be в направлении под углом к оси укладки волокон [42

ная формула приведена в работе [76]. При неучете тратеверсальной податливости материала, армированного пря-

Рассмотрим для сравнения наиболее характерные схемы, целесообразность которых продиктована условиями на-гружения композита. Геометрические параметры пространственной структуры материала, армированного прямолинейными волокнами согласно выбранным схемам, приведены в табл. 3.11. В отличие от плоского армирования в рассматриваемых структурах выделено несколько плоскостей, параллельно которым ориентированы направления двух—четырех семейств волокон. Доля армирующих волокон, относящаяся к каждому семейству, принята одинаковой. Вследствие этого

Между рассмотренными вариантами армирования имеется принципиальное различие в их целевом предназначении. Для создаваемых на их основе композиционных материалов проектируется либо повышение жесткости на растяжение, либо улучшение сдвиговых свойств в определенной плоскости, либо их совместное увеличение во всем объеме. Так, у материалов, армированных в трех ортогональных направлениях согласно варианту 1, следует ожидать наибольшие значения модулей упругости в этих направлениях по сравнению со всеми остальными вариантами пространственного армирования. Такое же утверждение относительно модулей сдвига в трех главных плоскостях упругой симметрии следует для композиционного материала, армированного по варианту 3 с шестью направлениями армирования.

Сдвиговые свойства пространственно-армированного композиционного материала оценивают в двух аспектах. Во-первых, выявляют возможности использования существенно повышенной сдвиговой жесткости трехнаправлен-ного ортогонально-армированного материала в одной из неглавных плоскостей упругой симметрии материала. Поэтому целесообразно ориентировать оси материала в конструкции так, чтобы сдвиговое нагружение происходило в плоскости Г2', повернутой относительно осей 12 на угол 45° вокруг оси 3. При этом в двух других ортогональных к Г2' плоскостях сохраняется плохое сопротивление сдвигу. Во-вторых, оценивают возможность повышения сдвиговых свойств за счет косоугольного равновесного армирования в трех ортогональных плоскостях. В этом случае число направлений армирования становится равным шести и более; коэффициент армирования по сравнению с трех- и четырехнаправленным материалом снижается, что, в свою очередь, не приводит к ожидаемому эффекту повышения сдвиговой жесткости в трех ортогональных плоскостях.

Для проверочного расчета в целях прогнозирования упругих констант многонаправленного материала, армированного по вариантам 1—8 (см. табл. 3.11), используются данные работы [41 ], полученные методом усреднения жесткостей. В целях удобства анализа данные отнесены к значению модуля упругости и сдвига ортогонально-армированного в трех направлениях материала (рис. 3.14). Из диаграммы следует, что никакое армирование, приводящее к кубической симметрии упругих свойств, не позволяет получить значение модуля Юнга вдоль главных осей упругой симметрии большим, чем в материале, армированном в трех направлениях,

Характерно, что у четырехнаправ-ленного композиционного материала, армированного по варианту 2, все три модуля сдвига в главных плоскостях кубической симметрии являются максимальными, и их значения выше, чем у материалов, армированных по другим вариантам табл. 3.11.

Коэффициент Пуассона у четырех-направленного материала (вариант 2, табл. 3.11), как следует из рис. 3.14, наибольший. Его значение существенно выше, чем у ортогонально-армированного и изотропного композиционных материалов. Условные значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона при одном и том же предельном значении is, как видно из рис. 3.14, осциллируют при п ~> 6 относительно их значения, соответствующего изотропному композиционному мате-

риалу с шестью направлениями армирования. Исходя из данных рис. 3.14 и того, что коэффициент армирования материала снижается с увеличением п, можно допустить, что значения упругих характеристик равновесного пространственно-армированного прямыми волокнами материала при п > 6 асимптотически приближаются к значениям упругих констант изотропного хаотически армированного материала. Коэффициент армирования последнего зависит от уплотнения волокон и в пределе может достичь значения 0,25—0,35.

Расчетные оценки модулей упругости и сдвига пространственно-армированного композиционного материала с равномерной по углу плотностью распределения волокон можно найти в работе [44]. Из их анализа при допущении, что коэффициент Пуассона армирующего и связующего материалов равен 1/4, можно получить простые расчетные формулы для модулей Юнга и сдвига изотропного по эффективным свойствам материала:

Данный метод расчета упругих характеристик не исключает многозначности полученных оценок. Дело в том, что плоскость армирования ij, параллельно которой выполняется условное деление композиционного материала на слои, может быть перпендикулярна любому из трех направлений армирования. При этом расхождение в значениях упругих констант, рассчитанных для направлений, параллельных плоскости слоя, как это будет показано в дальнейшем, незначительно, и им можно пренебречь. Формулы для расчета упругих констант материала, армированного системой трех нитей, через технические постоянные слоя приведены в табл. 5.1. Они получены из (5.3)— (5.5) при делении материала на слои параллельно плоскости 12 с учетом соотношений симметрии между константами смежных слоев: ац = djj, uii = &ii> °is = dja и «зз = d33, когда t, /=1, 2 и i=?j. Вхэтом случае слои, содержащие волокна направлений 1 и 3, а также 2 и 3, имеют одинаковый коэффициент армирования в

теристик композиционных материалов в зависимости от свойств компонентов выделим один частный случай, соответствующий широкому диапазону изменения коэффициента Пуассона матрицы. Для этого рассмотрим зависимости (5.42)—(5.45) для упругих характеристик материала, армированного плоскими слоями арматуры. Выбор этих зависимостей обусловлен отсутствием погрешностей при моделировании такого материала слоистой средой. Границам изменения коэффициента Пуассона vc соответствуют значения этого коэффициента для материала арматуры (vc = va) и для несжимаемого материала (vc = 0,5). Типичные кривые, характеризующие изменения констант материала в зависимости от параметра vc, представлены на рис. 5.9. Характерно, что модуль упругости и коэффициент Пуассона в плоскости, параллельной слоям,