Домашнее задание для студентов 5 семестра
Исследуется
изменение паспортных характеристик
(
)
одной
и той же борной нити с номинальным
диаметром 0,14 мм в трех состояниях:
исходном
(индекс 1,
МПа,
=
16,3%,
мм);
после
нормальной поверхностной химической
обработки (индекс 2,
МПа,
=
14,3%,
мм);
после
глубокой поверхностной химической
обработки (индекс 3,
МПа,
=
15,2%,
мм).
Легко заметить, что влияние химической обработки проявилось в уменьшении диаметра волокна и росте его средней прочности. В этих трех состояниях волокно совмещалось с металлической матрицей. В качестве матричных материалов, которые в виде тонкой пленки жидкофазным методом (пултрузия) наносились на поверхность нити, выбраны алюминиевые сплавы, составы которых приведены в таблице 2. Примерное равенство условий теплового воздействия обеспечивалось тем, что жидкий металл был минимально перегрет: АД1 до температуры 943 К (670°С), АД33 до температуры 943 К (670°С) и АЛ2 до температуры 873 К (600°С). Таким образом, перегрев относительно ликвидуса составлял 10-20°С. Как видно из таблицы 2, сплав АД1 – это технически чистый алюминий, в сплаве АД33 основным легирующим компонентом является магний, а в сплаве АЛ2 – кремний.
Во всех случаях скорость протягивания варьировали в таких пределах, что время нахождения волокна в тигле с расплавом равнялась 0,25, 0,4 и 0,5 секунды. Индексация каждого опыта дана в таблице 3. Здесь в первом столбце – индекс нити, во втором – индекс сплава покрытия, в третьем – длительность контактирования волокна и расплава матрицы. Таким образом, достигнута возможность исследовать эволюцию прочности одной и той же борной нити в 30-ти различных состояниях: от электрохимического стравливания поверхностного слоя без интенсивного теплового воздействия до физико-химического взаимодействия с различными по составу жидкими сплавами на основе алюминия в условиях интенсивного нагрева.
Экспериментальное определение статистических характеристик борной нити и нахождение корректных аналитических описаний вероятности разрушения провести по методике, описанной в пособии к лабораторной работе №5.
Таблица 2
Химический состав сплавов
Сплав |
Al |
Cu |
Mg |
Mn |
Fe |
Si |
Zn |
Ti |
Cr |
др. примеси |
АД 1 |
не менее 99,30 |
до 0,05 |
до 0,05 |
до 0,025 |
до 0,025 |
до 0,3 |
до 0,1 |
до 0,15 |
|
|
АД 33 |
основа |
0,15-0,48 |
0,8-1,2 |
до 0,15 |
до 0,7 |
0,4-0,8 |
до 0,25 |
до 0,15 |
0,15-0,35 |
до 0,1 |
АЛ 2 |
основа |
до 0,6 |
до 0,1 |
до 0,5 |
до 1,0 |
10,0-13,0 |
до 0,3 |
до 0,1 |
|
до 2,1 |
База испытаний образцов составляла 25 мм, количество образцов в каждом опыте – около 100 штук. Около 20% образцов каждой партии отбирались случайным образом для изучения характера излома и выявления источника разрушения
Результаты измерения прочности представлены в таблице 4 в виде упорядоченных рядов.
Таблица 3 Шифры опытов
1 / 4046-3-3/ - исходная нить нетравленная |
||||
2 / 4046-3-1 / - улучшенная нить нормального травления (стравливание поверхностного слоя толщиной 1,5 мкм) |
||||
3 / 4046-3-2 / - улучшенная нить глубокого травления (стравливание поверхностного слоя толщиной 2,2 мкм)
|
||||
Время в расплаве Покрытие |
0,25 с |
0,4 с |
0,5 с |
|
|
|
АД 1(943 К) |
1-1-1 2-1-1 3-1-1 |
1-1-2 2-1-2 3-1-2 |
1-1-3 2-1-3 3-1-3 |
|
|
АЛ 2 (873 К) |
1-2-1 2-2-1 3-2-1 |
1-2-2 2-2-2 3-2-2 |
1-2-3 2-2-3 3-2-3 |
|
|
АД ЗЗ (943 К) |
1-3-1 2-3-1 3-3-1 |
1-3-2 2-3-2 3-3-2 |
1-3-3 2-3-3 3-3-3 |
И
ндекс
нити Длительность контактирования с
И ндекс сплава жидким металлом
В таблице 5 приведены начальные и конечные диаметры борной нити, даны характеристики причин разрушения (установлена преобладающая популяция дефектов, вызвавшая разрушение).
Задачами при выполнении домашних заданий являются:
Таблица 4
Экспериментальные значения разрушающих напряжений и частоты их попадания в указанные интервалы напряжений
Шифр опыта |
Р а з р у ш а ю щ е е н а п р я ж е н и е, х 10-1, МПа |
N |
|||||||||||||||||||||||||
140 |
160 |
180 |
200 |
220 |
240 |
260 |
280 |
300 |
320 |
340 |
360 |
380 |
400 |
420 |
440 |
460 |
480 |
500 |
520 |
540 |
560 |
580 |
600 |
620 |
|||
1 |
n |
|
|
4 |
|
4 |
5 |
9 |
11 |
19 |
23 |
17 |
4 |
2 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
1-1-1 |
n |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
6 |
15 |
14 |
37 |
15 |
4 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
1-1-2 |
n |
|
|
1 |
|
1 |
2 |
4 |
12 |
20 |
33 |
7 |
5 |
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
89 |
1-1-3 |
n |
|
1 |
|
|
1 |
|
9 |
19 |
26 |
31 |
11 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
1-2-1 |
n |
1 |
|
1 |
3 |
2 |
1 |
9 |
13 |
31 |
19 |
14 |
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
1-2-2 |
n |
|
|
|
|
1 |
1 |
2 |
18 |
30 |
23 |
19 |
4 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
1-2-3 |
n |
|
|
1 |
|
3 |
1 |
8 |
23 |
27 |
30 |
12 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108 |
1-3-1 |
n |
|
|
1 |
|
2 |
1 |
6 |
16 |
23 |
30 |
12 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
1-3-2 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
9 |
25 |
19 |
25 |
12 |
5 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
1-3-3 |
n |
1 |
|
|
|
|
2 |
1 |
4 |
4 |
14 |
24 |
30 |
11 |
2 |
1 |
3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
98 |
2 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
4 |
7 |
10 |
6 |
10 |
13 |
18 |
9 |
10 |
4 |
3 |
2 |
|
1 |
|
102 |
2-1-1 |
n |
1 |
|
3 |
2 |
1 |
3 |
7 |
4 |
14 |
16 |
21 |
17 |
5 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96 |
2-1-2 |
n |
|
|
1 |
6 |
5 |
3 |
9 |
5 |
16 |
30 |
11 |
4 |
2 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
95 |
2-1-3 |
n |
|
2 |
3 |
5 |
11 |
12 |
8 |
10 |
12 |
25 |
5 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
95 |
2-2-1 |
n |
|
|
|
|
3 |
2 |
3 |
8 |
9 |
11 |
15 |
16 |
14 |
7 |
6 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
98 |
2-2-2 |
n |
|
|
|
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
17 |
16 |
18 |
21 |
7 |
7 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
2-2-3 |
n |
|
|
|
1 |
8 |
2 |
2 |
7 |
17 |
33 |
13 |
5 |
5 |
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
96 |
2-3-1 |
n |
|
|
|
|
|
|
5 |
2 |
8 |
8 |
23 |
15 |
15 |
10 |
5 |
2 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
97 |
2-3-2 |
n |
|
|
|
|
3 |
|
5 |
9 |
16 |
12 |
8 |
7 |
8 |
8 |
5 |
4 |
4 |
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
92 |
2-3-3 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
9 |
6 |
16 |
15 |
30 |
11 |
5 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
99 |
3 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
9 |
2 |
8 |
5 |
8 |
6 |
7 |
14 |
13 |
19 |
9 |
|
|
|
|
|
103 |
3-1-1 |
n |
|
|
|
|
|
|
3 |
7 |
11 |
19 |
25 |
12 |
8 |
11 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
3-1-2 |
n |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
4 |
11 |
18 |
31 |
22 |
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96 |
3-1-3 |
n |
|
|
|
|
4 |
1 |
5 |
6 |
11 |
28 |
17 |
5 |
12 |
4 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
97 |
Таблица 4 (продолжение)
Шифр опыта |
Р а з р у ш а ю щ е е н а п р я ж е н и е, х 10-1, МПа |
N |
|||||||||||||||||||||||||
140 |
160 |
180 |
200 |
220 |
240 |
260 |
280 |
300 |
320 |
340 |
360 |
380 |
400 |
420 |
440 |
460 |
480 |
500 |
520 |
540 |
560 |
580 |
600 |
620 |
|||
3-2-1 |
n |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
2 |
3 |
8 |
21 |
8 |
11 |
11 |
3 |
8 |
5 |
3 |
9 |
1 |
3 |
1 |
|
|
1 |
100 |
3-2-2 |
n |
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
4 |
9 |
16 |
18 |
14 |
16 |
5 |
3 |
2 |
|
2 |
1 |
2 |
1 |
1 |
|
|
97 |
3-2-3 |
n |
|
|
|
|
3 |
7 |
4 |
|
10 |
19 |
22 |
18 |
7 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
94 |
3-3-1 |
n |
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
5 |
9 |
19 |
13 |
10 |
7 |
11 |
11 |
5 |
4 |
|
1 |
|
|
|
|
|
101 |
3-3-2 |
n |
|
|
|
1 |
2 |
|
1 |
1 |
6 |
7 |
13 |
17 |
13 |
12 |
7 |
8 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
92 |
3-3-3 |
n |
|
|
1 |
|
3 |
1 |
2 |
3 |
8 |
9 |
18 |
10 |
13 |
20 |
2 |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
95 |
Таблица 5