книги из ГПНТБ / Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами

Таким образом, зная необходимый для достижения требуемых свойств композиции объем армирующих волоко1Н, можно быстро рассчитать параметры заготовки, пользуясь построенной на основании этой формулы но­ мограммой (рис. 68).

[После определения числа слоев и общей толщины заготовки огюеделяют толщину пластин матпичного ма­ териала, которые • могут быть равными или различ­ ными по толщине, в зависи­ мости от состава и назначе­ ния композиции, режима деформации и условий сбор­

ки заготовки.

Содержание волокон Vg,°/o(o5ъеш.)

следует определять, вводя поправочный коэффициент К

141

Рис. 70. Два варианта расположения в плоских заготовках [94]

Рис. 71. Плоские заготовки с однослойным а и многослой­

12 3

кладочный элемент из матрич­ ного материала

142

доли волокон 1/В) т . е. нецелесообразно, так как вве­ дение волокон весьма трудоемкая и ответственная опе­ рация. Кроме тото, авторы этой работы установили верхние пределы объемной доли волокон при различных схемах послойного расположения волокон (рис. 70). Наибольшую объемную долю волокон 0,907 допускает схема б, когда волокна в соседних слоях расположены

ны (рис. 71). Способ весьма сложен в связи с необходи­ мостью предварительного рифления фольги, сохранения

батывают прокаткой, сваркой взрывом либо (при отно­ сительно небольших размерах в плане) сваривают в нагретом состоянии при выдержке под давлением на вертикальных прессах.

При рассмотренных способах получения плоских за­ готовок объемную долю волокон варьируют диаметром, шагом укладки и числом слоев волокон, а также тол­ щиной матричных слоев.

Трубные и прутковые заготовки обрабатываются прокаткой, прессованием и волочением. Ниже рассмот­ рим основные способы получения этих видов заготовок

Весьма эффективной следует считать схему получе­ ния прутковых и проволочных заготовок, заключаю­ щуюся в получении весьма тонких армированных полос с последующим свертыванием их в плотный рулон (рис. 73), применяемых, например, для армирования

* Пат. (Франция), кл. В23р, В32в, № 1584400, 1969.

143

нержавеющих сталей волокнами из вольфрама или молибдена [95].

Аналогичный принцип несомненно может быть поло­

ки). Для предварительной'фиксации положения воло­ кон можно использовать любые адгезионные вещества, которые при нагреве под прокатку или прессование лег­ ко удаляются и не препятствуют схватыванию матрицы

иволокон (например, целлюлозный цемент).

Впрутковых заготовках объемная доля волокон определяется толщиной стенки трубы (внешней обо­ лочки), а также соотношением компонентов в биметал­

другими способами. Например, мерная резка биметал­ лической нити с оболочкой из матричного материала и средцевиной из армирующего материала позволяет

5

Рис. 74. Сечение прутковой а и трубной б загото­ вок, полученных с помощью набора биметалличе­

ских нитей:

1—трубки из матричного материала; 2 — биметал­ лические нити

товки, размещенной в полости трубки (оболочки) из матричного материала, либо между двумя трубками (внешней и внутренней), что иллюстрируется рис. 74.

Еще один вид трубных заготовок, армированных волокнами, показан на ри.с. 75. Волокно в один или

144

несколько рядов вводится в виде спирали, располагаю­ щейся между соосными трубками, представляющими собой матричные слои. Для более правильной навивки волокна можно предварительно нарезать резьбу на внешней поверхности трубки, на которую производится навивка. 'В задней части трубной заготовки предусмат­ ривается неармированный участок, который после полу­ чения трубы отрезается вместе с задней заглушкой, как и короткий передний участок трубы вместе с передней заглушкой. Предотвращение попадания рабочей масля­ ной жидкости в зону схватывания при гидропрессова­ нии заготовки можно обеспечить сваркой по заднему торцу. Тогда не нужно предусматривать холостой, неар-

2 3 4 5

3 4 5 8

схватывание волокон с матрицей и слоев матрицы меж­ ду собой происходит при относительно небольших зна­ чениях степени деформации, и неармированная часть трубы оказывается небольшой. При получении трубных армированных изделий со спиральным расположением волокон прокаткой или волочением элементы заготовки / и 6, показанные на рис. 75 а, отсутствуют.

Получать заготовки армированных материалов мож­ но по схемам, аналогичным обработке порошковых и гранулированных материалов [96, 97].

145

Рис. 76. Армированные гранулы

Для получения армированных гранул используются различные процессы и их комбинации. Например, цилиндрические армированные гранулы (рис. 76) можно изготовлять мерной резкой биметаллической нити. Эта

146

тор работает в диапазоне частот 100—200 Гц и с ампли­ тудами колебаний 5—50 мкм [99]. Применяются коле­ бания, осевые по отношению к волокнам, ориентирую­ щимся в одном (долевом) направлении.

Армированные заготовки можно получать и электро­ литическим способом. На вращающуюся в ванне оправ­ ку (катод) наматываются волокна. Одновременно с неподвижного анода осаждается матричный металл. Указанным способом можно получать заготовки из ме­ ди, армированной волокнами проволоки из нержавею­ щей стали, а также заготовки из сплавов системы Ni— Сг, армированных вольфрамовой или молибденовой проволокой [100].

2. ПОЛУЧЕНИЕ АРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ПРОКАТКОЙ И ВОЛОЧЕНИЕМ

Наиболее производителен процесс производства ар­ мированных полуфабрикатов прокаткой и волочением. Совместная пластическая деформация сборных загото­ вок производится с целью получения компактных арми­ рованных материалов. При этом следует учитывать множество факторов, главным из которых является способность материала волокон к пластической дефор­ мации. Наиболее часто методами пластической дефор­ мации получают материалы, армированные различными металлическими и неметаллическими дискретными во­ локнами, длина которых значительно превышает крити ческую. Металлические непрерывные волокна деформи­ руются в сборных заготовках со степенями обжатий,

147

значительно превышающими значения, характерные для тех же волокон, деформируемых отдельно при той же температуре. Это объясняется с позиций теории сов­ местной пластической деформации разнородных ме­ таллов и теории плакирования [101] следующим образом.

Деформация малопластичного компонента (в дан­ ном случае волокон) в пластичной оболочке возрастает, так как пластичный матричный, металл внедряется в М'икроучастки зародышей повреждений волокон и «залечивает» их, что способствует повышению допусти­ мой деформации волокон. При выборе режима дефор­ мации сборных заготовок -необходимо знать допусти­ мую деформацию в направлении вдоль волокон, чтобы исключить возможность не только их разрушения, но и ослабления, а также правильно определить температуру деформации, при которой должна обеспечиваться отно­ сительно высокая способность волокон к деформации, НО' не должна снижаться их прочность. Кроме того, ог­ ромное значение имеет знание особенностей течения ар­ мированного материала при деформации. Это позволит добиться оптимальной упаковки волокон в материале предотвратить непосредственный контакт волокон, часто приводящий к их повреждениям.

Волокна с покрытием легко хранить и готовить к сборке. Практически можно рекомендовать применение воло­ кон с покрытиями при объемных долях волокон выше 30%, так как при большом содержании арматуры кон­ такт волокон весьма вероятен даже в случае правиль­ ной их укладки при сборке заготовок из-за неравномер­ ности деформации, особенно во время обработки круп­ ных заготовок.

Прокатка заготовок с волокнами должна обеспечи­ вать прочное соединение компонентов между собой и получение армированных листовых полуфабрикатов оп­ ределенной толщины с определенными прочностными, пластическими и другими характеристиками.

Технология производства листовых армированных полуфабрикатов имеет много общего с технологией производства биметаллических листов, но в отличие от

148

рица. Режимы прокатки многих разнородных (пластич­ ных материалов изучены достаточно подробно, так что проблемы соединения матричных слоев .во многих слу­ чаях ;не существует. Сложнее обстоит дело с обеспече­ нием схватывания (матрицы с волокном, так как, вопервых, механические свойства армирующих волокон значительно отличаются от свойств (прочных и твердых компонентов биметаллов, во-вторых, размер волокон по сравнению с величиной слоя в биметаллических лис­ тах ничтожно мал, а суммарная величина поверхности схватывания велика. В процессе деформации заготовки армированного материала компоненты в начальной ста­ дии (когда еще нет схватывания компонентов) дефор­ мируются явно неодинаково, кроме того, более твердые волокна вдавливаются в более 'мягкую матрицу, и схва­ тывание может произойти даже при отсутствии дефор­

разцы, а также подробные результаты испытаний изло­ жены в гл. IV), полученных поперечной прокаткой. Кроме того, (прокатывали многослойные образцы из мат­ ричных материалов в тех же условиях. Перед прокаткой производили очистку поверхностей компонентов по опти­ мальным режимам. Переменными параметрами прокат­ ки были температура и степень деформации.

Температуру деформации необходимо выбирать с учетом природы волокон. При исследовании пары алю­ миний и его сплавы — нержавеющая сталь необходимо иметь в виду, что разупрочнение волокон может прои­ зойти при температурах выше 450°С '(стали марок 2Х15Н5АМЗ, ЭП322 и Х18Н9) либо выше 400°С (стали марок Х18Н9Т и Х18Н10Т). При температурах 250—

* В данном случае поперечная прокатка означает прокатку в на­ правлении, перпендикулярном по отношению к расположению воло­ кон в заготовке.

149

450 н 200—400°С соответственно прочность волокон из этих сталей может даже повышаться в результате ста­ рения [31]. Для большей надежности режима ориенти­ ровочной была признана температура 4О0°С. Результаты экспериментов приведены на рис. 79—82.

Последующие эксперименты с образцами из различ­ ных сплавов «а основе алюминия, плакированными сплавом АД-'l, показали, что оптимальные параметры

150