Главная  Промышленность 

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

бв, МПа

Е,та


200 -

D 100 200 т т t°c

Рис. 13.35. Зависимость временного сопротивления (-) и модуля упругости

(---) композиционного материала ВКА-1

в сравнении со сплавами В95 и АК4-1 от температуры испытания

прочность > 50 км. Хорошая совместимость магния и его сплавов с борным волокном, с одной стороны, позволяет изготовлять детали методом пропитки практически без последующей механической обработки, с другой-обеспечивает большой ресурс работы деталей при повышенных температурах. Удельная прочность этих материалов повышается благодаря применению в качестве матрицы сплавов, легированных легким литием, а также в результате использования более легкого углеродного волокна. Но, как было указано ранее, введение углеродного волокна осложняет технологию и без того нетехнологичных сплавов. Как известно, магний и его сплавы обладают низкой технологической пластичностью, склонностью к образованию рыхлой оксидной пленки.

При создании композиционных материалов на титановой основе встречаются трудности, вызванные необходимостью нагрева до высоких температур. При высоких температурах титановая матрица становится очень активной; она приобретает способность к газопоглощению, взаимодействию с многими упрочнителями: бором, карбидом кремния, оксидом алюминия и др. В результате образуются реакционные зоны, снижается прочность как самих воло-

кон, так и композиционных материалов в целом. И, кроме того, высокие температуры приводят к рекристаллизации и разупрочнению многих армирующих материалов, что снижает эффект упрочнения от армирования. Поэтому для упрочнения материалов с титановой матрицей используют проволоку из бериллия и керамических волокон тугоплавких оксидов (AI2O3), карбидов (SiC), а также тугоплавких металлов, обладающих большим модулем упругости и высокой температурой рекристаллизации (Мо, W). Причем целью армирования является в основном не повышение и без того высокой удельной прочности, а увеличение модуля упругости и повышение рабочих температур. Механические свойства титанового сплава ВТ6 (6% А1, 4% V, остальное А1), армированного волокнами Мо, Be и SiC, представлены в табл. 13.9. Как видно из таблицы, наиболее эффективно удельная жесткость повышается при армировании волокнами карбида кремния.

Армирование сплава ВТ6 молибденовой проволокой способствует сохранению высоких значений модуля упругости до 800 °С. Его величина при этой температуре соответствует 124 ГПа, т. е. снижается на 33%, тогда как временное сопротивление разрыву при этом уменьшается до 420 МПа, т. е. более чем в 3 раза.

ТАБЛИЦА 13.9. Механические свойства композиционного материала на основе сплава ВТ6

Упрочнитель

SiC*

30 33 25

2300 1050 2550

Композиционный материал

6,25 4,3

1400 1050 910

22 23

200, 168 210

Матрица - технический титан.



Основная задача при создании композиционных материалов на никелевой основе (ВКН) заключается в повышении рабочих температур выше 1000 °С. И одним из лучших металлических упрочнителей, способных обеспечить хорошие показатели прочности при столь высоких температурах, является вольфрамовая проволока. Введение вольфрамовой проволоки в количестве от 40 до 70 об. % в сплав никеля с хромом обеспечивает прочность при 1100°С в течение 100 ч соответственно 130 и 250 МПа, тогда как лучший неармиро-ванный никелевый сплав, предназначенный для работы в аналогичных условиях, имеет прочность 75 МПа. Использование для армирования проволоки из сплавов вольфрама с рением или гафнием увеличивает этот показатель на 30-50%.

Композиционные материалы применяют во многих отраслях промышленности и прежде всего в авиации, ракетной и космической технике, где особенно большое значение имеет снижение массы конструкций при одновременном повышении прочности и жесткости. Благодаря высоким удельньпи характери-

стикам прочности и жесткости их используют при изготовлении, например, горизонтальных стабилизаторов и закрылков самолетов, лопастей винтов и контейнеров вертолетов, корпусов и камер сгорания реактивных двигателей и др. Использование композиционных материалов в конструкциях летательных аппаратов уменьшило их массу на 30-40%, увеличило полезную нагрузку без снижения скорости и дальности полета.

В настоящее время композиционные материалы применяют в энергетическом турбостроении (рабочие и сопловые лопатки турбины), автомобилестроении (кузова автомобилей и рефрижераторов, детали двигателей), машиностроении (корпуса и детали машин), химической промышленности (автоклавы, цистерны, емкости), судостроении (корпуса лодок, катеров, гребные винты) и др.

Особые свойства композиционных материалов позволяют использовать их в качестве электроизоляционных материалов (органоволокниты), радиопроз-рачньк обтекателей (стекловолокниты), подшипников скольжения (карбоволок-ниты) и других деталей.



Глава 14. МАТЕРИАЛЫ, УСТОЙЧИВЫЕ

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

14.1, Коррозионно-стойкие материалы

Конструкционные материалы при эксплуатации в коррозионной среде должны обладать не только определенными механическими свойствами, но также высокой коррозионной стойкостью. Процессу коррозии наиболее подвержены металлы и сплавы, что объясняется ш большой химической активностью и высокой электропроводимостью.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию

Oj -I- 2Н2О -1- 4e.i40H-; (14.2) 2Н+-1-2е.±Н2. (14.3)

Пока коррозионный элемент разомкнут, на анодных и катодных участках реакции в прямом и обратном направлениях идут с одинаковой скоростью-обратимо. Изменение термодинамического потенциала этих реакций AGf определяет обратимый электродный потенциал Кобр. Обратимые электродные потенциалы зависят от характера электролита и температуры. Их рассчитывают по термодинамическим функциям. Для сравнительной оценки электрохимической стабильности металлов используют стандартный обратимый электродный потенциал Уфр, рассчитанный для температуры 25 °С и активности (концентрации) собственных ионов в водном растворе, равной единице.

Ион. .

А13+ Zn2+ -1,63 -0,76

Fe2+ Sn2 -0,44 ~0,

H + 0

Cu+ + 0,52

Ag+ -1-0,80

pt2 +

+ 1,19

Au + + 1,68

среды, т. е. процесс коррозии в них развивается с малой скоростью. Отмечают два вида коррозии: электрохимическую и химическую.

Электрохимическая коррозия. Она развивается в жидких электролитах: влажных атмосфере и почве; морской и речной воде; водных растворах солей, щелочей и кислот. При электрохимической коррозии устанавливается коррозионный ток и происходит растворение металла вследствие электрохимического взаимодействия с электролитом.

Поверхность металла в электролите электрохимически неоднородна, что приводит к образованию микрогалъеанического коррозионного элемента (рис. 14.1). На одних участках поверхности, называемых анодами, идет реакция (14.1); на других, называемых KflmodajMU,-реакции (14.2) или (14.3)

Mef±Me"++ne; (14.1)

В замкнутом коррозионном элементе скорости реакции в прямом и обратном направлениях становятся неодинаковыми. Реакция на аноде идет преимущественно в направлении ионизации металла, а на катоде-в направлении восстановления Н" или Oj. Возникает коррозионный ток, как результат перемещения электронов в металле и ионов в электролите. Под влиянием этого тока на


Металл Электролит

Рис. 14.1. Схема коррозионного элемента



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