Жаропрочные композиционные материалы

з 40 % об. волокна. В першому, де діаметр волокна DB = 0,5 мм, товщина прошарку матриці h1, = 150 мкм. У другому, де DB - 5 мм, А, = 1,5 мкм. Товщини прошарків розраховано в припущенні, що волокна розташовані у вузлах гексагональної сітки. Прошарки, як і волокна, мають маштабний ефект міцності: чим тонший прошарок, тим у ньому більше обмеження дислокацій для руху, тим він менш пластичний. Зниження WK - наслідок цього. Чим більша швидкість деформації, тим суттєвіший ефект обмеження.

Рис. 8. Опір удару WK при різних температурах Т невеликих зразків

(а) та стандартних (б) для випробування за Шарпі: I - KM; II і III жароміцні сплави

Окрім дислокаційного фактора, необхідно враховувати і фактор блокування матрицею поширення мікротріщини: чим тонший прошарок, тим менша імовірність утворення в матриці блокуючої тріщини.

3. КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ ІЗ ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВ ТА ВУГЛЕЦЕВИХ ВОЛОКОН

Жароміцні сплави вдосконалені майже до межі можливого: питома міцність їх досягає 5-8 км при 1173 К. Теоретично підрахована для цієї температури питома міцність KM із жароміцного сплаву і вуглецевих волокон= 15-30 км. На практиці досягнута короткочасна питома міцність~ 15 км (= 84,6 • 10 7 Па) при FB = 50 % об'ємних.

Проте дослідники зустрілись із серйозними труднощами при досягненні довготривалої міцності. Виявилось, що у контакті з вуглецевим волокном нікель прискорює рекристалізацію волокна, в результаті якої зростають блоки когерентного розсіювання (малі кристаліти всередині зерна). Крім того, з'являються нові фази. Це веде до зменшення міцності волокон (рис

9). Подібне знеміцнення волокон відбувається в системах С0~С (973К), ніхром - С (773 K), Pt-C (973 К), Cu-C (973 К).

Рис. 3. 9. Зміна міцності на розтяг о„ графітових волокон при контакті з нікелем протягом 24 год за різних температур Т

Пояснити знеміцнення дифузією через границю волокно-матриця важко. Адже в системі Сu-С немає розчинності ні в твердому, ні в рідкому стані, бо сили взаємодії атомів вуглецю з атомами міді набагато менші за сили взаємодії в парах Cu-Cu і С-С. Із цієї причини волокна слабо зчеплені з мідною матрицею. Не можна собі уявити, щоб на рекристалізацію в об'ємі волокна впливали мідні атоми, що є на поверхні волокна. Доводиться припускати, що атоми міді дифундують між базисними площинами графіту і там утворюють мідні диски. Це явище називається інтеркаляцією графіту. В системі Al-Ве також надзвичайно мала розчинність. Проте знеміцнення берилійових волокон наступає внаслідок взаємного розчинення на границі волокно-матриця. Границя є особливою нестійкою системою. Діаграма стану для об'єму не завжди збігатиметься з діаграмою стану для границі вже тому, що на останній є дислокації невідповідності кристалічних структур волокна і матриці. Тому відбуватиметься взаємодія волокна з матрицею, яка спричинить утворення нерівностей на поверхні волокна. Нерівності є концентраторами напруг, що зумовлюють зменшення міцності.

Концентрація напруг залежить від глибини тріщин ерозії, отже, від товщини границі волокно-матриця та від величини шорсткості на поверхні волокна. Те, що ослаблення волокон графіту настає за малих (773-973 К) температур, свідчить про зменшення міцності внаслідок поверхневої дифузії. Чим менший діаметр волокон, тим більша питома поверхня (площа

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Похожие работы