Петрова Н.К., Юдин Г.А. Иллюстративный материал по разделу дисциплины Теория и технология композиционных материалов - файл n1.doc

приобрести
Петрова Н.К., Юдин Г.А. Иллюстративный материал по разделу дисциплины Теория и технология композиционных материалов
скачать (24096 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc24096kb.13.09.2012 13:32скачать

n1.doc

  1   2   3


министерство образования российской федерации

Московская государственная академия приборостроения и информатики

факультет Технологической Информатики

Кафедра материаловедения и технологии материалов и покрытий

Теория и технология процессов получения, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий.
Раздел дисциплины «Теория и технология композиционных материалов»

ИЛЛЮСТРАТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ

для студентов специальности 0710

шифр дисциплины 4651



Аннотация

Данный иллюстративный материал является дополнением к конспекту лекций по дисциплине «Теория и технология процессов получения, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий» для студентов специальности 0710. Раздел дисциплины «Теория и технология композиционных материалов» преподается студентам дневной формы обучения на III и IV курсах в 6 и 7 семестрах. Данный материал может быть использован студентами 5 курса при выполнении исследовательских дипломных работ.

Авторы: к. т. н. Петрова Н. К. ,к. т. н. Юдин ГА.

Рецензент: д. т. н. , проф. Салибеков С. Е.


Рекомендовано в печать:

“____” _________________ 2003 г. Протокол №___________

Заведующий кафедрой МТ-6 профессор ___________ /А. И. Крашенинников/


Учебно-методическая комиссия факультета МТ

“____” _________________ 2004 г. Протокол №___________

Содержание


1. Классификация композиционных материалов 5

2. Основы конструирования КМ 7

3. Получение КМ с применением намотки и напыления матричного материала 9

4. Твердофазные технологии получения КМ 15

5. Технология гибки листовых заготовок из волокнистых КМ 22

6. Получение волокнистых КМ методом пропитки волокон расплавом матрицы 24

7. Технология получения дисперсно-упрочненных КМ 29

8. Технология получения литых пенокомпозитов 32

9. Межфазное взаимодействие на поверхности КМ 33

10. Структура КМ 39

11. Свойства КМ 44

12. Область применения КМ с металлической матрицей (МКМ) 57


Литература:

  1. К. Н. Портной, С. Е. Салибеков «Структура и свойства композиционных материалов», М., Машиностроение, 1979 г., 253 с.

  2. Т. А. Чернышева и др. «Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями», М., Наука, 1993г, 268 с.

  3. «Волокнистые композитные материалы» под редакцией М. Х. Шоршорова, М., Машиностроение, 1981г., 270 с.

  4. «Композиционные материалы», Справочник под редакцией В. В. Васильева и Ю. М. Тарнопольского, М., Машиностроение, 1990г., 510с.

  5. Л. И. Тучинский «Композиционные материалы, получаемые методом пропитки», М., Металлургия, 1988г., 207с.

  6. А. И. Колпашников и др. «Деформирование композиционных материалов» М, Металлургия, 1982, 245с.

  7. В. Ф. Мануйлов и др. «Расчеты процессов деформирования композиционных материалов», М., 1992, 207с.

  8. И. Д. Симонов-Емельянов, В. Н. Кулезнев «Принципы создания композиционных материалов», МИХМ, учебное пособие, М., 1986г., 84с.

  9. «Композиционные металлические материалы» Труды научно-технической конференции, ОНТИ, 1972, 237с.


1. Классификация композиционных материалов

Таблица 1. Классификация КМ по геометрии компонентов



Дисперсно-упрочненные КМ


Волокнистые КМ


Слоистые КМ


Таблица 2. Классификация КМ по расположению компонентов (схема армирования)


Таблица 3. Классификация КМ, армированных частицами, короткими волокнами и нитевидными кристаллами, по механическим свойствам


Тип системы

Модуль упругости

Прочность при растяжении

Примеры





;

;





;



II



;

;

III



;

Двухфазные материалы, сплавы


Таблица 4. Классификация комбинированных КМ по видам сочетаний и расположению компонентов




Рис. 1. Схема полиматричного (2 матрицы и I волокно) и гибридного (I матица и 2 вида волокон) КМ.
2. Основы конструирования КМ

Таблица 5. Сочетание основных классов материалов при конструировании КМ.


Таблица 6. Основы системного проектирования КМ с заданными эксплуатационными свойствами.


3. Получение КМ с применением намотки и напыления матричного материала


Рис. 2. Конструкция цилиндрической разрезной оправки из двух полуцилиндров (I), соединенных шарниром (2),с одной стороны и запорными скобами (4) с пружинами (3) с другом.



Рис. 3. Схема спирально-винтовой намотки: а) в один слон за один проход; б) в В/к слоев за один проход I - оправка, 2 - наматываемая лента, 3 - сматывающая катушка с лентой, В- ширина ленты, - подача или шаг укладки, - угол намотки, К- коэффициент нахлеста.



Рис. 4. Схема продольно кольцевой или продольно-поперечной намотки: I - оправка, 2 - вертлюг сматывающих катушек продольных лент, 3- сматывающая катушка продольной ленты, 4 - сматывающая катушка кольцевой ленты, 5 - оболочка, получаемая намоткой.



Рис. 5. Схема спирально перекрёстной намотки: 1 – оправка, 2 – каретка поперечного перемещения катушки, 3 – наматываемая лента.




Рис. 6. Схема процесса намотки и напыления: 1 – заготовка, 2 – оправка, 3 – фольга, 4 – ролик направляющий, 5 – сматывающая бобина с волокном, 6 – напылённый слой, 7 – горелка.



Рис. 7. Схема устройства плазменных горелок для нанесения напыляемого материала в виде порошка (а) и проволоки (б): I - медное сопло, 2 - изолирующее кольцо, 3 - ввод плазмообразующего газа, 4 - вольфрамовый электрод (катод),, 5 - прижимной контакт, 6 - проволока из напыляемого материала (анод), 7 - направляющая трубка.



Рис. 8. Схема плазменного напыления матрицы на волокна: 1 – камера, 2 – плазменная горелка, 3 – оправка с намотанным волокном, 4 – вакуумный насос, 5 – токоподвод, 6 – измеритель давления.



Рис. 9. Схема электролитического нанесения матрицы на волокна: 1- сосуд с электролитом, 2 –оправка, 3 –сматывающее устройство, 4 – анод.



Таблица 7. Влияние нагрева плазменной струёй углеродной ленты ЛУ-2 с покрытием карбида кремния и никеля на относительную прочность ленты.




Таблица 8. Влияние плазменного напыления алюминия на относительную прочность углеродной ленты ЛУ-2 с покрытием карбида кремния и никеля.


Рис. 10. Влияние температуры подогрева волокон стали ЭП-322 на прочность их соединения с матрицей АДI при плазменном напылении (диаметр волокна 150 мкм – 1, диаметр волокна 300 мкм – 2, расчётные данные - 3).



Таблица 9. Содержание (в % мас) при различных условиях напыления сплавов алюминия.



Рис. 11. Изменение прочности сцепления алюминиевой матрицы с волокнами бора и относительной прочности бора в зависимости от скорости напыляемых частиц при температуре подогрева волокон и .



Рис. 12. Схема процесса формования намоткой 1 - наматываемая нить, 2 - натяжное устройство, 3 - ёмкость для пропитки, 4 - челнок, 5 - вал, 6- электродвигатель, 7- редуктор, 8 - цепь, 9 - сухарь, 10 -рельсовый путь, 11 – изделие, l – ход, t – высота.



Рис. 13. Общий вид лабораторной установки для изготовления КМ намоткой с напылением.



Рис. 14. Варианты нитеводителей для натяжения и направления волокон с расположением в линию (а), с центральным вращением (б) и в виде ножниц (в).




Рис. 15. Схема деформирования частицы диаметром d, движущейся со скоростью V, при ударе о волокно: 1 – начальное, 2 – промежуточное, 3 – конечное состояние частицы, h – толщина частицы после затвердевания.





Рис. 16. Влияние температуры подогрева волокон стали ЭП-322 на прочность соединения их с матрицей АДI при плазменном напылении: 1 – диаметр волокна 150 мкм, 2 – диаметр волокна 300 мкм, 3 – расчётные данные.





Рис. 17. Изменение относительной прочности температуры нагрева волокна за счет плазменного напыления Т(t) в зависимости от длительности напыления t с при расстоянии волокон от среза сопла 50мм (а) и 100мм (б): 1 - волокна бора, 2 - волокна бора с покрытием , 3 - волокна бора с покрытием , 4 - волокна .


Рис. 18. Изменение относительной прочности волокон в зависимости от расстояния от них до среза сопла плазмотрона при длительности воздействия струм 8-10 с: 1 - волокна бора, 2 - волокна бора с покрытием , 3 - волокна бора с покрытием , 4 - волокна .



Рис. 19. Схема операций раскроя волокнистых заготовок и вариантов укладки волокон а) заготовки: 1 - намотка с проклейкой, 2-намотка с напылением; б) раскрой на карточки; в) раскрой заготовок для лопаток по шаблонам; г) схема укладки волокон.


Рис. 20. Схема установки для получения изделий из КМ намоткой: 1 - барабан, 2 - натяжное устройство, 3 - катушка с борным волокном, 4 - алюминиевая фольга, 5 - борное волокно, 6 - обод барабана, 7 - место склейки, 8 - линия разреза.


Рис. 21. Схема формирования дискретноармированного КМ напылением дисперсных частиц матрицы и упрочнителя одновременно двумя плазмотронами,: - диаметр пятна напыления матрицы, - диаметр пятна напыления упрочнителя.


4. Твердофазные технологии получения КМ



Рис. 22. Схема прессования листов из боралюминия 1 - лист, 2 - верхняя траверса, 3 - пакет, 4 - нижняя траверса, 5 - обогреваемые плиты.




Рис. 23. Схема установки для горячего прессования: 1 - корпус камеры, 2 - упор, 3 - индуктор, 4 - плоскость разъема камеры, 5 - огнеупорные плиты, 6 - пластины, 7 - прессуемый пакет КМ, 8 - уплотнитель, 9 - термопара, 10 - стол, 11 - сильфон, 12 - шток пресса.




Рис. 24. Схема ступенчатого прессования длинномерных заготовок: 1 - полоса КМ, 2 - обогреваемые плиты, 3 - верхняя траверса, 4 - пакет заготовок, 5 - нижняя траверса..



Рис. 25. Структурная схема техпроцесса диффузионной сварки.

Рис. 26. Схема изготовления профиля из КМ изостатическим прессованием: а) заготовка, б) сборка заготовки с формирующими элементами, в) заключение сборки в металлический контейнер и вакуумирование контейнера, г) запаивание контейнера, д) нагрев и подача давления, е) готовый профиль.


Рис. 27. Возможные виды полуфабрикатов и схемы их сборки в контейнере для изостатического прессования: 1 - готовый полуфабрикат, 2 - заготовка, 3 - формирующий элемент, 4 – контейнер.

Таблица 10. Технологические режимы горячего прессования плоских заготовок из КМ с разным диаметром армирующих волокон , шагом укладки волокон и объемной долей волокон ( - давление прессования, - температура нагрева заготовки, - время выдержки под давлением.





Рис. 28. Изменение шага укладки волокон при прокатке заготовок КМ с матрицей из фольги АДI при температуре деформации 673 К, диаметре волокон 220 (а) и 600 (б) мкм, шаге укладки волокон и объёмное доле волокон: 1 - 15%, 2 – 25%, 3 – 35%.


Рис. 29. Изменение шага укладки волокон при прокатке заготовок КМ с напылённой матрицей из фольги АДI (а) и Амг6 (б) при температуре деформации 773 К, диаметре волокон 140 (а) и 180 (б) мкм и объёмное доле волокон: 1 - 30%, 2 – 40%, 3 – 45%, 4 – 50%, 5 – 54, 6 – 35.


Рис. 30. Влияние объёмной доли волокон КМ на величину максимально допустимой деформации при прокатке поперёк волокон диаметром 200 (1) и 600 (2) мкм.



Таблица 11. Суммарное обжатие заготовок КМ с пористой матрицей (пористость ) и количеством слоёв волокон , объёмной долей волокон 30% (в числителе) при диаметре волокна при прокатке вдоль волокон.


Таблица 12. Расчетные обжатия по проходам при прокатке поперек волокон КМ с диаметром волокон 140 мкм и матрицей АДI (в числителе) и Амг6 (в знаменателе).




Таблица 13. Допустимые суммарные обжатия КМ с разной объемной долей волокон.


Таблица 14. Изменение шага укладки волокон плоских заготовок волокнистых КМ при прокатке поперек волокон диаметром 100, 140, 200 и 6ОО мкм при изменении объемной доли волокон и общей суммарной деформации.

Материал









Материал









%

%

АДI-В

100

20

10

0,02

Амг6-В

140

30

10

0,015

20

0,06

20

0,040

35

0,11

35

0,075

48

0,13

50

0,11

54

0,14

140

40

10

0,005

100

30

10

0,01

20

0,01

20

0,03

35

0,025

35

0,04

45

0,03

48

0,045

Амг6-ЭП322

200

25

25

0,065

52

0,05

35

0,085

140

30

10

0,02

50

0,17

20

0,045

62

0,20

35

0,075

Амг6-ЭП322

200

35

20

0,035

48

0,11

35

0,07

52

0,12

50

0,085

140

40

10

0,01

54

0,09

20

0,03

600

35

20

0,17

35

0,065

35

0,25

48

0,075

50

0,33

140

45

10

0,005

Примечание: начальный шаг укладки борных волокон диаметром 100 мкм , диаметром 140 мкм , стальных волокон ЭП322

20

0,02

35

0,035

45

0,040

140

50

20

0,015

35

0,025

45

0,035


Таблица 15. Относительное обжатие по переходам при прокатке листов из волокнистых КМ Ал-В и Ал-Ст с разной объемной долей волокон.


Материал



на прокатном переходе

1

2

3

4

5

АД-I-В

20

32

18

12

5

3

25

28

17

12

5

3

30

25

15

10

5

3

35

25

15

8

4

3

44

23

12

7

4

2

54

21

12

7

3

-

Амг6-В

20

25

17

11

7

5

25

25

17

11

7

3

30

25

15

10

4

-

35

25

15

10

5

-

Амг6-ЭП322

20

36

23

16

12

8

30

29

17

12

6

4

35

25

15

10

5

3







Рис. 31. Структурные схемы ячеек волокнистых КМ: 1- фольга, 2 – волокно, 3 – напылённая матрица.



Рис. 32. Схемы поперечных к волокнам сечений заготовок (а, б) и после компактирования (в, г) волокнистых КМ.


Рис. 33. Влияние объёмной доли волокон на допустимое обжатие при прокатке заготовок КМ Ал-Ст с различным диаметром волокон стали: 1 – 0,2 мм; 2 – 0,35 мм, 3 – 06 мм.


Рис. 34. Схемы ячеек волокнистых КМ для расчёта заготовок при прокатке поперёк волокон с матрицей в виде фольги (а, б) и плазменнонапылённой (в, г), до компактирования (а, в) и после (б, г).


Рис. 35. Схема деформации матричного слоя заготовки при прокатке вдоль волокон: 1 – волокно, 2- матрица, 3 – слой напылённой матрицы, 4 – валок прокатного стана, I – IV – стадии уплотнения КМ с матрицей в виде фольги (а) и плазменного напыления (б); и - шаг укладки на выходе из зоны деформации.



  1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации