Способ получения волокнистых композиционных материалов

Способ получения волокнистых композиционных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1}) (59 4 В 23 К 20/04

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 «

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3659038/25-27 (22) 05.11.83 (46) 30,05.86. Бюл. У 20 (71) Институт металлургии им. А.А. Байкова (72) Ф.P. Карелин, И.M. Павлов, В.M. Пановко, Г.Г. Лешкевич и М.М. Перкас (53) 621.771.2 (088.8) ,(56) Павлов И.М. Пластическая деформация нерядовых металлических материалов. М.: Наука, 1975, с. 41-45. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСTbIX КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий укладку волокон между слоями матрицы со смещением передних концов на угол 25-55 и последующую сварку прокаткой вдоль волокон, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества волокнистых композиционных материалов за счет повышения -стабильности их свойств но длине, волокна перед укладкой подвергают точечному отжигу, снижающему предел текучести на 5-!2% в сечениях, расположенных с одинаковым шагом от передних концов волокон, равны 1-15 критическим длинам волокон.

234119

1 1

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству волокнистых композиционных материалов..

Цель изобретения — повьш ение каI чества волокнистых композиционных материалов за счет повышения стабильности их свойств по длине.

Способ осуществляется следующим образом.

Г

Для достижения поставленной цели упрочняющие волокна перед укладкой подвергают точечному отжигу, снижающему предел текучести на 5-12Х в сечениях, расположенных по длине волокна с одинаковым для всех волокон шагом, равным 1 — 15 критическим длинам волокон, начиная от передних концов волокон, Далее волокна укладывают между слоями матрицы со смещением передних концов на угол +25-55

9 к направлению прокатки, обеспечивая оптимальное расположение обработан- . ных сечений, без их совпадения или с минимальным совпадением, и осуществляют сварку прокаткой.

Точечный отжиг волокон осуществляют тем или иным способом, например лазером, обеспечивающим снижение предела текучести на необходимую величину. Таким образом обеспечивается создание в очаге деформации при прокатке условий для локали(зации деформации волокон в сечениях, расположенных под углом +25-55 к направлению прокатки и сохранение расположения этих сечений при неограниченной длине материала.

Нижний предел снижения предела те" кучести, равный 5Х, определяется из условия гарантии локализации деформации волокон в заданном сечении, а следовательно, стабильности свойств композиционного материала.

Верхний предел снижения предела текучести, равный 12Х, определяется из условия сохранения прочности композиционного материала.

Нижний предел шага между участками волокон, подвергнутыми точечному отжигу, равный одной критической длине волокна, определяется необходимостью достижения оптимальных свойств композиционного материала.

Верхний предел шага между участками волокон, подвергнутыми точечному отжигу, равный 15 критическим длинам волокна, определяется тем, что при большей кратности шага воз5

45 можна утрата заданного расположения участков, в которых должна быть локализована деформация волокон, из-за нарушения стационарности прокатки и неоднородности деформации.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить стабильность свойств по длине готового компози" ционного материала.

Пример 1, Композиционный материал по предлагаемому способу получали путем укладки проволоки иэ стали HOK18NII 9 0,5 мм между слоями алюминиевой ленты толщиной 0,7 мм и прокатки вдоль волокон с обжатием

35 (вытяжка 1,22) за 1 проход при

400 С. Объемная доля волокон в готоР вом композиционном материале 20Х. При укладке передние концы волокон смещали друг относительно друга на угол

45 . Перед укладкой волокна с поо мощью лазерного луча подвергали точечному отжигу, обеспечивающему снижение предела текучести волокон в месте обработки на IОХ. При этом для каждой из полос, начиная с передних концов, был выбран определенный шаг отжига: 0,5;1;15;20 крат критической длины волокна, которая для данного материала равна 15 мм. Из полученных полос длиной 10 м вырезали образцы для механических испыта-" ний с продольным расположением волокон относительно растягивающей нагрузки. Образцы, имеющие длину рабочей части 20 мм, вырезали из произвольно выбранных участков по всей длине каждой полосы (всего по

20 образцов).

Результаты испытаний в виде максимального, минимального и среднего значений предела прочности, а также величины дисперсии, характеризующей стабильности полученных результатов, приведены в табл. 1. Среднее значение и дисперсия определены по всем образцам каждой полосы.

Из табл. 1 видно, что в диапазоне шага точечного отжига 1-15 крат критической длины волокна композиционный материал обладает высокой стабильностью свойств по всей длине.

При величине шага менее одной критической длины свойства материала по длине стабильны, но уступают свойствам материала с шагом 1-15 крат критической длины. При величине шага водили прокатку холоднотянутой проволоки 9 0,3 мм из стали 1Х18Н10Т (60 = 120 кгс/MM ), уложенной между j слоями алюминиевой ленты толщиной

0,5 мм. Перед укладкой проволоку подвергали точечному отжигу с помощью лазерного луча по режиму, указанному в табл.2, что обеспечило снижение предела текучести материала проволоки в местах обработки на 2О

5-12Х. Расстояние между обработанными сечениями, начиная с передних концов, составляло 100 мм (10 критических длин). При сборке передние концы обработанных волокон смещали друг относительно друга на угол о

45 . Прокатку проводили. вдоль волокон за 1 проход с обжатием 32Х (вытяжка 1,21) при 350. С. Каждая из прокатанных полос армирована волокнами с пониженным в определенных сечениях на одну и ту же величину пределом текучести. Объемная доля волокон во всех случаях 25Х. Из полученных полос длиной 8 м вырезали

35 образцы для меха,ических испытаний с продольным расположением волокон относительно растягивающей нагрузки. Образцы, имеющие рабочую длину

20 мм, вырезали из произвольно выбранных участков по всей длине каждой полосы (всего по 20 образцов).

Данные механических испытаний в виде минимального, максимального и

45 среднего значений предела прочности на разрыв, а также дисперсии приведены в табл.2

Из табл. 2 видно, что в диапазоне локального снижения предела те50 кучести материала волокон 5-12Х композиционный материал обладает высокой стабильностью свойств по всей длине. При снижении предела текучести на величину меньшую, чем 5Х, наблюдается значительный разброс прочности по длине, что объясняется невозможностью гарантировать локали3 1234119 4 более 15 крат критической длины ста- зацию деформации в заданных участбильность свойств материала резко ках волокон. При снижении предела падает, что связано с возможностью текучести на величину, большую 12 > локализации деформации в участках; прочность материала падает из-за .расположенных между участками точеч- снижения -несущей способности волокон. ного .отжига, и образованием в сузи П р и и е р 3. Получали полосы с этим слабых сечений в композици- композиционного материала AR — неонном материале. ржавеющая сталь, путем прокатки проПример 2. С целью. получения волоки 8. 0,3 мм из стали 1Х18Н10Т, полос композиционного материала про- 1О уложенной между слоями алюминиевой ленты толщиной 0,$ мм. При укладке передние концы волокон смещали друг о относительно друга на угол 45 . Прокатку-проводили вдоль волокон за 1 проход с обжатием 32Х при 350 С. При получении композиционного материала по предлагаемому способу волокна перед укладкой подвергали точечному отжигу лазерным лучом мощностью

50 х 1О Вт/см при времени воздей4 2 ствия 0,05 с. Шаг точечного отжига составлял 100 мм (10 критических длин волокна). При получении композиционного материала по известному способу волокна предварительно не подвергали точечному отжигу. Из каждой полосы на расстояниях от перед него конца, указанных в табл. 3, вырезали образцы для механических испытаний с продольным расположением волокон относительно растягивающей нагрузки.

Из табл, 3 видно, что свойства композиционного материала, полученного по предлагаемому способу, являются стабильными по всей длине полосы. Свойства материала полученного по известному способу, падают по мере удаления от переднего конца и на расстоянии 50 мм практически определяются свойствами алюминиевой матрицы.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения позволяет получить волокнистые композиционные материалы с прочностью, близкой к расчетной, значительно превосходящие в стабильности свойств материалы, получаемые по известному способу.

Технико-экономическая эффективность при производстве материала по предлагаемому способу достигается за счет повышения качества волокнистых композиционных материалов благодаря повышению стабильности их механических свойств по всей длине проката.

1234119

Таблица 1

Предел прочности на разрыв кгс/мм

Шаг точечного отжига крат критической длины

Дисперсия средний максимальный минимальный

0,5

40,1

39,5

39,8

0,69

64,5

64,9

63,6

0,72

65,3

64,7

64,9

0,79

59,2

65,2

47,3

48,80

Таблица 2 Предел прочности, на разрыв, кгс/мм

Дисперсии средний минимальный максимальный

38,2 14,2 26,2

152,8

38,4 37,8 38,0

0,49

37,9

0,42

12

38,1

0,56

120

0,40

28,2 к) Время воздействия лазерного луча 0,05 с.

Таблица 3

Предел прочности на разрыв, кгс/мм, при

2 расстоянии от переднего конца, мм

Способ!

0 него кон50

100 200 500

20 ца

Предлагаемый

38,0 37,8 38,3 38,0 37,9 38,1

38,1

38,0 .. 38,0 30,1 14,2 14,6 13,9 14,0

Известный

ВЦИИПИ Заказ 2935/15 Тираж 1001 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

Мощность лазерного луча

50х10, Вт/см

Снижение предела текучести, %

38,1 37,7

38,2 37,8

28,4 28,1