Режимы изготовления и характеристики бороалюминиевых композиций
Сварка взрывом
Отличительная особенность метода состоит в том, что компоненты матерала не подвергаются или почти не подвергаются нагреву. Несмотря на то, что под действием ударной волны температура металла в условиях адиабатического сжатия может достигать высоких значений, время воздействия температуры составляет несколько микросекунд, поэтому эта мгновенная температура не оказывает существенного влияния на процессы
248
249
| 3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МКМ И УУКМ |
| 3.2. Твердофазные методы изготовления деталей |
взаимодействия, происходящие на границе раздела волокна с матрицей. Более существенное значение для этих процессов имеет остаточная температура, т.е. температура непосредственно после разгрузки металла.
Взрывное прессование позволяет изготавливать изделия сложной формы, крупногабаритные полуфабрикаты, получить которые обычными методами сварки и обработки давлением либо практически невозможно, либо для этого следует использовать дорогостоящее, уникальное оборудование и оснастку.
|
|
| Рис. 3.12.Принципиальная схема изготовления КМ сваркой взрывом: / — основание; 2 — матричный материал (лист, фольга); 3 — метаемая плита; 4 — детонатор; 5 — слой взрывчатого вещества; 6 — буферный слой; 7 — армирующие волокна |
Принципиальная схема изготовления КМ сваркой взрывом показана на рис. 3.12. Пакет, состоящий из чередующихся слоев матрицы и упрочняющих волокон, устанавливают на основание, сверху помещают метаемую пластину, затем слой взрывчатых веществ и детонатор. Под воздействием импульса высокого давления, развиваемого взрывчатом веществом, метаемая пластина разгоняется, передает импульс энергии свариваемым пластинам, которые и свариваются между собой и волокнами.
|
|
|
Основание, на котором проводят сварку взрывом, играет существенную роль. Материал основания подбирают таким, чтобы его плотность и акустическое сопротивление были такими же, как у композиционного материала, в противном случае возможно появление расслоений и разориентации волокон. Например, при изготовлении сваркой взрывом алюминиевого КМ, упрочненного вольфрамовой проволокой (средняя плотность -4,5 г/см ), в качестве основания может служить титановая плита.
В случае получения КМ на песчаном грунте листы имеют коробление и шероховатую поверхность. При деформировании композиционного листа на таком основании вследствие значительного прогиба в материале появляются большие касатель-
|
|
| Рис. 3.13.Технологическая схема получения цилиндрических заготовок методом взрывного прессования:
/ — поливинилхлоридный диск; 2 — взрывчатое вещество; 3 — деревянный конус; 4 — картонная крышка; 5 — детонатор; 6 — картонная труба; 7 — стальная пробка; 8— стальная трубка; 9 - прессуемая заготовка |
ные напряжения, вызванные сдвигом металла матрицы, относительно волокон, которые обладают разными харак-теристиками пластичности. Эти напряжения могут превышать прочность Связи волокна с матрицей, что иногда приводит к образованию непроваров, снижающих прочность композиции. Кроме того, металлическая плита в качестве основания имеет и другие недостатки: отраженная волна, интенсивность которой составляет более 20 % от интенсивности падающей ударной полны, создает на границах раздела между слоями матрицы значительные растягивающие напряжения. Это может приводить к образованию локальных дефектов, также снижающих прочность композиции. Более благоприятные условия сварки, обеспечивающие высокую прочность соединения, создаются при использовании в качестве основания плиты из материала, имеющего достаточно высокую жесткость в сочетании со сравнительно низким акустическим сопротивлением.
Схема взрывного прессования цилиндрических заготовок из порошкового вольфрамомолибденового КМ показана на рис. 3.13.
|
|
|
При этом обычно используют взрывчатые вещества: тротил, аммониты, гексоген, а также смеси и сплавы этих веществ. Качественные соединения при сварке взрывом листовых слоистых и слоистоволокнистых КМ получают при использовании малобризантных, порошкообразных взрывчатых веществ, например смеси тротила с аммиачной селитрой.
Взрывчатые вещества характеризуются такими физико-химическими свойствами, как плотность, химическая и физическая стойкость, чувствительность к внешним воздействиям
250
251
3.2. Твердофазные методы изготовления деталей
(удар, трение, нагрев и др.), бризантное действие, теплота взрыва, скорость детонации, температура взрыва. Бризантное действие взрывчатых веществ оценивают обычно по степени обжатия свинцовых цилиндров или по отклонению баллистического маятника и измеряют в миллиметрах. Бризантное действие можно ослабить в случае необходимости путем введения между слоем взрывчатых веществ и метаемой пластиной прослойки из резины, пластика и других инертных материалов.
Процесс сварки металлов взрывом протекает в условиях, отличающихся от условий обычной сварки. Процесс импульсного нагружения характеризуется почти мгновенным возрастанием нагрузки до максимальных значений и обычным ее снижением. Возникающие при этом напряжения локализованы и вызывают локальную деформацию в микроучастках.
|
|
|
Соединение при сварке взрывом образуется в результате пластической деформации, обеспечивающей физический контакт разнородных материалов, локального перемешивания металлов в зоне соединения и тепловых процессов. Вследствие кратковременности процессов тепловыделения взаимная диффузия разнородных материалов в зоне соединения весьма незначительна либо отсутствует полностью.
Поверхности соединяемых листов и волокон, образующих композиционный материал, необходимо предварительно очистить от оксидных пленок и обезжирить. Методы очистки и подготовки поверхности различны в зависимости от природы материала, состояния поверхности (степени шероховатости, степени и характера загрязнения).
Известно, что прочностные характеристики КМ в значительной степени зависят от ориентации и регулярного расположения волокон. При использовании тонких волокон с большим отношением длины к диаметру имеется вероятность переплетения их, нарушения регулярного распределения их в заданном направлении. Для предотвращения этого явления используют различные способы фиксирования волокон, как правило, намотку волокон на листовую заготовку из материала матрицы, специальные рамки, на которые натягивают волокна. Наиболее удобны сетки или ленты, плетеные из металлической
3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МКМ И УУКМ
проволоки, равнопрочные или с очень редким утком, служащим лишь для крепления основы.
В зависимости от геометрических размеров образцов свариваемых компонентов, толщины листа, диаметра волокон, а шоке от их свойств, таких как пластичность, модуль упругости и чистота поверхности, число собираемых слоев для сварки взрывом может быть различным (от трех до нескольких десятков).
При изготовлении многослойного КМ условия для слоев, находящихся на разных уровнях, неодинаковые. Армирующая проволока в слоях, находящихся ближе к поверхности, сильнее внедряется в пластину, чем проволока внутренних слоев. Отмечено, что повреждения во внешнем слое материала могут быть сведены к минимуму, если поверх собранного пакета под слоем взрывчатого вещества поместить защитный слой в виде резиновой или поливинилхлоридной пластины, слой жидкого стекла и других веществ (см. рис. 3.13).
Существенное влияние на прочность КМ оказывает характеристика заряда взрывчатых веществ. Для одного и того же состава взрывчатой смеси существует оптимальная высота заряда, обеспечивающая высокую прочность соединения и прочность композиции в целом.
Как правило, метод сварки взрывом используют для получения слоистых и слоисто-волокнистых КМ, содержащих либо разнородные металлические слои, либо пластичную матрицу, упрочняемую высокопрочной металлической проволокой.
3.3. Газофазные методы изготовления деталей из
композитов
Принципиальная схема изготовления деталей из МКМ данными методами состоит в нанесении тем или иным способом на волокна слоя материала, заполняющего межволоконное пространство и составляющего собственно матрицу. В зависимости от способа нанесения может потребоваться дополнительная операция уплотнения материала прессованием или спеканием (например, при изготовлении композиций методом плазменного напыления).
252
253
3.3. Газофазные методы изготовления деталей
Очень часто описываемые ниже способы используют для нанесения на упрочнители промежуточных слоев, либо выполняющих роль диффузионных барьеров, предотвращающих вза- имодействие волокон с матрицей, либо улучшающих смачиваемость и прочность связи между матрицей и упрочнителем.
Методы нанесения покрытий целесообразно использовать для изготовления материалов с упрочнителями, не допускающими контакта с жидким металлом, например таких как борные волокна — с алюминием, углеродные волокна — с никелевыми сплавами, большинство нитевидных кристаллов — с металлами, а также волокон, не подвергающихся пластической деформации (углеродные, борные волокна, волокна и нитевидные кристаллы тугоплавких соединений).
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 401; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!