Твердофазные методы получения композиционных материалов — Часть 2
23 Ноя 2013
Получение композиционных материалов методом прокатки вдоль волокон
Изготовление композиционных материалов осуществлялось на станах с диаметрами валков 210 и 400 мм. Время выдержки заготовок в печи, необходимое для достижения заданной температуры, определялось путем зачеканки термопар в плоскую оправку, находящуюся в середине заготовки.
Технологический процесс получения композиционного материала алюминий — Х18Н10Т с низким объемным содержанием волокон предусматривал прокатку в два прохода.
Оптимальные параметры процесса определялись на образцах с 14% объемным содержанием волокон диаметром 0,3 мм. При этом изучалось влияние температуры прокатки, величины обжатия, времени изотермической выдержки, способов очистки поверхностей на прочностные характеристики материала.
В результате исследований установлено, что при температуре 500°С порог схватывания алюминиевых листов наступает при суммарном обжатии 25%. Качественные образцы были получены при обжатиях от 25 до 40%, причем наибольшая прочность наблюдалась при обжатиях 35-40%. Увеличение обжатия свыше 40%, как правило, приводило к дроблению волокон.
Определение оптимальных температурных интервалов прокатки проводилось при суммарных обжатиях 35% в два прохода. Прокатка заготовки в два прохода с промежуточной выдержкой в печи снимает внутренние напряжения и предотвращает частичные разрушения волокон, наблюдаемые при прокатке заготовок с низким объемным содержанием волокон в один проход с обжатием 35%.
Прокатка проводилась в температурном интервале 20-500°С через каждые 100°C. До температуры 300°С схватывания поверхностей не происходило и образцы расслаивались.
Более высокие температуры способствовали хорошему схватыванию составляющих, однако при температурах выше 450°C прокатку проводить нецелесообразно в связи со снижением прочности композиционного материала, вызванным разупрочнением волокон. Максимальная прочность материала была достигнута при температуре прокатки 400°С.
По данным испытаний на растяжение и измерения микротвердости волокон, установлено, что максимальное влияние на прочностные свойства материала оказывают температура прокатки и время изотермической выдержки. Так, увеличение выдержки от 15 до 45 мин снизило микротвердость волокон и предел прочности композиционного материала на 16%. Повышение температуры прокатки от 300 до 500°C снизило микротвердость на 5%.
С целью сокращения технологического цикла были проведены исследования процесса получения композиционного материала за один проход. Температура нагрева составляла 400-420°C. Объемное содержание волокон изменялось в пределах 20-55%. В качестве волокон использовалась проволока из нержавеющих сталей XI8H10T, 0Х14Н14М2 и 2Х15Н5АМЗ. В результате проведенных исследований установлено, что максимальные пределы прочности были достигнуты на материалах, полученных при степенях обжатия 5-25%. При степенях обжатия, превышающих указанный предел, наблюдалось частичное разрушение волокон, что отрицательно сказывалось на прочностных показателях композиционных материалов. Степени обжатия ниже 5%, как правило, не позволяли получить необходимое соединение между компонентами композиции.
Получение композиционных материалов методом прессования
Широкое применение прессования для получения композиционных материалов объясняется простотой технологического процесса и оборудования для его осуществления. Кроме того, процесс прессования происходит при сравнительно низких температурах, а соединяемые компоненты не подвергаются значительным деформациям. Это позволяет свести к минимуму разупрочнение и разрушение упрочняющей фазы в случае использования высокопрочных хрупких волокон.
Метод прессования позволяет получать листовые композиционные материалы на основе алюминиевых и магниевых сплавов с равномерным распределением волокон.