Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 10
1.1 Перспективы применения изделий и полуфабрикатов из композиционных материалов с функциональными свойствами 10
1.2 Способы производства листовых полуфабрикатов из композитов 14
1.3 Анализ процесса создания листовых полуфабрикатов из слоистых сборных заготовок 26
1.4 Влияние диффузионных процессов на состав и структуру получаемого композита 33
1.5 Методические основы проектирования процессов производства листовых изделий из композиционных материалов 35
1.6 Возможности математического моделирования при анализе напряженно-деформированного состояния гетерогенной заготовки 41
1.7 Предлагаемый способ получения листов с комплексом конструкционных и функциональных свойств 52
Выводы по главе 1 54
ГЛАВА 2. Применяемые материалы и методы исследования 57
2.1 Применяемые материалы 57
2.2 Схема укладки компонентов и их сборка в пакетную заготовку 61
2.3 Прокатка слоистой заготовки
2.4 Методика оценки характеристик листовой заготовки после прокатки 65
2.5 Методика качественной оценки соединения между компонентами листовой заготовки после прокатки 67
2.6 Методика испытаний полученных полуфабрикатов 68
2.7 Методика конечно-элементного анализа и используемое программное обеспечение з
ГЛАВА 3. Исследование условий деформиювания слоистой гетерогенной заготовки в процессе горячей многоцикловой прокатки 75
3.1 Классификация типов композитов, получаемых при многоцикловой прокатке 75
3.2 Совместимость компонентов гетерогенной заготовки 77
3.3 Анализ процесса деформирования гетерогенной заготовки с позиций критериального подхода 79
3.4 Практическое использование критериальной системы на примере создания супермногослойного материала 86
3.4.1 Построение математической модели процесса прокатки слоистой заготовки 91
3.4.2 Определение технологических параметров процесса многоцикловой прокатки при создании супермногослойного композита АІ-А1 с помощью критериальной системы 98
3.5 Практическое использование критериальной системы на примере создания материала, армированного частицами 100
3.5.1 Построение математической модели процесса прокатки гетерогенной заготовки 104
3.5.2 Анализ напряженного состояния в компонентах слоистой заготовки при прокатке 109
3.5.3 Распределение температур в сборной заготовке при прокатке 111
3.5.4 Определение технологических параметров процесса многоцикловой прокатки при создании композита, армированного частицами, системы Al-Cu
с помощью критериальной системы 115
Выводы по главе 3 117
глава 4. Разработка технологических пюцессов горячей многоцикловой прокатки слоистых листовых полуфабрикатов систем А1-А1 и Al-Cu на базе критериального подхода
4.1 Экспериментальная проверка применения критериального подхода при получении листовых полуфабрикатов в процессе многоцикловой прокатки 120
4.1.1 Экспериментальная проверка применения критериального подхода при получении супермногослойных материалов системы А1-А1 121
4.1.2 Экспериментальная проверка применения критериального подхода при получении материалов, армированных частицами 124
4.2 Оценка механических характеристик полученных многослойных композитов и композитов, армированных частицами 127
4.2.1 Изучение прочностных свойств листов композиции системы А1-Л1 .127
4.2.2 Исследование пластических свойств композита системы А1-А1 129
4.2.3 Оценка прочностных свойств листов композита системы Al-Cu 130
4.2.4 Исследование пластических свойств композита системы Al-Cu 132
4.2.5 Сравнительный анализ механических характеристик полученных композитов 133
4.2.6 Характер распределения микротвердости в образцах композита системы Al-Cu 135
4.2.7 Изучение процессов диффузии между компонентами композита системы Al-Cu с помощью метода конечных разностей 136
4.2.8 Изучение функциональных свойств композита системы Al-Cu 141
4.3 Методика разработки технологических процессов многоцикловой прокатки листовых материалов 142
4.4 Разработка технологического процесса получения алюминиевых листов, армированных частицами меди 147
Выводы по главе 4 151
Общие выводы 154
Библиографический список
- Методические основы проектирования процессов производства листовых изделий из композиционных материалов
- Прокатка слоистой заготовки
- Анализ процесса деформирования гетерогенной заготовки с позиций критериального подхода
- Экспериментальная проверка применения критериального подхода при получении супермногослойных материалов системы А1-А1
Введение к работе
Актуальность работы
Развитие машиностроения, авиационной, космической и других отраслей
промышленности в той или иной мере связано с использованием полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением. К их числу можно отнести прутки, трубы, профили, листы и т.п. Наиболее широкое применение получили листы, производство которых составляет около 60% от всей выпускаемой металлопродукции. Из них почти 40% приходится на элементы конструкций и обшивку.
За последнее время в промышленности ощущается высокая востребованность в листах из композиционных материалов, обладающих комплексом повышенных конструкционных и функциональных свойств, к которым можно отнести композиты слоистого строения, а также композиты, армированные частицами. Перспективными материалами для изготовления таких композиций являются алюминий и медь, обладающие высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками. В настоящее время такие материалы уже изготавливаются с использованием жидкофазных и твердофазных методов. Из жидкофазных методов применяется наплавка, а из твердофазных - методы напыления и порошковой металлургии. Однако листы, получаемые перечисленными способами, имеют ряд недостатков. Малоэффективно производство крупногабаритных слоистых листовых композиций, что обуславливается невысокой производительностью данных процессов, особенно, когда речь идет о производстве листов, состоящих из большого количества слоев. В этом случае требуется применение специализированного вакуумного оборудования, с помощью которого достаточно сложно получать крупногабаритные листовые полуфабрикаты. Кроме этого, все эти способы требуют применения подложки (листа основного материала), которую покрывают наплавленным или напыленным слоем другого металла.
Относительно недавно получил свое распространение способ многоцикловой вакуумной прокатки, который может использоваться для производства листов из слоистых заготовок. Данный способ позволяет получать супермногослойные материалы из слоистой сборной заготовки, состоящей из большого количества фольговых слоев, однако для его реализации также требуется дорогостоящее вакуумное оборудование. Как известно, фольговые слои не дают возможность подвергать их интенсивным пластическим деформациям, вследствие чего они плохо соединяются между собой в композите, поэтому более перспективно использовать многоцикловую прокатку сборной заготовки, состоящей из относительно небольшого количества слоев, толщина каждого из которых достаточна для того, чтобы воспринимать интенсивные пластические деформации. За несколько технологических циклов прокатки из таких заготовок можно создать супермногослойные композиции. В зависимости от состава сборной заготовки при многоцикловой прокатке можно получать листовые материалы как с ламинарным течением слоев, так и материалы, армированные частицами.
Данный способ позволяет получать крупногабаритные листовые полуфабрикаты на стандартном промышленном оборудовании. Готовые листы способны обладать комплексом повышенных конструкционных и функциональных свойств. Именно поэтому разработка новых технологических процессов многоцикловой прокатки листов из супермногослойных материалов и материалов, армированных частицами, является актуальной задачей для современной промышленности.
Цель работы — разработка научно-обоснованного технологического процесса многоцикловой прокатки листов из слоистых материалов на основе алюминия и меди с комплексом повышенных конструкционных и функциональных свойств.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
-
Проведен анализ совместимости компонентов, входящих в состав композита.
-
Разработана система критериальных выражений, устанавливающих взаимосвязь между параметрами сборной заготовки, конечного изделия и режимами технологического процесса изготовления листов из супермногослойных композитов и композитов, армированных частицами.
-
Изучено влияние режимов прокатки на процесс формирования прочного соединения компонентов алюмомедного композита.
-
Проведено математическое моделирование процесса прокатки, включающее определение напряженно-деформированного состояния (НДС) прокатываемой сборной заготовки.
-
Осуществлена экспериментальная проверка расчетов по критериальной системе.
-
Разработан технологический процесс получения листов из композиции АД1-М1 методом многоцикловой прокатки.
-
Разработана методика проектирования технологических процессов производства листов из супермногослойных композитов и материалов, армированных частицами.
Научная новизна:
-
Разработана система критериальных выражений, которая позволяет анализировать процесс деформирования сборной заготовки с учетом характеристик входящих в ее состав компонентов и технологических режимов обработки.
-
Разработана методика проектирования технологических процессов многоцикловой прокатки листовых полуфабрикатов из супермногослойных композитов и материалов, армированных частицами, различных конструкций и составов.
-
С помощью метода конечных элементов установлена функциональная взаимосвязь между параметрами НДС в компонентах сборной заготовки.
-
Предложен и реализован способ многоцикловой прокатки листов из материалов, армированных частицами.
Практическая значимость:
1. Разработан технологический процесс получения алюминиевых листов (АД1), армированных частицами меди (Ml).
На способ производства многослойных листов получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение № 2013130285/02(045123) от 03.07.2013г.
Апробация работы
Тематика работы обсуждалась на Международной научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия», Москва, 2011 г.; Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», Москва, 2011-2014г.; Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии», Москва, 2012г.; Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ-технологий в производстве», Москва, 2011г.; Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством и сертификация», Москва, 2012г.
Публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах - в том числе в 3 статьях в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ. По результатам работы получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение №2013130285/02(045123) от 03.07.2013г.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и перечня литературы, включающего 101 наименование. Материал работы изложен на 167 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 20 таблиц и приложение.
Методические основы проектирования процессов производства листовых изделий из композиционных материалов
В зависимости от характера процессов, которые протекают по границам раздела компонентов при их соединении, в работе [7] предложено разделить все способы изготовления композитов на две основные группы: 1. Получение соединения без пластического деформирования: литье, наплавка, пайка, сварка плавлением, металлизация напылением; химические и электрохимические покрытия, осаждение из газовой фазы и др. 2. Получение соединения с применением пластического деформирования: прессовая сварка, волочение, прокатка, сварка трением, импульсная сварка, диффузионная сварка и др. Каждый из перечисленных способов соединения не может быть универсальным и имеет свои определенные ограничения в области применения из-за ряда конструктивных, технологических, прочностных и других требований к соединяемым компонентам.
Так, методы получения соединения без пластического деформирования, преимущественно состоят из жидкофазных и твердофазных способов. Эти методы обладают рядом существенных преимуществ, главные из которых: возможность получения изделий со сложной конфигурацией и минимальной последующей обработкой или без. нее; ограниченное силовое воздействие на хрупкие компоненты; широкая номенклатура компонентов; упрощенное аппаратурное обеспечение; высокая производительность и возможность механизации; реализация непрерывных технологических процессов.
Жидкофазные методы включают использование следующих технологий: 1) Литейные технологии С их помощью получают композиты путем соединения жидких фаз различных компонентов или, когда один из компонентов находится в жидком состоянии, а другой - в твердом. Соединение жидких и твердых фаз в условиях производства осуществляется в следующем порядке [8,9]: укладка, установка армированных элементов в полость литейной формы перед заливкой матричным расплавом; заливка в литейную форму гетерогенного матричного расплава, содержащего армированные элементы; введение армированных элементов в матричный расплав в процессе заливки его в кристаллизатор или литейную форму; сборка (намотка армированных элементов в присутствии жидкого матричного сплава).
Одной из разновидностей литейных технологий является, так называемое литое плакирование, с помощью которого возможно получение многослойного композита [10]. 2) Метод наплавки Использование плакирующего слоя для покрытия поверхности композита с помощью наплавки, повышает его коррозионную стойкость. Процесс наплавки может осуществляться с помощью проволочных или ленточных электродов. Метод характеризуется высокой производительностью, но при этом обеспечивает небольшую глубину проплавлення основного металла [10]. 3) Метод направленной кристаллизации
Получение микрогетерогенных композитов осуществляется методом направленной кристаллизации эвтектических расплавов: из расплава, кристаллизирующегося в условиях интенсивного направленного отвода тепла, выпадают параллельные направлению теплоотвода игольчатые или пластинчатые кристаллы, равномерно распределенные в матрице. Эти кристаллы (армирующая фаза) имеют механические свойства, близкие к свойству усов, хорошо связаны с матрицей, поэтому прочность волокнистых эвтектик достаточно высока [10].
С помощью направленной кристаллизации получают композиты на основе Л1, Mg, Cu, Ni, Co, Nb, Ті и др. Эти новые материалы, состоящие из направленно расположенных взаимопроникающих друг в друга фаз, получили название естественных композиционных материалов. В отличие от обычных жаропрочных сплавов они являются анизотропными, характеризуются более высокими показателями прочности и жаропрочности. Использование литых эвтектических жаропрочных материалов перспективно в первую очередь в энергетическом машиностроении и космической технике, где требуется высокая жаропрочность (стойкость) изделия. 4) Методы осаждения
Создание композитов осуществляется путем нанесения на подложку чередующихся матричных и армирующих слоев. Существует несколько способов получения композитов нанесением покрытий: электролитическим осаждением, осаждением из газовой фазы, вакуумным, эмиссионным и др. методами [11].
Однако перечисленные методы получения композитов без пластического деформирования наряду с очевидными преимуществами имеют и определенные недостатки, среди них: невозможность изготовления крупногабаритных изделий; получаемые материалы не обладают должным уровнем механических характеристик, что не позволяет их использовать для производства высоконагруженных конструкций; технологические процессы достаточно сложны и требуют применения специализированного оборудования. Указанные недостатки возможно устранить, прибегая к твердофазным методам пластического деформирования. К ним относятся методы порошковой металлургии и обработки давлением.
Прокатка слоистой заготовки
Согласно описанной модели, при увеличении параметра очага деформации, неравномерность послойной деформации должна снизиться, потому что межслойное трение, обеспечивающее выравнивание деформаций по слоям, оказывает тем большее влияние на деформированное состояние, чем выше отношение площади поверхности сцепления к объему очага деформации.
Проводимые исследования для симметричных трехслойных композитов в работе [79] позволили выявить аналогичные зависимости для расчетной степени деформации каждого слоя. Экспериментальная проверка зависимостей проводилась прокаткой медно-алюминиевых пакетов, собранных по схемам Т-М-Т и М-Т-М (Т - твердый компонент - Си; М -мягкий компонент - А1 ) с суммарной толщиной 15мм, отношением Я противоречит данным работ [78] для пары Д16-АД1. Возможно, что характер деформации мягкого и твердого слоев зависит от соотношения конкретных пар и их свойств.
Однако, стоит заметить, что расчеты, проводимые с использованием вариационного принципа при моделировании прокатки композитов с большим числом слоев, окажутся весьма сложными и громоздкими, т.к. для определения рациональных режимов деформирования сборной заготовки такого композита необходимо рассматривать процесс его прокатки не только полагаясь на степени деформации твердого и мягкого компонентов, но также и осуществлять подбор температурных режимов, которые функционально связаны с коэффициентами вязкости компонентов, входящих в аппроксимирующее выражение (1-12). Определение значений коэффициентов вязкости материалов компонентов основывается на использовании специально разработанных методик, базирующихся на многочисленных экспериментах, чему посвящена отдельная область исследований.
Указанных недостатков можно избежать, используя подход, предложенный и освещенный в работе [80], заключающийся в построении полей скоростей для моделирования прокатки слоистых металлов. Однако, в большинстве случаев, эти разрывные поля не учитывают положения точки сцепления слоев в очаге деформации. Последнее не позволяет выполнить анализ деформации послойного течения металлов с учетом взаимодействия слоев, важность которого для прогнозирования параметров технологии прокатки отмечалась в работах [52,59].
Современные теоретические исследования процессов пластического деформирования при прокатке в значительной степени базируются на численных методах анализа [81,82], наиболее эффективным из которых является метод конечных элементов (МКЭ) [81]. Возникновение этого метода связано с решением задач космических исследований 50-х годов прошлого века. Впервые, он был опубликован в работе [83].
Основная идея метода конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную величину, такую как температура, давление и перемещение, можно аппроксимировать дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей. Кусочно-непрерывные функции определяются с помощью значений непрерывной величины в конечном числе точек рассматриваемой области [81].
Применение современных средств компьютерного анализа открыло широкие перспективы использования МКЭ для разработки технологических процессов с помощью математического моделирования. Как правило, исследование технологических процессов проводится на конечно-элементных моделях, описывающих движение сплошной среды на основе подхода Лагранжа. При этом объем деформируемой заготовки разбивается на элементарные объемы, образующие сетку лагранжевых конечных элементов, узлы которой принадлежат материалу заготовки. При деформации заготовки лагранжевые элементы деформируются и перемещаются вместе с материалом. В этом случае разрешающие уравнения сплошной среды записываются для узлов конечно-элементной модели. Такая постановка задачи дает преимущества в исследовании изменения параметров модели во времени. Достаточно просто, например, можно учесть в лагранжевой модели изменение физических свойств материала в процессе прокатки [84,85]. Также конечно-элементный анализ позволяет обрабатывать модели, построенные с небольшими допущениями; изучать НДС заготовки в динамике; получать числовые значения требуемых характеристик в каждой узловой точке — например, температуру, работу деформации и пр. [30,85].
С развитием компьютерных технологий постоянно появляются и усовершенствуются новые способы моделирования и методы анализа поведения материала при прокатке, которые успешно реализуются в САЕ -системах. С каждым годом прикладные САЕ - системы непрерывно совершенствуются. Большое применение в сфере разработки технологических процессов пластического деформирования получили программные продукты, такие как: Ansys-Dyna, QForm, DEFORM и т.п.
Одна из попыток использования прикладного пакета программ конечно-элементного моделирования в среде Ansys, предпринята в работе [38]. Целью проводимого моделирования стала оценка влияния структурных и технологических факторов на поведение шестнадцатислойного композита, состоящего из чередующихся слоев стали двух марок: У8 и 08Х18Н10, при пластическом деформировании [38]. В качестве первого физического условия при моделировании принималась гипотеза о неразрывной связи между слоями. Вторым условием моделирования явилось предположение о протекании динамической рекристаллизации при высокотемпературном деформировании, при котором материал не должен испытывать деформационного упрочнения. Моделью, удовлетворяющей поставленным условиям, служило упругопластическое поведение материала. Однако, деформирование материала в подобных условиях справедливо только на первом цикле прокатки, пока сохраняется поликристаллическое строение слоев.
Анализ процесса деформирования гетерогенной заготовки с позиций критериального подхода
Выбор состава композиционного материала, прежде всего, определяется требуемым комплексом свойств формируемой композиции. В частности, ожидаемые прочностные характеристики композита могут быть рассчитаны по известному правилу смеси, в котором учитывается влияние объемной доли каждого из компонентов [31,75]. Однако возможность реализации в новом материале прогнозируемых характеристик зависит от взаимной совместимости компонентов и правильности выбора технологических режимов обработки сборной заготовки. Кроме того, для каждого типа композитов должны выполняться конкретные условия.
1. При создании супермногослойного композита, необходимо соблюдение следующих требований: прокатка сборной заготовки должна проводиться при температуре горячего деформирования обоих компонентов; условия деформационного процесса должны обеспечивать формирование прочного соединения между компонентами; совместное деформирование компонентов необходимо проводить с такими обжатиями за проход, которые одновременно смогут выдержать оба компонента без разрушения; при деформировании компонентов нельзя допускать образования на границах их раздела хрупких фаз и интерметаллидов. Желательно при подборе исходных компонентов учитывать и их механическую совместимость, которая обеспечивает равномерность распределения действующих напряжений при совместном деформировании гетерогенной заготовки и минимизацию остаточных напряжений в сформировавшемся композите после прокатки.
2. Получение материала, армированного частицами, предполагает соблюдение следующих требований: прокатка сборной заготовки должна проводиться при температуре, когда один из компонентов деформируется в горячем состоянии, а другой - в теплом или в холодном; компонент, деформирующийся в горячем состоянии, должен обладать высокой пластичностью и играть роль матрицы в композиционном материале, в процессе прокатки он должен сохранять сплошность; второй компонент должен выполнять функции армирующего материала, формирующего требуемый комплекс свойств композита, в процессе прокатки, по мере расходования запаса пластичности, он будет дробиться на частицы, распределенные в пластичной матрице; условия деформационного процесса должны обеспечивать формирование прочного соединения между компонентами; совместное деформирование компонентов необходимо проводить с такими обжатиями за проход, которые способен выдержать пластичный компонент, армирующий компонент, по мере расходования запаса пластичности, будет разрушаться. В зависимости от состава компонентов формируемого композита при деформировании на границе их раздела могут образовываться хрупкие фазы и интерметаллиды.
Таким образом, при создании того или иного композита необходимо учитывать соответствующие требования к технологическому процессу его производства. Для того чтобы обеспечить создаваемый композит с требуемым комплексом свойств, важно управлять процессом его получения. Это достигается путем подбора параметров технологического процесса многоцикловой прокатки (температуры, степени деформации и т.д.). Подбор этих параметров должен осуществляться с учетом их взаимосвязи. Такую возможность дает использование критериальной системы, учитывающей данные об исходной заготовке, конечном изделии и режимах технологического процесса.
Разработка технологических процессов производства изделий из гетерогенных композиций существенно отличается от получения изделий из гомогенных материалов. При разработке процесса производства изделий из гетерогенных материалов следует учитывать характеристики заготовки и конечного изделия, а также параметры технологического процесса. Эти данные должны быть взаимосвязаны и рассматриваться в единой системе. С подобной задачей отечественные ученые уже сталкивались в 70-80-х годах XX века, когда разрабатывали технологические процессы производства изделий из волокнистых композиционных материалов (ВКМ). Тогда и был предложен системный подход, который основывался на ряде условий, с помощью которых определяются требования, обеспечивающие образование прочного соединения и сплошности компонентов [71,75]. Учитывая принципиальное сходство задач при разработке деформационных процессов изготовления твердофазными методами изделий из ВКМ и материалов со слоистым строением, а также, армированных частицами, данный подход целесообразно использовать и при разработке технологических процессов изготовления изделий, получаемых многоцикловой прокаткой.
Использование критериального подхода позволяет анализировать процесс деформирования сборной заготовки с учетом характеристик, входящих в ее состав компонентов, и технологических режимов обработки. Появляется возможность путем расчета заранее прогнозировать тип создаваемого композита. Условия, по которым ведется расчет параметров твердофазных процессов, позволяют установить диапазон изменения основных технологических параметров, тем самым обеспечивая получение необходимого композита с заданным уровнем свойств. Таким образом, процесс получения композиционного материала становится управляемым.
Расчет по критериальным выражениям должен проводиться для условий конкретного технологического процесса и определенного типа оборудования, с учетом режимов деформирования, отжига и параметров сборной заготовки.
Отжиг, проводимый после каждого прохода, необходим для снятия остаточных напряжений в компонентах и повышения их пластичности при последующем деформировании.
Подбор температуры отжига, как и температурного режима деформирования двухкомпонентных систем должен основываться на интервалах рекристаллизации каждого из компонентов. Так, при получении супермногослойного композита отжиг активизирует протекание рекристаллизационных процессов сразу во всех его компонентах, а создавая композит, армированный частицами, проводимый отжиг способствует прохождению рекристаллизации только в матричном компоненте.
Экспериментальная проверка применения критериального подхода при получении супермногослойных материалов системы А1-А1
При получении композитов по многоцикловой схеме прокатки, в результате многократного нагрева деформируемой заготовки, между компонентами композита проходят рекристаллизационные процессы, оказывающие влияние, главным образом, на прочностные характеристики готового полуфабриката.
Составляющие композицию алюминиевые слои, каждый в отдельности обладают высокой пластичностыо и невысокой прочностью, но взаимодействуя друг с другом в составе композита, придают ему дополнительную механическую прочность за счет межслойных границ, состоящих из скопления оксидных пленок. Прочность всей композиции с достаточной точностью можно рассчитать но правилу смеси [30,31,71]: где аВА1, СГВД1203 - пределы прочности при растяжении алюминия и его окисной пленки при разрушении соответственно; Ah УАПОЗ объемное содержание алюминия и доля оксидной пленки от общего объема всего композита.
Основной неизвестной данного выражения является прочность окисной пленки сгВлг2оз нахождение величины которой возможно при сравнении опытных данных, получаемых при механических испытаниях двух одинаковых слоистых заготовок типа А1-А1, одна из которых прокатывается и испытьтвается в вакууме, а другая прокатывается и испытывается на открытом воздухе.
Сложность в реализации вакуумной прокатки обусловливает нахождение предела прочности классическими испытаниями на растяжение слоистых образцов в стандартных условиях.
Изучение прочностных свойств слоистых образцов проводилось в соответствии с методиками для биметаллов, указанных в работах [7,29,52,59]. Механическому воздействию подвергались образцы в отожженном состоянии (Тотж = 375С). Испытания осуществлялись на разрывной машине «Instron» со скоростью нагружения 2,0 мм/мин.
Изменение предела прочности (ов) при растяжении композита (рис. 4.9) показало, что значение этой характеристики у композиции из 6 слоев лежит в пределах 70МПа, что весьма близко к прочности монометалла. На втором цикле прокатки, когда число слоев в композите достигает 36, наблюдается стремительный рост прочностных свойств до 84МПа. На третьем и четвертом циклах также преобладает тенденция к возрастанию предела прочности, но его рост уже менее интенсивен и составляет величину 93 и 97МПа соответственно.
Характеристику пластических свойств композита системы А1-А1, а именно, его относительное удлинение (5) определяли совместно с пределом прочности при испытаниях на растяжение. На рабочую часть испытуемого образца наносились контрольные метки на строго фиксированном расстоянии друг от друга, после его разрушения отделенные части вновь совмещались и замерялось конечное расстояние между метками. Затем, относительное удлинение вычисляли по формуле:
Результаты исследований показали, что относительное удлинение образцов (5) изменяется обратно пропорционально их пределу прочности. В заготовке из шести слоев 8 = 32%, что несколько ниже пластичности мономатериала (40%), но с ростом в ней числа слоев, относительное удлинение начинает монотонно снижаться, и к концу четвертого цикла прокатки достигает величины 22% (рис. 4.10).
Прочностные свойства при осевом растяжении листовых образцов композита системы Al-Cu можно определить расчетом по правилу смеси также как и для композита системы А1-А1, но выражение при этом примет вид: 0в = стВА1 VAl + стВСи VCu, (4.3) где аВм, тВСц —пределы прочности материала компонентов алюминия и меди соответственно; ль Vcu — объемное содержание алюминия и меди в композите.
Данное уравнение позволяет оценить прочность композиции при условии, что ее составляющие деформируются пластично вплоть до их полного разрушения.
Учитывая, что при многостадийной прокатке медь значительно раньше утрачивает технологическую пластичность, чем алюминий, а проводимый отжиг не дает полного ее восстановления, медь сильно охрупчивается. В результате этого прочностные свойства композита снижаются. Прочность такого композита можно оценить по уравнению: ?в = а вм УАІ + вСи VCu, (4.4) где о1 ъм — напряжения в пластичном компоненте при деформации разрушения реакционной зоны [19,25].
Однако следует заметить, что результаты, полученные расчетом, не могут в полной мере отражать реальное изменение прочностных характеристик, т.к. не учитывают влияние интерметаллидных прослоек и диффузионных зон на границе раздела компонентов на свойства композита в целом. Поэтому результаты оценки прочностных свойств композита, полученные экспериментальным путем, являются наиболее достоверными.
