Способ получения волокнистых композиционных материалов

(19) (И) 23 К 20 0 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙЙ ,ОБРЕТЕН ВУ Е чающии укладматрицы соцов на уголсварку прокл и ч а ю щцелью повыше кон между слоямим передних кони последующуюоль волокон о ку волмещени25-55ткой ви й с 20 т что, с И.М. ПавлЛешкевич тых композиционных материалов засчет повышения стабильности ихсвойств Ао длине, волокна передукладкой подвергают точечному отжигу, снижающему предел текучестина 5-2 Е в сечениях, расположенныхс одинаковым шагом от передних концов волокон, равны 1-15 критическимдлинам волокон. 71.2 (088,8) в И.М. Пластическ довых металлическНаука, 975, с. я дефорх мате 41-45. ОКНИС- вклюОПИСАНИЕ А ВТОРСКОМУ СВ(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛ ия качества волокин1Изобретение относится к металлургии, в частности к производству волокнистых композиционных материаловЦель изобретения - повьшение ка 1чества волокнистых композиционных материалов за счет повышения стабиль,ности их свойств по длине.Способ осуществляется следующимобразом.ГДля достижения поставленной целиупрочняющие волокна перед укладкойподвергают точечному отжигу, снижающему предел текучести на 5-127 всечениях, расположенных по длиневолокна с одинаковым для всех волокон шагом, равным 1-15 критическимдлинам волокон, начиная от переднихконцов волокон, Далее волокна укладывают между слоями матрицы со смещением передних концов на угол +25-55Рк направлению прокатки, обеспечиваяоптимальное расположение обработан- .ных сечений, без их совпадения илис 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 1 зации деФормации волокон в сечениях,расположенных под углом +25-55 кнаправлению прокатки и сохранениерасположения этих сечений при неограниченной длине материала.Нижний предел снижения предела те"кучести, равный 53, определяется изусловия гарантии локализации деформации волокон в заданном сечении, аследовательно, стабильности свойствкомпозиционного материала,Верхний предел снижения предела текучести, равный 123, 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 воз 234119 56 55 5 1 а 15 20 25 30 35 40 45 можна утрата заданного расположенияучастков, в которых должна бытьлокализована деформация волокон,из-за нарушения стационарности прокатки и неоднородности деформации,Таким образом, предлагаемый способпозволяет повысить стабильностьсвойств по длине готового компози"ционного материала.П р и м е р 1, Композиционный материал по предлагаемому способуполучали путем укладки проволоки иэстали НОК 18 Ю 1 9 0,5 мм между слоями алюминиевой ленты толщиной 0,7 мми прокатки вдоль волокон с обжатием35(вытяжка 1,22) за 1 проход при400 С. Объемная доля волокон в готоавом композиционном материале 207,. Приукладке передние концы волокон смещали друг относительно друга на угол45 . Перед укладкой волокна с поомощью лазерного луча подвергали точечному отжигу, обеспечивающему снижение предела текучести волокон вместе обработки на 102. При этомдля каждой из полос, начиная с передних концов, был выбран определенныйшаг отжига: 0,5;1;15;20 крат критической длины волокна, которая дляданного материала равна 15 мм, Изполученных полос длиной 10 м вырезали образцы для механических испытаний с продольным расположением волокон относительно растягивающейнагрузки, Образцы, имеющие длинурабочей части 20 мм, вырезали изпроизвольно выбранных участков повсей длине каждой полосы (всего по20 образцов).Результаты испытаний в виде максимального минимального и среднегозначений предела прочности, а такжевеличины дисперсии, характеризующейстабильности полученных результатов,приведены в табл. 1, Среднее значение и дисперсия определены по всемобразцам 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 шагаводили прокатку холоднотянутой проволоки 9 0,3 мм из стали 1 Х 18 Н 10 Т (бо= 120 кгс/мм ), уложенной между слоями алюминиевой ленты толщиной 0,5 мм. Перед укладкой проволоку , 15 подвергали точечному отжигу с помощью лазерного луча по режиму, указанному в табл.2, что обеспечило снижение предела текучести материала проволоки в местах обработки на 20 5-127,. Расстояние между обработанными сечениями, начиная с передних концов, составляло 100 мм (10 критических длин), При сборке передние концы обработанных волокон смещали 25 друг относительно друга на уголо45 , Прокатку проводили. вдоль волокон за 1 проход с обжатием 327 (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 25 Х. Из нолученных полос длиной 8 м вырезали35 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 и45 среднего значений предела прочности на разрыв, а также дисперсии приведены в табл.2Из табл. 2 видно, что в диапазоне локального снижения предела те 50 кучести материала волокон 5-12 Х композиционный материал обладает высокой стабильностью свойств по всей длине, При снижении предела текучести на величину меньшую, чем 53, наблюдается значительный разброс прочности по длине, что объясняется невозможностью гарантировать локали 3 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 123, локализации деформации в участках; прочность материала падает из-за .расположенных между участками точеч снижения несущей способности волокон, ного .отжига, и образованием в связи П р и и е р 3. Получали полосы с этим слабых сечений в композици- композиционного материала А 2 - неонном материале. ржавеющая сталь, путем прокатки проП р и м е р 2, С целью получения волоки 9. 0,3 мм из стали 1 Х 18 Н 10 Т, полос композиционного материала про О уложенной между слоями алюминиевойленты толщиной 0,5 мм. При укладкепередние концы волокон смещали другоотносительно друга на угол 45 . Прокатку-проводили вдоль волокон за 1проход с обжатием 323 при 350 С. Приполучении композиционного материалапо предлагаемому способу волокнаперед укладкой подвергали точечномуотжигу лазерным лучом мощностью50 х 1 О Вт/см при времени воздей 4 2ствия 0,05 с. Шаг точечного отжигасоставлял 100 мм (10 критическихдлин волокна). При получении композиционного материала по известномуспособу волокна предварительно неподвергали точечному отжигу, Из каждой полосы на расстояниях от переднего конца, указанных в табл. 3,вырезали образцы для механическихиспытаний с продольным расположением волокон относительно растягивающей нагрузки.Из табл, 3 видно, что свойствакомпозиционного материала, полученного по предлагаемому способу, являются стабильными по всей длинеполосы. Свойства материала, полученного по известному способу, падают по мере удаления от переднегоконца и на расстоянии 50 мм практически определяются свойствами алюминиевой матрицы.Таким образом, применение предлагаемого изобретения позоляет получить волокнистые композиционныематериалы с прочностью, близкойк расчетной, значительно превосходящие в стабильности свойств материалы, получаемые по известному способу.Технико-экономическая эффективность при производстве материала попредлагаемому способу достигаетсяза счет повышения качества волокнистых композиционных материаловблагодаря повышению стабильности ихмеханических свойств по всей длинепроката.1234119 Таблица Предел прочности на разрыв кгс/ммШаг точечного отжигакрат критической длины Дисперсия средний максимальный минимальный 0,5 40,1 39,5 39,8 0,69 64,5 64,9 63,6 0,72 64,7 64,9 0,79 59,2 20 65,2 47,3 48,80 Т а б л и ц а 2Предел прочности, на разрыв, кгс/мм Дисперсии средний макси- минимальный мальный 38,2 14,2 26,2 152,8 12 38,4 37,8 38,0 0,49 50 37,9 0,42 80 12 38,1 0,56 120 0,40 16 28,2 к) Время воздействия лазерного луча 0,05 с. Таблица 3 Предел прочности на разрыв, кгс/мм , прирасстоянии от переднего конца, мм Способ п"Днего кон 50 100 200 500 20 ца Предлагаемый 38,0 37,8 38,3 38,0 37,9 38,1 38,1 38,038,0 30,1 14,2 14,6 13,9 14,0 Известный ВНИИПИ Заказ 2935/15 Тираж 1001 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, гУжгород, ул. Проектная, 4 Мощность лазерного луча50 х 10 , Вт/см Снижение предела текучести, % 38,1 37,738,2 37,828,4 28,1