автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование упругости, неупругости и усталости композиционных материалов с металлической матрицей для работы в условиях переменных нагрузок

кацюнзлькз Академ!я кз'/к УКра!нп ¡нститут проблем матер1алознавства 1м.Г.М.Францевича

РГб ОД

На правах рукопису

УДК 539.43:539.67:669.018.9

ВДОВИЧЕНКО Олександр Васильович

Д0СЛ1ДНЕННЯ ПРУКНОСП, НЕПРУЕНОСТI ТА ВТСМИ К0МП03ИЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В 3 МЕТАЛЕВОЮ МАТРИЦЕЮ ДЛЯ РОБОТИ В УМОВАХ ЗМ1ННИХ НАЕАНТАКЕНЬ

Спещальщсть 05.02.01 - матер1алозназство в

машгагабудузанн! .(промисловз.сть)

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП на здобуття наукового ступени кандидата техн1чних наук

КИ1В-1994

Йсертащеэ в рукопис

FoSoTy biikoksho з 1нститут1 проблем матер1алог:-:азстза iM.I.M.CpEHuesir-ia HAH Укрз:ни

Науковий KepiBKJiK:

доктор тэхк!чкях наук, професор В.О.Кузьменко

CffiiuiiiKi опонентп:

доктор те;-:н1чк;1" наук C.M.CcjiOHiH

доктор техн1чк:п-: наук Б.О.Гряанов

Пров1дна оргаг-изагця:

АНТК i:.i.Q.K.Антонова

Захист в1дбудетьоя "JX" // 19S4p. в ".

м

годин

ка гасАдзкк! спец1ад1говано1 Ради Д 016.22.02

при iHCTiiTyii проблем матераалоэкаветва iw.¡.М.Францевича

HAH Укра1нп эа адресов:

2526S0, ДСП, KIUB-53Ü, 2ул.Кр:«кан1вського,3

3 дисертащеэ мо;«на овнайомнтися у öiSaioTeui 1кстптуту проблем матер1алознавства iw. Т.М.Францевича HAH УкраТни

Автореферат роз1слано "¿7" /О 1994р.

и

Бчений секретар спэц1ал1зовано1 Ради доктор TexHi4Ki-K наук

Р.В.Miкакова

ЗЛГАЛЬНА XAPAKTErJCTJKA rZ~5ТИ

A:-:r.-=JUH-.cTi zz-zzk. Вивченнэ компогигних матер1=л1з (KM) » -ïx структур::. дефектнстт! га процесгз, с:- недбузаяться при Зх ви-гстозлекн!, - шляхе« З12.:1рюв=нь e2:^kqc?í акугтпчко! :-:b:-_-.í або резонансно'! частстз: кодпвань присзяче:-:! ч;:слен:-п роботп.

1сзд1дкення згдуться гвшайно при машг-: ампл:тудах коливань i в д:тератур1 практзгч:-:-:: з1дс.утн1 дан! про зизчення метадокомпозитгз ак>"г:гчн!1мн методами îîjseoï потужнсстЗ.. Бикорпстакнл ыи-: методов догзсляг дссл!д.>:увзт:: Marepissîi га ï;-: характеристикам:: непрулкост! в режим!, ço мелуе г втомою в1д цкщйчних назанта^.ень, а тана:-: гести rpüCKOprni зипрсбування на втоыу, прямо моделхжг-л: -акт": нэк-лпзпи фактор, як кшк1сть цикл i г назантачекня, на зелнких Саза;-:

зклэтко.

Ведомостей про мождизгсть гастосузання потухни:-: акустичних методiв для вплрсбунань НИ. з металезоя матрицей дуже мало, я:-: i вгагал! !нформацП про характеристики цьсгс класу матер1=л!в при ииклечксму деформуванн!, негвачэлг-и: на те, то бёльахстг. зпроб!в, для яких роэробляються нов! Hi, прапюгать в умовах гм!кнпх наванта-жень' i демпфудча гдатн1сть та цикл1чна uiiiHiCTb, як i дпкатчна жорстк!сть, Е зажлизими експлузтацыиими характеристиками.

KpiM того, використання зазначених зисокочастотних метод i з для оперативного зигначення комплексу характеристик да; корисну ^формащэ для оптим!зацП процес!в одержанкя КМ на erani рогробки техколог!й.

Отже, вкзначеннл можливостей застосузакня акустзгчних мэтод!в велико'! потужност! для вшробування та дослёдження КМ г металевоя матрице», а також дослёдження механгчних характеристик КМ при цик-л!чному деформуванн! s актуальнш питаниям.

Мета роботи та газдання досл1ажения. Мета роботи полягала в досд!дженн! пружност!, непружносП та атоми коыпозищкних матер1а-л!в э металезою матрице» для роботи в умозах smíhhhx назантажень.

В!дпоз1дно до мети були поставлен! та рогв'яаак! так! задач::

- дослгдження можлизост! гастосуванзя акустичнкх регонансних метод!з для прискорекого зигначення цкгШчно! míühoct! píshhx кяа-oiB KM з металезо-о матрице», у току числ! в умозах п!дзпщених температур;

- зизчення гакоком!рностей эм!ни модуля :снга, декремента коли-

вань та границ! витривалостг нозих КМ в запехност! Bifl структурних та технодоггчних фактор!в;

- визнзчення деяких структурних та концентрнщйних параметр1в. цо забезпечують досягнэння крашого комплексу характеристик дослад-жуваких матер1ал1В при циклгчних казантаженкях.

Наукова новизна. У 31Дпов1дност1 до вкаэаних задач в poßoTi одержан! так1 науков1 результата:

1. ЕстаноЕлено мохшшсть застосування потужких високочастот-них ыетод1в для доаШдлення вtomii резнях клас!в з металеЕОю матрицей; запропонозано критерш руйнувакня в1д втоми пористих ко.мпог-iTiE з м!дних волокон за змекшенням власно! частота коливань зразк1в на 102.

2. Еперше дослужено характеристики пружностг, кепрузкност1 i втоми ЬЭЛ г металевою матрицею та пористих волокнозих матер1ал1з:

- встанозлено. цр з61лылення SMiCTy свинца г 5 до 25,1 (мае.) в композитах А1-РЬ не еплпезб на "ix граница внтрнЕалост1:

- для MiKpomapoBiix KJ.1 Cu/¡,io встановлеко, що голозним фактором впливу на граница зитривалост!, як i ка модуль Юнга, в об'емний bmíct складозих;

- для MiKpomapoBiK матер1ал1з Ti/Ti^Al показано, що зб1льшен-ня po3Mipi5 структурних складових, незвалаачи на значке п1дзищення rpannui MiuHocTi при роэтяэз., ка характеристики npy:~-:ocTi, непруж-koctí та втоми íctotho не зшшезе;

- для пористих КМ з ьйдних волокон Естанозлено кореляц1в частки контактного руйнувакня з добгов1чн1стэ при зипробуваннях на

3tgmv.

Практична ШннЮть. Обгрунтовако дощльшеть використання акустичних ыетод1в виэкаченкя механ1чних характеристик ЮЛ з мета-левоа матрицею для оперативного i економного встановлення оптимально; параметр1в технологи 'ix ЕиготоЕлення за крптер1ями пруж-hoctí. HenpyjKHOCTi та цишично! mí4hoctí. 0триман1 експерименталь-hí дан1 слугували за основу при ЕПбс-pi параметр1в технологта виго-тоЕлекня алтншрикщйшк матер1ал1з для п1дшшшик1з ковзакня та теплогахисних покритт1в лопаток газових TypöiH.

Результата, одержан! в ц1й poßoii, впроваджено в 1нститут1 електроззарювання ím. е.О.Патона HAH Укра'1 ни з економ1чн:ш ефектом 200 млн. крб.. цо п1дтверджуеться з1дпов1дними документами.

- С- -

и

Апгсба^:н "бот:;. Сснозн! результат;; робот:: допон!дались на Есесс-изн!:"; конференцП "Прочность материалов и элементов конструкций при высоких частота:-: нагружения" (Кшз,1988); КонференцП молод:;:-: вче:-:::х та спец!ал1ст!з "Спз:;ческсе материаловедение и физи-ко-.'пзягчеснпе основы создания новых материалов" (Льв1з,1929); III Есессювк!:"; конференцИ "Прочность, жесткость и технологичность изделий из компоэ;:ш:онкых материалов" (Залор!:сяя,1989); II Всесоюзному сш.гасз1ум1 "Синергетика. Новые технологии получения и свойства металлических материалов" (Москва, 1391); XII Есесс-озк!:": кокфе-ренцп з порошково! металургП (Кшз,1991).

Публ!кацП. Матергали д1сертац1:шо1 роботи викладено в препринт!, 4 статтях та 3 зб!рн:гках тез науково-телн!чних конференц!п.

Структура та сбсяг робот;;. Дисертац!я складаеться э зступу, шест:; глаз тексту, зиснозьиз та списку л1тературн з 190 каймгну-зань. Робота никладена на 1С6 стор!нках магкгаописного тексту ! м1ст:;ть 60 р::сунк!в, 16 таблипь.

На захист зиносяться так! полокення, рогроблен! особг.сто аз-тором:

- обгрунтузання моллизсст! застосузання потухши акуст::чн;::-: резонансних метод!з для зпгначення та -осл!д:*ен:-:я механ!ч:-:их ха-рзктеристг.т. сучасн;к ИЛ з металезсю матрицею;

- критер!й руинузанкя К1Л г м1д:-пк волокон за гмгноэ резонансно! частот;; коливань грагка;

- сукупн!сть експер::ментзльн::х дагпп про модуль Юнга Е, декремент коливань 5 та гранпш Ептривалсст! 6-1 резких■клас!з КМ з металезсю матрицею з зале.хност! з!д структура:« та ,технолог!чн::х параметр!з;

- рексмендацп цодо зпбору крашк знр!ант!в структур:; та тех-нелог!! знготезлення рогроблен! за результатами операт:аного вигначення резонанскимн акустшнпми методами комплексу механ!чн:п< характеристик.

Метел лосл!ду.екня. Робота язляе собою експериментальне до-сл1дяення, результат:; якого слугунть наукозоя основой застосування акустичних метод^з зелико! потуяносг! для зизчення структур;; та механ!чн:п: зластизсстей КМ г металегсл матрице:-:).

зм1ст рсгсти

У г г туп 1 сбгрунтована актуа£ь:-:1сть роботи, сформу~ьова:-и мета та зандання досл;д*.еккн, пауков а новизна 1 практична ц1кн1сть одтркаких результатов, а такол основа! положения, що виносяться на

эзхпот.

5 перЕп; г.-ав! проведено акалаз л1тературни>: дакнх про нетоди досл1д:т:ення матер1ал1Е та властквост! ЮЛ в умовах цик-Ичного де-формузання, а тзкож про вшпз структурних та технолог1чних факторов на мехашчн! характеристик!: КМ. Показано, що серед прпскоренмх метсд!в визначенкя циклично: ».ццноста напбШз перспектогкши з впсокочастотн! метод», осклльки т1лъки в них прямо модел-оетьсл фактор кз.лькост1 гшклхв наваатаження, на великих багах зклшко. Рогглянуто крнтерП руйкувакня КМ за змхноа акустичнкх харачтерио-тнк, а такой особливостх руйнузанкя КМ. Показано обме:чсен1сть л1те-ратурних даних про М9хан1чк1 Еластивост1 КМ г металезсд матрицею •при цикличному деформувашп, особливо е багатоциклозхп сбласт1 та практичну Е1дсутн1сть даних про застосування акустичних метод1в (за винятком вигначенкя модул1в пружност! га резонансною частотою або сзидк1 стю звуку) для вивчення них властивостеи.

Друга глава присвячена методикам досл1д»ень, що були зикорис-тан1 в дан!й робот!, а такок обгрунтуванню критергю руйнування КМ в умовач реэонансних випробувань.

Комплекс характеристик (модуль Юнга Е, декремент колизань 3 та гранкцю витривалост! 6-1) досл).дкуЕаних КМ Еизначали резонанс-ни),!и методами, що були розроблен1 для традищйних матер1ал1в. Застосування резокзнсних метод1е для доипдкення КМ дозволило вико-ристовувати при визначенн! ЕС1Х характеристик стеркнев! зразки сталого поперечного перер1зу малих розм1р!в ((1...1.5) х 4 х 50 ш) в частотному д1апазон1 е!д сотен герц до ста кллогерц. Розм1рп структурних склздових КМ в такому випадку :.стотно мент за довхнну хвил1 1 застосування р1внянь, одержаних для однорукого тала при розрачунку модуля Юнга та напрукень в правомхрним. Ю.д механ!чними характеристиками рогу),пли властивост! КМ як т1ла, однор1дкого на макрор!вн1.

3 метою досл1дкення можлнзостеи застосузання метсддв для вн-

вченкя р1гних k.iící3 металскс:ллозпт1а Суло cípaac ia:-:i m£T5piai:i:

. - практично бегпср:;ст1 псрсшков! ксмпсзити Al-Fb i С1метали з локриттям г цпх КМ, го зикористовуэться з ni дошника:-: коззання аз-

?cmc6i.1bk;rc д2!!гук13;

- ксмпсзити TÍ/TÍ3AI та Си/Mo, одер:*ан1 пошзрозим конденсу-зання.м пари з Eaxyywi, цо рогроблялися 2 IES 1м.£.0.Патс:-:з для лопаток rypí1н аз1ац1йних двигун1з;

- впсокопорпст! КМ з м1дних золокоя, що Епксрпстсзуяться як демпфунч! та пол1кал1лярн1.

Визначення модуля Юнга досмпдяуваних ЮЛ проводили за результатами bk.iipi3 частоти елзсн:!Х поздов-чайх коливакь зр=з:-ав, íx дозжпни та густини. Похибка методик! не перезпщувала 1...2".

Декремент кол:вань зизначзли за ш:!ринс:-о резонансно! криво! на 31брсстенд1 ЕЭДС-200. Нзйбгльиа зхдкссна похибка визначення ампл!-туд налружекь та декременту коливань не перезищузала 10".

Бипробування ка втому проводили на стандартних електроднна-mí4hhx з1брсстекдах ЕЭДС-200. ЕЭДС-400 та 5ЭДС-1ЕС0 при попер ечн::х коливакнях консольно эакргпленого зрззкз за другою модою на част;-Ti близько 2 кГц. Обмежену граница Ептризалогт1 визкачали на баз! в!шробуЕань 5x10' циюйе. Похпбкз визначення а.мпл1туди pvhhíehitx напру:*ень склад ала не бальзе 5".

Дсстоз1рн1сть результата ззбезпечувалась статистичноо оброб-кса даннх, одержаних на 3...15 зразкзх на одну експериментэльну точку.

Для дссл1д:*ення б1.\:етал1з розрахункозз формула £улз трансфср-мозана до зпгляду, який дозволив Епзначатп капруження, ш виникали в основi та з noKpiiTTi при smíhhhx назаатаненнях.

2 npoueci випрсбугань на зтому з пост i инею амплхтудся дефор-мац!:": у чзстнни досл1~'.уванпх КМ пошкодкеення накспичуЕалясь до позно! Етрати несучо! здатност1 без роэдглення зрззкз на частики. Упов1льнен::й pier тр!цзп-:п зтоми доззол:з контролззати процес руй-нузання зрззк1з за зм1нс:-э резонансно! частоти íx коливань. Еуло Естанозлено, що незалежно в!д пористосИ практ:1чн1п зтрат: несучс! здатнсст! 3pasKia з!дпов1дало змениення "ix гласно! частоти кол;;-езнь на 8... 12.', тому за Kpniepín руннузання дссл1д:-г/ззнпх W, 6y.~D прииняте зменшення гласно! частоти на 10Z.

Для визначення модуля Юнга та границ! витрпвалост! КМ в умо-вах тдвищенпх температур було розроблеко пристр1й, що дозеолив одер:катп результат!! при температурах до 1072К. Модуль Юнга при п1дгиЕекпх температурах розрахозузали га резонансною частотою пер-

Ш01 моди згинних- колиззнь консоль ко гакр!пленого зразка г норму-вакняк до частот;: першоз моди погдовкн!х коллзань при :-:и::-:атк1й температур!.

Е тоет!й глав! Епкладено результат:; досл1джекня мехаг-ичних характеристик матераал!в А1-РЬ та б1метаз1в г покриттям г шк ма-тер!ал!в з галехнсст! з!д концентрат I свинаю. Мзсозш"; ем!от свин-15: гм1:-:-:зззся г:д 5 до 25Г.. Дослдаувак! мзтер1али одер«ували екс-труг!е:о порошглв алюмШв та свинца з! ступ!ннэ деформап!! 98£ при температур! 673К. Е!металн отр:шували сум1скою холодно:-: прокаткою' оонози (сталь 08) г покриттям.

Еуло встанозлено, шо модуль Юнга матер1ал!в А1-РЬ !з зб!ль-шенням вм1сту св;пию гменшуеться на бхльшу величину, н1к мало бути зг!дно г р!внянням адитизност!: в1д 68,9 ГПа (5*.РЬ) до 67,6 ГПа (15-1РЬ). Це пояскзеться чутлгшетю резонансно! частот;; коливань до в1дсутност1 >лм!чного контакту мы* частыми евкнп» та алямШЕгс« мзтр;п:ез, що п!дтвердхуЕться виглядом позерхонь злзудз зразклз п!сля СТЗТ1ГЧШ1Х внпробувань на розтяг.

Анал!з поверхонь злам1в зразкгв п1сля високочастотного згин-ного навантаження показав, що руйнування настав внасл!док втоми, тр!шпш гароджувться в!д дефект!в. Мокливо це обумовлюг практично однакозу граница витривалост! матер1ал1Е в усьому д!апагон! зьани вм1сту свинщ) - >- 65 Ша, що е б1лыаиы га значення 6-1 в!домих ан-тифрглацйних матер!ал1в. Б1дношення визначених величин границ! Еитр:Еалост1 КМ А1-РЬ до !х границ! м1цност1 при розтяз1 становили 0,57...О,75.

Встановлено, щр при високочастотному цкшпчному казантахенн! руйнування б1метал!з реал!зуеться як шляхом роатр^скузання плакую-чого шару, так ! розшаруванням по'поверхн! роздиу м1.ч основою та покриттям. Так! ж мехэшзми спостер!гаються при руйнуванн! б!мета-л!чних елеыент!в в умовах експлуатацП, що дозволило гробитл вис-новок про адекзаттсть методу досл1джеЕня матер!алу щш умовам. Кр!м того, якщр розглядати С1метал як модель шзруватого композиту, одержан! результат вказують на ыоклиз^тъ реал!зац!5 (при акус-тичних частотах навантаження) гальмування трщши зтоми га меха-н1змом Кука - Гордона.

Проведен! доелгдження дозволили встановити, що, неззажаочи га деяке зменшення статично! шцност! та пластичност!, оптшальн! експлуатац!йн! характеристики мае матер!ад з концентравдею евтодо

25" (мае.), оск!лькл TpníOTexKi4Hi зластизост! ai эб!льт&нкяы вы i с ту ce;::-:ix-3 покрааг/ються, а гранпця зитрлвалсст! не зм1нюбться. Подальше гб1льшення зм!сту свпншз неможлпзе s технолог!чних причин.

Четзеота глава мгстпть результата дссл!дження модуля Юнга, декремента коливакь та цикл1чно1 míiihoctí матер! ал i в Cu/'Mo, одер-жаннх конденсацию з вакуум! парозих потскхз на п!дложку. Компози-ти язляли собою матер1али э парiв пластично! низькомодульно! м!д1, леговано! iTpiew, та мгцного високомодульного молхбдену, цо чергу-зались mí:í собою. Шари обох складових з одному матер1ал1 за тоещл-нсю не зшнюзатася, але для piSHiix матергайв зуйнюзалпся в!дпо-В1Дно: Си - В1Д 2 до 10 мкм, Мо - в1д 1 до 4 мкм. Об'емнии emíct мол1бдеку при цьому складаз вгд 12 до 43--. Еивчали заяе;-ш!сть зга-даного комплексу характеристик з1д концентрацп склздозих та тоз-щин 'ix napiB. Дан i про механхчн! зластпвост! композит!з при статичному назаятау.енш одержан! S. GccKinnu (113 1м.Патона HAH УкраЬ нп). Еулс зстанозлено, ^о з1днсл:ення границ! зитрнзалост1 до границ! MiiiHccTi станозить 0,35...0,75 для piSHnx uaTepiaiiB.

Незва^аючи на досить висске рсзскозачня результат!в (рпс.1), емпхричнип коеф!и!5нт л1н1пно1 кореляцп mí:« 6-\ та bmíctom молибдену станозить 0,'302.1 з над1:":н1стю 0,99 пстр!бко н1д:-:плпт:т rino-тезу про кекорельоза-асть шк величин. Проте анал1з показуе залеж-HicTb значень границ! витрпЕалост! е!д тсееини пару мол15дену: 3i зб!льп:енням П з!д 1 до 4 мкм при тсзпкн! пару м1д1 5 мкм граница BiiTp:i3aíocTi зростае ивилзе, н!л загалси з ростсм emíct-/ мол1бде-ну. Анапз псзерхонь рупнува-гня зразьпв показав, цо рупнува-ня nacías з!д втсми. rpiznHa на початкоЕому e~ani Шдростав стрпбка-:.!и, зупиключис; через 2...4 пер1оди (б!ля 30 мкм) з утЕоренням рогшарузачь в пластпчних гарач мгд! або перед шарами мол!бдену. Це сз!дчпть про Bi-носко ннзьку Mi.viaapoay м!цн!сть компогит!в системп Cu/lío. Iнтгнснвнiсть розшаруЕачь зростае !с збтгенням в!днопення товшин пар!в Ьло/hcu i Haiiöi^ai рогп:аруЕаннл назначались на гразкач материал;.' г b,!oí54 мкм, пси^З мкы при Vi.io-39", гра-лщя еи-трнвалост! якого ста-говила 250 f.fila, перезишуючи границ! витривачос-tí íks:ix дссл!д:?.уга-:пх MaTepiaais системи Cu/Mo.

Досл!дження непружност! КМ показали, по зм1на декремента ко-лпвачь при висок!ix piHHHX напружень hkícho зб!гаеться 3i bmíhcd заносного видсзження при статичному розтяз!, ир св1дчить про вза-

емсгз'лгок дефэр!.:ац1пн::х та демпфуючзх нлагтивостеп композитов, тс5то процесев м!:-:ро- та макропластичнса де£ормацП. Висок! значения 5. зигначек! при дегор!.:ац!ях, блнгьких до руйг^знкх (•-Ю-0), не гумозлен! лише процесами руинугання, осгцдьки значения модуля Енга, зпзначен! зздовж площпнп шар!з при р!зкях де£ормац!й -1С"6 (р:::.1) !стотно кзгжче розрахованих га р!вкян:-:ям адптнвнсст! саме у ыатер1ал1з г п!двиценими значениями 5. Декремент колпзань ми-.рспа-рсг;о: 1.:атер!ал!в при калруженнях, цо дор1в:-;-::оть границ! Ентрпва-лост! 5-1 перевщ;5 щ> характеристику катер1£л1в'-скдздо2ш: 1 це можка пояснити епливом гракиць шар1в.

т т

8 в

ч г о

К,"Л* Е/Па,

Рис.1. Залежн1сть модуля Юнга (1), декремента коливань (2), границ! витривалост! (3) та ЕЮромщност! к - (б_1 х 5-а) (4) КМ Си/Ыо В1Д вм!сту мол1бдеку.

Естановлено, що добротн1сть (характеристика, эзоротко пропор-вдйна декременту коливань: Ц - л/5 ) в залежност! е1д в1дноЕення товщин шар1в складозих зм1нюбться за парабол1чним законом (рис.2). Це дозволило припустити наязн1сть процесу ам1цкенкя шар1в М1Д1 п1д вплизом терм1чних напружень. Припущення потверджуеться каязк!ст;о велико! к1лькост! дв1йник1в в зернах шар1в цього матер!алу.

Анайз показав, цо зм1ну непружност! композите системи Си/Мо не можна пояснит Ильки к1льк1стю та якдстю гракиць розд1лу м1ж

парами, концентрацию фаз, р1зн;:ми значениями напружена при пор1в-ня:-:н1 5-1 а5о р1гн:зп! значениями цхкл1чно1 деформацП при пср1з-нянн! декремент1з колпзань, визкачених при однакозих напряжениях. Ка пгдстаз! цього було зрсблено висновок про змз.ну зласт::зостей матер1ал!з склндоз:к 1-2.5 Си/!.!о, до з!дчутно апливае на зластизост!

КОМПОЗИТОВ 3 ЩЛСМУ.

О

150 Г

Рис.2. Залежюстъ дсбротност1 КМ Сц/Мо 31Д спгвз1дношення товшин шар1з складознх.

о,г о.ч 0,6 К/ьСц

Проведен! дссл1дження дозволили встаноЕнти, що материал:; г б1льп:м в1дношенням Ьмс/^еи маэть бгльшг пружпсть та цпклгчну !,апн1сть 1 водночас ыеншу кепружк1сть. Оптимальней! га кр::тер15.ч к - (б-1х<3-1), який зпкористозугться для оц!н:-:п якост1 матер:ал1з, по експлуатуаться з умозах цикглчних нзаантажень 1 називаеться з1бром1ш-:1стк!1 е материал з сб'емноэ концентрацию мол1бдену

-1 1 ' г

У п'ят 1й глаз! дазться результата визкачекня комплексу характеристик кснденсеваних матер-1ал1з П/П^АХ. Дссл1дження проводили г метою гизчення зпливу термомехаг-пчно! обробкп конденсату на його модуль Юнга 1 граница витр::залсст1 при температура:-; до 973К та оперативного зизначення технологичного р-езивлу, ягагм забезпечувться крашш комплекс характеристик матергалу при цлкл1чному деформуван-Н1 в умовах илдвинених температур.

.Матер1ал одержуЕали поааровсэ конденсавдею пар1в на тдлсжку з температурою 973К до товшин езо1з 5 мкм. На зщану вхд мзтер1а-Л1в такого ж складу, аде з б1льшнми товщиначи шар1в, утзор-овалзсь структура, в яки; шаря чаотково розпэдались 1 локал1зувалпсь в зернах, ш мази стозбчату структуру, ор1бнтовану в напрямку пад!н-

ня парового поток/. Подзлъшз термоыехакхчна обробка iccc-тно гг.1ню-езлз структуру матер!алу: п1сля прокатки та стабШзуючого низько-температурного в!дпэлу (973К, 1 год.) стовбчзст1 зерна деформува-лп:ь, моносло! в них познхстю рузшуззлись з утворенням сферзгчних чзсток tt2-Ti3Äl д1аыетром 0,5... 1,5 ыкм; в!дпзл на протяз! 2 годин при температур! 1273К викликзе позне розчияекня 1нтерметал1дних частой е матриц! i вз!дз.леннл нздлишково! «г-фази при охслодж.енн1 у взгляд! колон1й паралельних пластин. Роз-Mip зерна у поперечное/ nepepisi при цьому досягав 2,5 мм.

Результат!! дссл1ду.ень показали, що величина модуля Юнга материалу на 15* перевишуе Е1дп0в1дн1 значения сучасних конструклдйних матер1ал1Е на ocnoBi титану О 115 ГПз), а питома величинз модуля е ед:-:1г:-э г найб^лъшзЕ серед матера ал i в г р1вкем в1Дноского еидов-кення S* ^ ЮХ, поступаючись xi6a що !.:атер1алам системи Al-Li. Еи-сокзш р1зень знзчень пружност1 збер-!гагться i при пхднишених температура:-: (рис.3). Декремент колзшань у scix дссл!д*:еннх матер1з-л1е сз:стеми практично не е!др1зняеся i становив блз:зько 0,1%.

Рпс.З. Темперзтурн! зачекност1 модуля Юнга композз:т1в системи Ti/TisAl пхсля в1дпалу 973 К, 1 год. (1), 1273 К, 2 год. (2) та сплаву 0Т4 (3).

Як при кпгаатн1й, так 1 при тдвзпцених температурах зразки руйнувались в!д втоми.. Екв1дистантн!сть кривих втомз! сзадчпть про однаков1 мехаШзми руйнування матер1ал1в при р1зних температурах, цо п!дтверд«уеться виглядом злам1в зразк!в. Значения гранзпц ви-триватсст1 матер1ал1в, в1дпалених при р1зних режимах, становили 0,23...0,62 в!д аначень границ1 м1цност! на розтяг при к1мнатн1й та 0,73...0,89 при п1двищених температурах (таблзщя).

__ 4 4

11

Бластизост! матер1а~!з система Ti/TisAl, зизначен! при pissiix

температурах

Термсыеха-йчна Тдосл.. 5\ ба, 6-1, ö-i/6a

обрсбка К V тз. МПа

Einnai 's73K, 1 год. 2°3 873 9 25 ЕОО 220 310 160 0,62 0,73

Б!дпал 973К,1 год., прокатка 40' 293 3 540 300 0,55

В1дпал 1273К,2 год. 293 973 11 30 750 200 250 142 0,33 0,89

В mccTii'i глаз! викладено результата досл3.даення характеристик пружност!, непружност! та циклично! м!цнсст1 матер!ал!в з м!дних волокон д!аметром 70 >лсм та дозжннса 3 мм э nopucTicTio 20...70Х. !.'атер!алп сдержи/вал;! сп!ка-:нлм волокон з ста-:! зьтьно! касипки, прокатувахи до потр!Сно! ncpiiCTOCTi з наступним с.-пканням з сере-дозпщ! водню при температур! 1273К аСо без сп:какня.

Було зстанозлеко, да зелпчшш модуля Юнга прокатаких матер!а-л!з, спечених на протяз! дзох годин, з1дпсз1даоть значениям Е пре-созаних матер!а:!в з таких сач:к волокон, з!домим з л!тератури, i зм!нз npyxHocri з залежнс-ст! з!д лорпстост! добре оппсуеться piB-нянням Еальпина Е - Е0 (1 - 9)°.- Значения модуля Юнга неспеченнх матер!ал!з набагато Menni ; маке не зростадть !з гб!льиенням по-t—ь

Модуль Юнга мзтер!ал1з, визначенлй за напрямом прокатки б1ль-ге за значения Е поперек иього напряиу як з неспечеких, так i в спеченпх матер1злач, а сск!льки ця р!зниця збхльшувться п!сля пер-по! годики сп!качня (рис.4), коли проходить формуЕання кс:-:тачт!в, а нэдап за-изветься незм!ннс:о, то це ).южна поясннти сам? pisHcx) к!льк!стю коктакт!з а обох капрямач.

Пор!зкяння за-.ежностеи модуля Юнга та декремента колпзань в!д часу спакання вкаэуз на високу чутлив!сть характеристик непружнос-Ti до на*зкост! доскрналих контактдз.

Результат:! внгначенкя модуля Юнга, декремента колизань тз пи-тсмого електричнсгс опору модельних зрзгк!з з зал!зного порошкз IH2.M2 .(в - 5*), спечензс. при р!зклх температурах в середсзищ! годна (рис. 5) та сп!зстазленкя ix з результатами структурних дослхд-жень, прсзедених О.Малпшенком (ID.1 1м. ¡.У.Сранпезича HAH Укра1ни),

покагалп, ¡до най5:льи чутливим до утворення м!жчасткових контакт 1 в виявизся декремент коливанъ.

В, г Па.

Рис.4. Залежн1сть модуля Юнга згдовл (1) 1 поперек (2) прокатки та декремента коливанъ (3) ма?ер:ад!з (8 - 13*) а кхдких волокон 0' 70мкм, 1а-3мм з!д часу сткання (Т-1273К, водень).

2 Тс„,год.

п** пким -СМ

500

Рис.5. Залета!сть модуля Юнга (1), декремента колизань (2) та питомого електроопору (3) зал1за (6-5?.) г порошка 1Е23М2 в!д температурк слпкакня в се-редовищ! водню.

2 ?3 5?5

Еипробовування високопористих матер!ал1в з м1дних волокон на високочастотяу цикЛчну м1цн!сть показали, цо крив! зтоми маять вигляд, схожий на крив! втоми компактно! М1д!. Значения границ! витривалост! станозлять 0,25...О,55 в!д границ! м!цност! при роз-тяз1. Анзл!а злам!в дозволзш встановити, цо руйнування грагглв настав внасл!док зтоыи. Особлиэ!сть досл!джених матер!ал!в - висок! значения гранично! циюично! деформацП г-х - 6-1/Е , що перэ-вищузали е-1 компактно! м!д! (рис!6).

При доспджекн! спеченого матер!злу ncpncTicTS 13" було зста-нозлено, цс частика зрагк1з руинугглась не по контактах м!ж волокнами, як це спостер!гзлось для ренти матер!ал!з, а пер-езажно. по Tiny волокон. Дозгсв1чн:сть таких зразк!з при та-сих самих напру-женнях виязплась меншою, н!ж зразкхз щсго материал-/, цо руйнува-лись i по контактах. Таким чином, було знязлено, що для золоккових матер!ад1г, так само, як i для сло'Ютих, можлива зм1на мехач1гм1в руйнування 31Д втоми зхд леренажно П1Д д!гю нормально напружень до руинування Шд д!ео дотичких напружена, тсбто можлизе гальму-вання TpimnHi! втоми за мехач!змом Кука - Гордона.

Рис. 5. Залежн1сть границ! Ентривалост1 (1,2) та гранично! цикл1чно! деформаш! (3,4) MaiepianiB з м!дних волокон з1д nopncTCCTi:

1, 2 - п1сля прокатки;

2, 4 - П1слл прокатки i cni-

кання (1273К, 2 години)

0CHG5HI EI'^HC'EKÎI

i

1. Е результат! дссШдження piannx kssgíb КМ з метзлезса матрицею потужн:с.1И акустнчкими резонансннми методами експериментально зстаноэленз можлив1сть з-зстосузання цих метод1з для оперативного зизкачення характеристик npyxHOCTi, непружкост1 та цлкл!чно! м1ц-HOCTi КМ, незважаэчи на певну ineanieauia розрахунково! модел!. Резонансн1 акусс:тчн1 методи чутлиз1 до структур« КМ, що дозволяв зикористозузати ïx для значения процес1з фоомування структур» та оперативно! опислзацп технологи виготовлення матер1ал!з.

2. Проведено ыетодичн! розробки по визкачекня механ!чних зластивостей КМ, в тому числ1 при шдзщених температурах зипробу-

А А — -

вань, цо дозволило визкачати граница витрнззлсст! КМ р!гно! структур;:. Показано, цо при резонансних випробувакнях пористих матерха-лхв, :-:еза*ежко з!д 1х пористост!, за крктер!п руинузакня доц1льно брати зыекшення гласно! частоти коливакь зрагкдв на 10?;.

2. Вперше одержано комплекс експериментальних даних про модуль. Юнга, декремент коливань та граница витривалост! пористих во-локнозих матергатлз, порошкових антифрикщйних С1метал1в 1 ьпкро-парових матер1ал!в на основ! М1Д!, адюмШю та титану, цо дозволило дати сбгрунтозан! рекомекдацП по сдержанна матер1ал1в з висо-кими механ1чними властивостями та 1х застосуваннкз в умовах цикл!ч-ких кавантажень.

4. Для порогкових анткфрикЩнних матерхал1в А1-РЬ та б1мета-Л1В сталь 09/(А1-РЬ) встаноЕлено, що збхльпення матового вм1сту свинца з 5 до 25* !стотно не впливае на граница витризалоот1 (значения б_1 станозлять близько 55 МПа). Осглльки 1г зб1льшекням вм!сту свинца тр;:5отехн1чн1 характеристики ыатер1алу покраиуаться, Естакозлено, що оптимальною е технолог!чно максимально дослана концентращя свинца - 25Х (мае.).

5. Для м1крошарових матер1зл1в системи Си/Мо з р1зними товщи-Haj.ii! шар1в складових нстановлено, ¡до головнт.1 фактором впливу на гранту витривалостх, як 1 на модуль Юнга, е об'емний вм1ст мол16-дену - обцдв1 характеристики в щлому тдвищуються 13 збхлыпенням Умо- Непрузкн1сть матер1алу бхльш 1.стотно залежпть в1д спхев1дно-шення товщин шзр1в складових. Використовуючи результат« дослхджен-ня комплексу характеристик, доведено, що зм1на властнаостей композитов викликана зм1ною властивостей матер!алу шару м1д1, очевидно, п1д впливом терм!чних напрухень, що виникають в процес! виготов-лення КМ. Встановлено, що при руйнуванн1 м1крошарових композит 1в в1д втоми в процесс навзнта*.ення з акустичними частотами реач1гу-гаться розшарування, котр!, ймов!рно, спричикяють гальмування тр1-щики за механ!змом Кукз-Гордона. Оптимадьний комплекс характеристик за критерии Е1бром1цност1 (к - 6-1x5-1) мае матер1ал з об'ем-ним вм!стом молибдену 13...14Х.

6. Для матер!ал1в системи Т1/Т1зА1, одержаних пошаровою конденсате*) складових, показано, що гб1льшеккя розм1р1в елемент1Е структури, при якому 1стотно зб1льшуеться границя мхцност! матер1-алу при розтяз!, викликае при к1мнатн!й температур! деяке зменшен-ня границ! витривалост! при незначному зменигенн! модуля ¡Сига ! практично незмгнному декремент! коливакь. При п1двищенн1 темпера-

- 15 -

тур вшробувань заношенна 6-i/6B (живуч!сть КМ) зростаз.

. 7. Для матер1ал1в, виготовлених методами порошкозо! металур-ri'i, встанозлено, що декремент коливань, назначений при амшптудах налружень, близьких до границ! витривалост! íctotho зменшуБться теля формування б1льш досконалих контакт!в мхд частками при cni-KaKHi i ця характеристика е бЛлып чутлизоэ при вияЕленн! такого роду дефектов, н!я модуль Юнга або питомий електричний onip.

8. Для пористих КМ э м1дних волокон вперше встанозлена коре-лящя частки контактного руйнування з довгов1Чн1стга при випробу-вакнях на этому. Встанозлено, що граница витривалост! матер1ал!в зростаб 3i змекшенням пористости, а гранична цлкл!чка деформащя перезищув цен показкик компактно! Mifli.

OCHQBHi положения робота зикдадеко в таких публ!кад!ях:

1. Вдозиченко A.B., Луговской Ю.О., Назаренко В.А. Усталостное разрушение высокопорлстых материалов из медного волокна при резонансных изгибных колебаниях// Поровкозая металлургия, 1991.-»1.-С.95-99.

2. Сопротивление усталости прокатанных пористых материалов на основе медного волокна при высокочастотном циклическом нагружен::«/ Вдозиченко A.B., Кузьменко В.А.. Лугсеской Ю.Ф-, Наззрекко В.А.// Порсжовая металлургия, 1991. - N10. - С. 69-72.

3. Корж A.B., Луговской Ю.Ф., Едоз:гченко А.Е. Статические и дпна.мические свойства квазимикрослойных конденсированных материалов системы TÍ-TÍ3AI// Актуальные вопросы материаловедения.- Киев: ИШ АН УССР, 1991.- С. 75-80.

4. Статические и динамические свойства композиционного биметаллического проката/ А.В.Вдозиченко, В.С.Воропаев. Г.Я.Катуцкпй, Ю.Ф.Луговской// Современные проблемы материаловедения.- Киез: ПЕЛ АН Украины, 1993.-С.20-24.

5. Безымянный ¡О.Г., Едозиченко A.B., Кузьменко В.А. Некоторые результаты акустических исследований материалов. изготовляемых метода.:;: порссковой металлургии.- Кпев:ШЗМ НАНУ, 1994.-530. (Препр. 94-4).

5. Прочность и демпфирующая способность поликапиллярных труб при циклическом деформировании/ Л.И.Тучлнский, В.Г.Затовский, В.А.Кузьменко, Ю.О.Луговской, А. В.Вдозиченко // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции "Прочность, жесткость и технологичность

изделий ::з композиционных материалов".- Запорожье,1989.- С.210.

7. Диссипатизные свойства и сопротивление усталости мпкро-слойных конденсированных материалов молибден - медь/В.А.Кузьменко, Ю.С.Лугозокой, Н.И.Гречанак, В.А.Осокин, А.В.Едозиченко// Тезисы докладов И Всесоюзного сюогазиуиа "Синергетика. Новые технологии получения к свойства металлических материалов".- М.,1991.-С.Si.

Вдовиченко А.В. Исследование упругости, неупругост;: и усталости композиционных материалов с металлической матрицей для оабо-ты з условиях переменных нагрузок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение в машиностроении (промышленность) в форме рукописи, Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев, 199-1.

Зашзцается S научных работ, которые содержат результаты экспериментальных исследовании акустическими методами упругости, ке-упругости и циклической прочности конденсированных и спеченных композитов на основе меди, алюминия и титана и закономерности их изменения в зависимости от структурных и технологических факторов. Установлена возможность применения акустических резонансных методов больпой мощности для исследований и испытаний КМ с металлической матр;щей. На основе полученного комплекса динамических характеристик выработаны рекомендации по изготовлению материалов с высокими механическими свойствами в условиях циклического кагруже-ния.

Vaovichenko A.v. Metal matrix composite materials used under variable loading elasticity, non-elasticity and fatigue study. The thesis candidate of technical science under the specialty 05.02.01 - material science for engineering written as manual. Institute for Problems of Materials Science, Kiev, 1994.

8 scientific studies are defended, they contain results of experimental studying by acoustic methods elasticity, non-elasticity and cyclic strength and appropriateness of their variance of condensed and sintered composites based on copoer, aluminum and titanium depends on structural and technological factors obtained. Opportunity application high-power acoustic resonance methods for the metal matrix composite study and test is established. Recommendation for making of excellent mechanical properties under the cyclic loading materials, that based on this complex of dynamic characteristics, are worked out.

Ключов! слова: акустичн1 методи, композита з метадевою матрицею, цккл!чяа м!цн1сть, пруж:-псть, непружн1сть.