Исследование механических свойств композиционных материалов

б) проникновение пропитывающего сплава под действием капиллярных сил в пористую матрицу, приводящее к сокращению площади поверхности, разделяющей частицы порошка в прессовке, сопровождающееся выделением теплоты.

Исследования показали, что процесс пропитки (проникновение жидкой фазы в твердую пористую матрицу) начинается сразу после появления первых капель жидкой фазы в брикете питателя и заканчивается почти одновременно с полным расплавлением пропитывающего сплава. На рис. 1 показано изменение теплосодержания железной прессовки в результате пропитки ее железоборидным сплавом эвтектического состава.

При создании композиционных материалов методом жидкофазного спекания большое значение имеет величина ША(нер.) — неравновесной составляющей адгезии, характеризующейся энергией химического взаимодействия контактирующих фаз и определяемую как изменение энтальпии системы в процессе пропитки и жидкофазного спекания. Как показали результаты экспериментов (табл. 1), прочность композиционных материалов тем выше, чем больше величина \Л^Д (нер.).

Металлографические и электронно-микроскопические исследования структуры сплавов показали существенное измельчение структурных составляющих сплавов, находящихся в порах прессовки (рис. 2а) по сравнению с образцами сплавов, полученных методом плавления в кварцевых тиглях при тех же условиях (рис. 26).

На основании исследований сделан вывод: при пропитке и жидкофазном спекании пропитывающий сплав и пористая матрица имеют одинаковую температуру, и на границе раздела фаз (поверхности поры металлической прессовки и пропитывающего спла-

ва) отсутствует переохлаждение, поэтому зарождение центров кристаллизации будет обусловлено состоянием подложки — поверхности порошинок матричного материала, образующих пористую прессовку (геометрией и теплофизическими свойствами). Эти условия приводят к формированию тонкодиф-ф еренцироваванной структуры эвтектического сплава в порах прессовки и поныш ению механических свойств композиционного материала, полученного ж идкоф азным спеканием.

Библиографический список

1. ГегузинЯ.Е. Физика спекания. М : Наука, 1967.-360 с.

2. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем со взаимодействующими компонентами. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.-184 с.

3. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы / Под ред. В. Шотта. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1983.520 с.

4. Дьяченко И.М. Эффективность развития порошковой металлургии. М: Металлургия, 1979.-52 с.

5. German R.H. Liquid phase sintering. N.Y.: London: Plenum Press, 1985.-240p.

6. Горюнов Ю.В., РаудЭ.А., Сумм Б.Д. Влияние физико-химических процессов на кинетику растекания. // Адг езия расплавов. Киев: Наук, думка, 1974.С. 11-15.

7. Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. Киев: Наук, думка, 1972,-196 с.

8. СкороходВ.В., Солонин С.М. Фиэихо-металлургические основы спекания порошков. М.: Металлургия, 1984,-162 с.

ГУРДИН Виктор Иванович, кандидаттехнических наук, доцент, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства».

УДК 621 763.004.12 в в СЕДЕЛЬНИКОВ

В. И. ГУРДИН

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведены результаты исследований механических свойств композиционного материала при различных температурах испытаний. Установлено влияние легирования пропитывающего сплава элементом армирующего волокна на прочность связи на границе раздела «волокно-матрица», определяющую механические свойства композиции.

Одним из решающих факторов, определяющих прочностные свойства волокнистой композиции, является прочность связи на границе раздела «волокно-матрица», которая зависит не только от физических свойств компонентов, но и от условий получения и эксплуатации композиции. Получение композиций методом пропитки расплавами определенного химического состава создает наиболее благоприятные ус-

ловия для достижения прочного сцепления между компонентами.

В процессе получения армированных материалов методом пропитки пористой железной прессовки с помещенными в нее армирующими проволоками неизбежно взаимодействие между составляющими композиции: матрицей, пропитывающими сплавами и проволокой. Поэтому время существования жидкой фа-

260

м

220

200

(э«, МПа

b. 16

го но 60 во юо т

Время жидкофазного спекания, мин

Рис. 1. Влияние времени жидкофазного спекания на механические свойства композиции состава Fe + 3,8%B + 60%Monp при температуре испытаний 800 "С.

600 щ

360 МО 120

Si .МПа

Б,'.

г.

7 т 200 300 Ш МО 600 Р00 600

Температура испытаний, "С

Рис. 2. Влияние температуры испытаний на временное сопротивление разрыву (о,) и относительное удлинение (8) АЖБМ, содержащих 60 % молибденовой проволоки.

зы (т.е. время пропитки и жидкофазного спе-кания) оказывает большое влияние на величину диффузионной зоны взаимодействия, что, в свою очередь, влияет на прочность композиционного материала [1,4,5].

На рис. 1. представлены результаты испытаний железоборидных материалов, армированных молибденовой проволокой марки МЧ при предполагаемой рабочей температуре кокиля из композиционного материала. С увеличением времени пропитки и жидкофазного спекания прочность материала падает, что связано с увеличением зоны взаимодействия молибденовой проволоки с железоборидным сплавом в процессе спекания материала. Кроме того, при спекании в течение 15 мин при температуре 1200 °С по периферии проволоки появляется рекристаллизо-ванная зона. Диффузия Бе в молибденовую проволоку еще более интенсифицирует рекристаллизацию ее периферии, что приводит к снижению механических свойств проволоки.

Дальнейшее падение прочности композиции при увеличении времени пропитки и жидкофазного спекания объясняется превалирующим действием процесса рекристаллизации молибденовой проволоки, ухудшающего свойства армирующей составляющей [2].

В таблице 1 приведены значения микротвердости структурных составляющих композиции молибденовая проволока — железоборидный сплав состава Fe + 3,8 % В, полученной при различном времени жидкофазного спекания.

Изменение механических свойств АЖБМ в зависимости от температуры испытаний материала показано на рис. 2. Дальнейшее падение кратко-временной прочности наблюдается на участке 200-500 °С, повышение температуры испытаний до 800 °С приводит к незначительному падению ап (с 280 до 262 МПа), что, вероятно, объясняется специфическими свойствами эвтектического сплава «железо-бор», т.к. важным свойством эвтектических сплавов является их высокая термическая стабильность, хотя среди сплавов из нескольких химических элементов эвтектический сплав обладает наиболее низкой температурой плавления. Высокая термическая устойчивость объясняется, по-видимому, минимальной величиной поверхностной энергии на границах раздела, являющейся следствием особого своеобразия кристаллографического соответствия между фазами.

Легирование пропитывающего сплава элементом армирующего волокна — Мо приводит к повышению

Таблица 1

Микротвердость композиции молибденовая проволока - железоборидный сплав t„ = 1190 "С, = 10-60 мин.

Структурная составляющая Микротвердость, МПа при т„„ мин

10 30 60

Молибденовая проволока 2600 2600 2600

2600 2600 2600

Зона взаимодействия со стороны молибденовой проволоки 5140 7500 9200

Середина зоны взаимодействия 7200 9200 12500-15300

Зона взаимодействия со стороны железоборидного сплава 3800 6200 9200

Пропитывающий сплав 3300 3300 3300

1

ш

§ i

350

330

310

б1,МПа

270

230

/ .

i

0 12 3* 5 6

Содержание молибдена, % масс.

Рис. 3. Влияние содержания молибдена в пропитывающем сплаве Fe + 3,8 % на временное сопротивление разрыву (аа):

1 - температура испытаний АЖБМ 600 "С;

2 - температура испытаний АЖБМ 800 "С

механических свойств композиции (рис. 3), что объясняется упрочнением пропитывающего сплава и уменьшением зоны взаимодействия на границе раздела «волокно-пропитывающий сплав». Коэффициент роста взаимодействия резко уменьшается при введении в матричный сплав элемента волокна в количестве, близком к пределу растворимости его в матрице при температуре пропитки и жидкофазного

спекания, т.к. разность химических потенциалов Мо ву - Fe и волокне, являющаяся движущей силой процесса растворения, мала и растворение волокна в матрице незначительно или уменьшается до нуля [3,4].

Наличие диффузионных переходных слоев на границе раздела «волокно-пропитывающий сплав» обеспечивает высокую прочность связи компонентов, что определяет высокие механические и эксплуатационные свойства композиционного материала.

Библиографический список

1. Упрочнение металлов волокнами/B.C. Иванова и др. - М.:

Наука, 1973. - 207 с.

2. Карпинос Д.М.,Тучинский Л.И., Вишняков Л,Р. О стабильности структуры армированных композиций, полученных методом динамического уплотнения //Материалы порошковой металлургии в машиностроении. — Пермь, 1971. — С.9-10.

3. Композиционные материалы волокнистого строения /Под ред. И.Н. Францевича, Д.М. Карпиноса. - Киев: Наукова думка, 1970. - 537 с.

4. РыбальченкоМ.К..УстиновЛ.М., БухариноваВ.И. Физико-химические реакции на поверхности раздела в волокнистых композитах на металлической основе //Физика и химия обработки материалов. - 1973,- №2. -С. 120-126.

5. Северденко В.П., Матусевич A.C., Гончаров А.Ф. Исследование прочности связи между матрицей и волокном в композициях, полученных методом жидкой пропитки //Порошковая металлургия, 1975,- №2. - С. 107-111.

ГУРДИН Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой « Машины и технология литейного производства». СЕДЕЛЬНИКОВ Владимир Васильевич, аспирант.

КОНКУРС ЗАЯВОК НА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ПРОЕКТЫ

В 2006 г. ИНТАС совместно с Сибирским отделением Российской академии наук объявят конкурс заявок на научно-исследовательские проекты. Предварительный бюджет конкурса составляет 1,72 млн евро, из них 25 млн рублей (приблизительно 720 000 евро) вносит СО РАН, около 1 млн евро выделяет ИНТАС.

Конкурс охватывает восемь тематических направлений:

— Науки о жизни, включая фундаментальные аспекты здоровья человека;

— Теоретическая и прикладная математика и математическое моделирование в других науках;

— Новые парадигмы в информационных технологиях, в том числе биоинформатика;

— Физика и химия новых перспективных материалов и процессов;

— Аэродинамика и космос, в том числе исследование солнечно-земных связей;

— Новые инструменты, технологии и методы междисциплинарных исследований;

— Окружающая среда, экосистемы, биоразнообразие, климат и их взаимодействие, в том числе исследование эволюции процессов и мониторинг;

— Исторические, культурные и социально-экономические исследования регионального и межрегионального развития.

Принимаются заявки на проекты фундаментальных и прикладных исследований, за исключением технологических разработок, ориентированных на рынок.

Консорциум должен состоять не менее чем из двух научных коллективов из двух разных стран-членов ИНТАС (один из которых должен быть координатором проекта) и не менее одного коллектива из организации СО РАН. В проектах могут принимать участие научные коллективы из ННГ, не относящиеся к СО РАН.

Продолжительность проектов —12,18 или 24 месяца. | Максимальный размер финансирования одного проекта составляет 150 000 евро, причем размер финан-| сирования зависит от научного содержания, продолжительности проекта и числа ученых, участвующих в 9 проекте. Коллективы из стран-членов ИНТАС получают не более 25 % от общего гранта на проект.

£ Заявки должны подаваться через онлайновую Интернет-систему подачи заявокИНТАС. Конкурс будет I открыт 1 марта 2006 г. в 14:00 по Брюссельскому времени и закрыт 15 мая 2006 г. в 13:00 по Брюссельскому _!_ времени (сроки могут быть изменены).