способ обработки однонаправленного композиционного материала

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, по которому полуфабрикаты упрочняемого материала подвергают циклическому растяжению с постоянной скоростью и записывают диаграмму нагружение - абсолютное удлинение на стадиях нагрузки и разгрузки для каждого цикла, отличающийся тем, что, с целью повышения механических характеристик, предварительно определяют на нескольких образцах среднее значение предела прочности композиционного материала в направлении армирования, к обрабатываемому полуфабрикату при растяжении прикладывают нагрузку до обеспечения напряжения , выбираемого из соотношения

< (-) = ,

где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования;

t_пр - коэффициент Стьюдента;

n - количество испытанных образцов при определении ,

и циклическое приложение нагрузки прекращают при совпадении в цикле на диаграмме нагружения кривой нагрузки с кривой разгрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам повышения механических характеристик однонаправленных композиционных материалов и их оценке.

Известен способ обработки металлов и сплавов, включающий сжатие до предела текучести с последующим растяжением [1]. Однако этот способ обработки не позволяет повысить механические характеристики.

По общей совокупности признаков наиболее близким к изобретению является способ обработки металлов и сплавов с целью повышения условного предела текучести, включающий двукратное нагружение с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение [2]. Причем в первом цикле к образцу прикладывают нагрузку, вызывающую напряжение ₁ выше предела текучести материала, после чего образец разгружают, а повторное нагружение осуществляют до нагрузок, вызывающих напряжение не менее ₁. Однако этот способ не позволяет повысить модуль упругости, вызывает значительные пластические деформации и, кроме того, его сложно реализовать на композиционном материале.

Цель изобретения - повышение механических характеристик (модуль упругости, напряжение предела пропорциональности, напряжение условного предела упругости) однонаправленного композиционного материала при растяжении в направлении армирования с одновременным определением этих свойств.

Это достигается благодаря тому, что при способе, включающем растяжение образца с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение и обработку результатов, полуфабрикат из композиционного материала многократно нагружают с постоянной скоростью до нагрузок, вызывающих напряжения < (-), где - среднее значение предела прочности композиционного материла в направлении армирования; = , где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования; t_n,р. - коэффициент Стьюдента; n - количество испытанных образцов при определении , с последующим разгружением, нагружение прекращают при совпадении кривой нагрузки с кривой разгрузки.

На фиг. 1 представлена экспериментальная зависимость нагрузка-удлинение (1-4 - циклы нагружения).

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально методами стереометрической металлографии определяют характеристики композиционного материала (коэффициент заполнения, ориентации структуры и средний диаметр волокна). На основе полученных характеристик с учетом свойств матрицы определяют форму и размеры образцов, с помощью которых экспериментально находят среднее значение предела прочности композиционного материала в направлении армирования . Затем полуфабрикат нагружают с записью диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение с постоянной скоростью до нагрузки, вызывающей в образце напряжение < (-), а определяют из выражения = , где S - среднеквадратичное отклонение при определении предела прочности композиционного материала в направлении армирования; t_n,р. - коэффициент Стьюдента; n - количество испытанных образцов при определении , после чего образец разгружают. Нагрузку полуфабриката с последующей pазгрузкой повторяют до тех пор, пока кривая нагрузки, контролируемая по диаграмме растяжения, совпадет с кривой разгрузки. Механические характеристики полуфабриката определяют, обрабатывая диаграмму нагрузка - абсолютное удлинение, записанную в последнем цикле.

Пример. Реализацию способа осуществляли на композиционном листовом материале Аl-В толщиной 1,5 мм. С помощью металлографических шлифов определяли коэффициент заполнения = 0,5, коэффициент ориентации структуры = 0,5, средний диаметр волокна d = 0,15 мм. На основе полученных характеристик композита с учетом механических свойств матрицы и волокон образцы имели следующие основные параметры: отношение ширины лопатки к ширине рабочей части, вычисленной по формуле

- - 1 , где Т - величина, обратная коэффициенту запаса прочности К (Т = 1/К), К = 1,3;

f = 0,2 - коэффициент трения композита по материалу захватов;

- отношение толщины а_о полуфабриката К = 0,05 к длине h₁лопатки; = 0,05;

- 0,08 - отношение предела текучести _о матрицы к трансверсальной прочности _х при растяжении в направлении армирования композита, равно 2, радиус перехода от лопатки к рабочей части, вычисленный по формуле

R = , где b_о - ширина рабочей части; C = (_х/)²;

- прочность на сдвиг матрицы композита, С = 36, R = 60 мм.

Партию из 11 образцов растягивали на усовершенствованной разрывной машине УМЭ-10т. Среднее значение предела прочности составило = 108 кг/мм², а его предельная ошибка по результатам испыта- ния 11 образцов для вероятности Р = 0,95 составила 12 кг/мм². После этого полуфабрикат растягивали с постоянной скоростью вдоль направления армирования до нагрузки, вызывающей напряжение = 91 кг/мм². Затем осуществляли его разгрузку. Контроль нагрузки и вызываемой ею деформации проводили по диаграмме нагрузка - абсолютное удлинение. Масштаб по нагрузке составлял 3,8 кг/мм, а по деформации 210^-3 мм/мм.

После трех циклов нагрузка-разгрузка кривая нагружения совпадала с кривой разгрузки.

Модуль упругости однонаправленного материала по известному способу 19200 кг/мм², по предложенному 22500 кг/мм².

Используя зависимость нагрузка - абсолютное удлинение, записанную в последнем четвертом цикле, вычислили значение модуля упругости композита, подвергнутого обработке по предложенному способу. Его величина составила 22500 кг/мм².

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить механические характеристики полуфабриката из однонаправленного композиционного материала и оценить их значение.