Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения

Представлены результаты исследования механических свойств четырех групп металлических и неметаллических композиционных материалов в интервале температур 300...4,2 К. Установлены типы стекло- и углепластиков с максимально высокими прочностными и упругими характеристиками при низких температурах. О...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Проблемы прочности
Дата:	2005
Автори:	Лотоцкая, В.А., Похил, Ю.А., Телегон, А.И., Дергун, С.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2005
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47773
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения / В А. Лотоцкая, Ю.А. Похил, А.И. Телегон, С.М. Дергун // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 93-103. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859672173407371264
author	Лотоцкая, В.А. Похил, Ю.А. Телегон, А.И. Дергун, С.М.
author_facet	Лотоцкая, В.А. Похил, Ю.А. Телегон, А.И. Дергун, С.М.
citation_txt	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения / В А. Лотоцкая, Ю.А. Похил, А.И. Телегон, С.М. Дергун // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 93-103. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Проблемы прочности
description	Представлены результаты исследования механических свойств четырех групп металлических и неметаллических композиционных материалов в интервале температур 300...4,2 К. Установлены типы стекло- и углепластиков с максимально высокими прочностными и упругими характеристиками при низких температурах. Обнаружено снижение характеристик прочности боралюминия после термоциклирования в интервале температур 20...443 К. Показано, что оптимальным сочетанием механических и электрических характеристик обладают сверхпроводящие композиты с ультратонкими жилами, полученные методом гидроэкструзии без промежуточных отжигов. Наведено результати дослідження механічних властивостей чотирьох металічних і неметалічних композиційних матеріалів в інтервалі температур 300...4,2 К. Установлено типи скло- та вуглепластиків із максимально високими характеристиками міцності і пружності за низьких температур. Виявлено зниження характеристик міцності боралюмінію після термоциклування в інтервалі температур 20...443 К. Показано, що оптимальне поєднання механічних та електричних характеристик мають надпровідні композити з ультратонкими жилами, що отримані методом гідроекструзії без проміжного відпалу. We present results of investigation of mechanical properties of four groups of metal and nonmetal composites in the temperature range from 4.2 to 300 K. We identified the types of glass-fiber and black-reinforced plastics with the maximal strength and elastic low-temperature characteristics. Deterioration of boron-aluminum strength characteristics after thermocycling in the range 20 to 443 K is observed. The optimal combination of mechanical and electric characteristics is demonstrated by superconductive composites with ultrafine wire strands produced by the hydroextrusion method with no intermediate annealing phases.
first_indexed	2025-11-30T13:55:29Z
format	Article
fulltext	УДК 620.22:539.3/4 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. И. Телегон, С. М. Дергун Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике Физико технического института низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины, Харьков, Украина Представлены результаты исследования механических свойств четырех групп металли ческих и неметаллических композиционных материалов в интервале температур 300...4,2 К. Установлены типы стекло- и углепластиков с максимально высокими прочностными и упругими характеристиками при низких температурах. Обнаружено снижение характерис тик прочности боралюминия после термоциклирования в интервале температур 20...443 К. Показано, что оптимальным сочетанием механических и электрических характеристик обладают сверхпроводящие композиты с ультратонкими жилами, полученные методом гидроэкструзии без промежуточных отжигов. Ключевые слова: металлические и неметаллические композиционные мате риалы, характеристики прочности, метод гидроэкструзии. Введение. Композиционные материалы (металлические и неметалли ческие) с широким спектром сочетаемых компонентов различного строения (упрочненные частицами, волокнами, слоями) и соответственно эксплуата ционных свойств обладают огромными потенциальными возможностями использования в многопрофильных конструкциях и приборах криогенно вакуумной и аэрокосмической техники как в качестве конструкционных, так и функциональных материалов с заданными свойствами. Стекло-, углепластики и металлические композиты, армированные бором, являются наиболее применяемыми конструкционными композици онными материалами аэрокосмического назначения. Их использование обес печивает высокую удельную прочность и жесткость при различных типах деформации (растяжение, сжатие, изгиб) и необходимом уровне теплофизи ческих характеристик. Среди функциональных композиционных материалов, используемых в криогенно-вакуумной технике, в частности в криоэлектромашиностроении, следует выделить сверхпроводящие (СП) композиты. Эти материалы долж ны сочетать как высокие электрические и магнитные, так и наилучшие механические характеристики (пластичность, прочность) в области темпе ратур эксплуатации. Наиболее надежными являются композиты на основе таких ОЦК деформируемых сверхпроводников, как Т-ЫЪ. Композиты на основе этих сплавов представляют собой кабели, состоящие из десятков тысяч тонких СП волокон, запрессованных в медную матрицу Оптимизация (для работы в экстремальных условиях) композитов по комплексу механических и функциональных характеристик невозможна без получения систематических данных об их механических свойствах в широ ком интервале температур вплоть до сверхнизких. © В. А. ЛОТОЦКАЯ, Ю. А. ПОХИЛ, А. И. ТЕЛЕГОН, С. М. ДЕРГУН, 2005 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 93 В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. И. Телегон, С. М. Дергун В настоящем сообщении изучались механические свойства четырех групп промышленных конструкционных и функциональных композицион ных материалов в широком интервале температур (300...4,2 К) при различ ных видах нагружения (растяжение, сжатие и изгиб) с целью получения абсолютных значений характеристик, установления общих закономерностей их изменения с температурой, выбора лучших материалов для работы в кон кретных эксплуатационных условиях. Материалы и методы исследования. Исследуемые композиты раз деляли на четыре группы по типу сочетаемых материалов. Первая группа - конструкционные неметаллические композиты, арми рованные стекловолокном: ВПС-7, ВПС-13, КАСТ-В и ДСВ. Наполнителем для стеклопластиков ВПС-7 и ВПС-13 служили соответственно стеклоткань Т-10 и объемная стеклоткань МТТС-2, 1. В качестве основы использовали эпоксидную смолу ЭДТ-10. Стеклопластики КАСТ-В и ДСВ армировали стекловолокном, связующим служили фенолформальдегидные смолы. Вторая группа - конструкционные неметаллические композиты, арми рованные углеродными волокнами: КМУ-1л, КМУ-3л и КМУ-4л. Углеплас тики КМУ-1л и КМУ-3л изготовляли на основе углеродной ленты ЛУ-3 и связующих соответственно ЭТФ и 5-211Б, углепластик КМУ-4л - на основе волокна ЛУ-П0,2 и связующего ЭНФБ. Исследовали однонаправленные и ортогонально армированные образцы. Третья группа - композит с металлической матрицей (алюминиевым сплавом АМг6 и неметаллическим армирующим компонентом - волокнами бора В диаметром 110 мкм (39 об.%)). Четвертая группа - композиты с металлическими матрицей и армиру ющим компонентом: промышленные СП многожильные композиты НТ-50 - Си-(Т-ЫЪ), полученные путем волочения с промежуточными отжигами (ВПО) при Т = 375° С, гидроэкструзией с такими же промежуточными от жигами (ГЭПО) или гидроэкструзией без промежуточных отжигов (ГЭ). Механические свойства материалов исследовали в интервале темпе ратур 300...4,2 К при различных видах нагружения: одноосное растяжение, сжатие и изгиб (стекло- и углепластики); одноосное растяжение и изгиб (АМг6 -В); одноосное растяжение (СП композиты). Для исследований на растяжение использовали образцы стекло- и углепластиков в форме лопаток с размерами рабочей части 60 X 6 X г мм (г = 1,5...3 мм), на сжатие и изгиб - в форме пластин размером 70 X 20 X г мм (г = 1,5...3 мм) и IX 20 X г мм (I = = 20...50 мм, г = 1,5...3 мм) соответственно. Для исследований на растя жение композита АМг6 -В использовали образцы в форме лопаток с разме рами рабочей части 35 X 3 X1,5 мм1̂ на изгиб - в форме пластин размером 50x12x1,5 мм. Для испытаний на растяжение многожильных СП компо зитов использовали образцы длиной рабочей части 35 мм и диаметром 0 0,8...2,2 мм. При растяжении и сжатии все композиты деформировали вдоль волокон, при изгибе - поперек волокон со скоростью деформации_3 _1 1-10 с на низкотемпературной разрывной машине МКР-1 конструкции 1) Н а концы образцов бы ли напрессованы головки в форме лопаток из сплава А М г-6 и на торцах головок нарезана резьба для крепления захватов. 94 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов Специального конструкторско-технологического бюро по криогенной техни ке Физико-технического института низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины (СКТБ ФТИНТ) [1] и на разрывной машине РР2-100/1, снабженной низкотемпературной приставкой конструкции СКТБ ФТИНТ [2]. Особенности деформирования тонких проволочных образцов СП компо зитов приведены в [3]. Образцы композита АМг6 -В подвергали термоциклированию (30 цикл) в интервале температур 20 ̂ 443 К и определяли механические характе ристики в условиях одноосного растяжения до и после термоциклирования. Для неметаллических композитов первой и второй групп при всех видах нагружения (растяжение, сжатие и изгиб) также определяли модули упругости статическим методом с использованием тензометров конструкции СКТБ ФТИНТ, работающих в условиях низких температур [4, 5]. Описание эксперимента приведено в [5]. Каждая точка на температурных зависимостях полученных механичес ких характеристик соответствует среднему значению по данным испытания трех-пяти образцов. Для уменьшения разброса данных модуль упругости определяли на одном образце во всем исследуемом температурном интер вале, затем такой же цикл измерений повторяли на следующих образцах. Результаты и их обсуждение. Стеклопластики. На рис. 1 представ лены температурные зависимости максимальных напряжений в момент раз рушения (разрушающее напряжение) о р2) и модуля Юнга Е исследованных стеклопластиков при растяжении, сжатии и изгибе. Сравнивая полученные зависимости ор(Г) при различных видах нагружения, можно выделить общую закономерность - возрастание разрушающего напряжения при пони жении температуры до 77 К. Причем для всех стеклопластиков значения о р в основном увеличиваются именно в этом интервале температур. При пони жении температуры до 20 К указанные значения продолжают возрастать для стеклопластика ВПС-7 при всех видах нагружения и для ВПС-13 - при растяжении и сжатии. Для остальных материалов и видов нагружения при температуре 20 К наблюдается уменьшение о р. С понижением температуры от 20 до 4,2 К характер кривых о р(Г) для всех материалов изменяется на противоположный. При всех видах нагружения с понижением температуры до 20 К модули упругости стеклопластиков увеличиваются, в большинстве случаев эта тенденция сохраняется до температуры 4,2 К. Следует отметить большой разброс значений Е от образца к образцу для каждого из стекло пластиков, особенно в интервале температур 20...4,2 К, где он составляет ±(5...12)%, что может быть обусловлено структурной неидентичностью образцов. Таким образом, наилучшими характеристиками обладает стекло пластик ВПС-7, у которого стабильно отмечаются максимальные значения о р и Е при всех температурах и видах нагружения. В интервале темпе ратур 300...4,2 К разрушающее напряжение ор возрастает в 2-2,5 раза, модуль упругости - в ~ 1,3 раза при всех видах нагружения. 2) Согласно ГО С Т 11262-80, ГОСТ 4651-82 и ГОСТ 27380-87 основной прочностной харак теристикой нем еталлических композитов, не обнаруж иваю щ их зам етной пластической д е формации, является разруш аю щ ее напряж ение о р, определяем ое как нагрузка, при которой разруш ился образец, отнесенная к площ ади первоначального поперечного сечения образца. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 95 В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. И. Телегон, С. М. Дергун а б в Е-103, МПа г Е-103, М Па а Е-103, М П а е Рис. 1. Т ем пературны е зависим ости разруш аю щ их напряж ений а р (а -в ) и модуля упругости Е (г -е ) стеклопластиков К А СТ-В (1), ВП С-7 (2), ВПС-13 (5) и ДС В (4) при растяж ении (а, г), сжатии (б, д) и изгибе (в, е). Углепластики. Зависимости а р(Т) и Е (Т ) для углепластиков при различных видах нагружения представлены на рис. 2. В отличие от стекло пластиков, для углепластиков не наблюдается общей тенденции повышения разрушающего напряжения а р с понижением температуры как в относи тельно “высокотемпературном” интервале 300...77 К, так и в области более низких температур. Только при изгибе (рис. 2,в,е) большинство как одно направленных, так и ортогонально армированных образцов (КМУ-1Л, КМУ-3л) обнаруживают увеличение а р с понижением температуры до 77 К. При сжатии одинаково армированные углепластики ведут себя аналогично вплоть до 4,2 К. С понижением температуры разрушающее напряжение а р у однонаправленных углепластиков в основном возрастает, у ортогонально армированных - медленно понижается. Максимальные абсолютные значения а р в исследованном интервале температур при растяжении, сжатии и изгибе наблюдаются у однонаправленных углепластиков, за исключением углеплас 96 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов тика КМУ-4л при изгибе, разрушающее напряжение которого существенно ниже. Значения модулей упругости всех трех марок углепластиков при растя жении, сжатии и изгибе слабо зависят от температуры. В большинстве случаев наблюдается слабый рост значений Е или их стабильность с понижением температуры от 300 до 77 К. В интервале температур 77...4,2 К при растяжении и сжатии значения модуля упругости в основном умень шаются, при изгибе - увеличиваются, по крайней мере, в интервале темпе ратур 77...20 К. Общей закономерностью зависимостей Е(Г) являются также существенно большие значения модулей упругости однонаправлен ных углепластиков (на 30...60%) по сравнению с ортогонально армиро ванными. В каждой из групп углепластиков с одинаковым типом арми рования значения модулей упругости и их температурные зависимости достаточно близки. 50 100 150 200 250 Т. К а Е Ю . МПа 120 1а Д. 5 £ —а ----- 3 - І 6 -------------- -- -------- А % Л ------------- 2 0 50 1а 100 150 200 г 5 250 Т. і 1 —о ---------- 3 80-1= 50 100 150 200 250 Т. К а Е-Ю.МПа 200-і 150 6-е- Г1-П-100 50 50 100 150 200 250 Т. К е Рис. 2. Температурные зависимости разрушающих напряжений а р (а-в) и модуля упругости Е (г-е) углепластиков КМУ-1л (1, 2) [6], КМУ-3л (3, 4) [6] и КМУ-4л (5, 6) при растяжении (а, г), сжатии (б, д) и изгибе (в, е): 1, 3, 5 - однонаправленные; 2, 4, 6 - ортогонально армированные. ЙЖУ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 97 б в В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. И. Телегон, С. М. Дергун Оптимальными характеристиками при всех видах деформирования в интервале температур 300...4,2 К не обладает ни один из исследованных углепластиков. В условиях растяжения наиболее высокие характеристики имеет углепластик КМУ-3л, при сжатии - КМУ-4л, при изгибе - КМУ-1л. Сравнение данных механических испытаний (о р и Е) исследованных стекло- и углепластиков показывает, что для использования в конструкциях, работающих при растяжении, можно рекомендовать стеклопластик ВПС-7, при сжатии - углепластик КМУ-4л и стеклопластик ВПС-7, при изгибе - углепластики КМУ-1л и КМУ-3л. Алюминиевый сплав с волокнами бора - АМгб-В. На рис. 3 представлены зависимости ор(Т) композита АМгб-В, деформированного в условиях одно осного растяжения и изгиба. Рис. 3. Т ем пературны е зависим ости разруш аю щ их напряж ений ком позита А М гб-В при растяж ении в исходном состоянии (1), после терм оциклирования (2) и при изгибе (3). Из рассматриваемых конструкционных композитов боралюминий обна руживает самые высокие значения напряжения разрушения в интервале температур 300...4,2 К. Максимальной прочностью (1350 МПа) боралю миний обладает при 77 К. Дальнейшее охлаждение образцов приводит к некоторому уменьшению значений о р (до 1127 МПа) при 4,2 К. Термо- циклирование в интервале температур 20...443 К вызывает снижение разру шающего напряжения во всем исследованном интервале температур, осо бенно при 77 и 20 К (на 20 и ~ 30% соответственно). На некоторых образцах после термоциклирования наблюдалось расслоение по границам раздела компонентов, что говорит о недостаточной прочности связи волокно-матри ца. Заметный вклад в уменьшение прочности связи вносят, по-видимому, термические напряжения, развивающиеся в боралюминии из-за значитель ной разницы в коэффициентах термического расширения матрицы и волокна (~24-10 б и ~ 4,9-1 0 б (°С) 1 соответственно). Кроме того, причиной сни жения прочности матрицы являются рост зерна при нагреве до 443 К и коагуляция вторых фаз по границам зерен. О недостаточной прочности связи волокно-матрица свидетельствуют также низкие значения напряжения разрушения при изгибе. В интервале температур 300...20 К они остаются на уровне ~ 150...160 МПа. Для выяснения причин сложного поведения боралюминия и неметал лических композитов при низких температурах необходимо дальнейшее исследование прочности связи волокно-матрица, характера разрушения ком 98 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов позита, а также термических напряжений, возникающих в компонентах при захолаживании, и др. Сверхпроводящие многожильные композиты НТ-50. Эксплуатационные характеристики СП композитов определяются оптимальным сочетанием электрических и механических свойств, которые, в свою очередь, являются взаимосвязанными. При захолаживании и запуске тока в СП обмотках мощных магнитных систем возникают значительные механические, термо- и магнитомеханические напряжения. Недостаточная прочность и пластичность СП композитов может приводить к разрушению отдельных жил, локальному разогреву и, как следствие, к необратимой деградации электрических пара метров СП обмотки. Соответственно к ним предъявляются требования сохра нения высокой прочности и ненулевой пластичности (отсутствие охрупчи вания) в области рабочих температур (4,2...10 К). Особенности кристаллического строения и структурного состояния компонентов металлических композитов НТ-50 следующие. Медная матрица обладает ГЦК кристаллической решеткой и тенденцией к увеличению плас тичности с понижением температуры, армирующий СП компонент (сплав Т-50%КЪ) - ОЦК решеткой и обнаруживает резкое снижение пластичности с понижением температуры [7]. Кроме того, компоненты имеют разную фазовую стабильность: медь - структурно-стабильная, а СП компонент - метастабильный, при низких температурах претерпевает псевдоупругое де формационное мартенситное превращение 5 & а, область протекания кото рого зависит от приложенного напряжения и температуры [8]. Исследование механических свойств (предел прочности о в3) и отно сительное удлинение д) композитов НТ-50, полученных по различным технологиям и с разными технологическими параметрами, показало следу ющее. В отличие от неметаллических композитов, на кривых о(£) всех композитов НТ-50 в интервале температур 300...4,2 К наблюдается стадия пластической деформации. При разгрузке, начиная с напряжения, состав ляющего (2/3...3/4)ов, у композитов типа ГЭ наблюдается заметная (до 1%) псевдоупругая деформация. Во всех случаях относительное удлинение д композитов на порядок и более выше, чем отдельных СП жил [8 ]. Темпе ратурные зависимости механических характеристик композитов, получен ных путем ВПО, обнаруживают снижение прочности и особенно пластич ности в области температур эксплуатации 9,5...4,2 К (рис. 4) [3]. Изменение таких технологических параметров, как вид конечной обработки (волочение вместо отжига), отсутствие или наличие твистирования при близких коэф фициентах заполнения сверхпроводником К з в диаметрах жил, не влияет на качественный характер зависимостей д(Т) - рис. 4,6 [9]. Этот эффект наблюдается и в композитах с различными значениями коэффициента запол нения сверхпроводником К з (18,4 и 41,7%) при близких диаметрах жил (20 и 10 мкм соответственно) - рис. 5. Изменение вида механической обработки 3) С верхпроводящ ие композиты , в отличие от неметаллических, пластически деф орм ирую тся и практически во всем исследованном интервале температур имею т кривую деформ ации с максимумом. Это позволило измерять стандартную характеристику - предел прочности о в, представляю щ ий собой напряж ение, соответствую щ ее наибольш ей нагрузке, которая пред ш ествует разруш ению образца согласно ГО С Т 22706-77. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 99 В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. И. Телегон, С. М. Дергун (гидроэкструзия вместо волочения), как видно из рис. 5, при использовании технологии с промежуточными отжигами также не предотвращает охруп чивания композитов в области температур эксплуатации. Увеличение К з или твистирование, как и следовало ожидать, снижает пластичность компо зитов. , т, к б Рис. 4. Т ем пературны е зависим ости предела прочности а в (а) и относительного удлинения д (б) композитов НТ-50: 1 - нетвистированны й, К з = 25%, 0 жилы = 70 мкм, ВПО, конечная обработка - волочение; 2 - тот же композит с конечной обработкой - отж иг при 648 К (375°С); 3 - твистированны й - 1/150 оборот/м -103, К з = 2 7 % 0 жилы = 120 мкм, ВПО, конеч ная обработка - волочение [5]. б к Рис. 5. Т ем пературны е зависим ости предела прочности а в (а) и относительного удлинения д (б) нетвистированны х композитов НТ-50: 1 - К з = 43,1% , 0 жилы = 10 мкм, ВПО, конечная обработка - волочение; 2 - К з = 41,7% , 0 жилы = 10 мкм, ГЭПО, конечная обработка - волочение; 3 - К з = 18,4%, 0 жилы = 20 мкм, ВПО, конечная обработка - волочение [9, 10]. Для объяснения резкого снижения относительного удлинения д и умень шения предела прочности а в композитов НТ-50 в области температур эксплуатации было проанализировано несколько возможных причин: подав ление матрицей поверхностных сбросов, обусловленных развитием двойни- кования или мартенситного превращения в СП жилах; переход от вязкого к хрупкому разрушению и соотношение между прочностными и пластичес кими свойствами матрицы и армирующих СП жил. С этой целью иссле довались механические свойства и структурное состояние СП жил [7, 8 ], характер разрушения композитов [9, 10], механические и структурные свой ства модельного структурно-стабильного биметалла Си-КЪ [11]. Это позво лило установить, что критерием повышения пластичности композитов в области гелиевых температур является соотношение между прочностными и 100 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов пластическими свойствами компонентов. Технологии изготовления компо зитов путем волочения или гидроэкструзии с применением промежуточных отжигов не обеспечивают упрочнения медной матрицы, достаточного для того, чтобы воспрепятствовать усилению резко выраженной локализации пластической деформации ОЦК компонента, характерной при температуре ниже 20 К [11]. В результате деформация композита происходит в данном локальном сечении вплоть до разрушения СП жилы (Кз ~18...27%) или всего композита в целом (Кз ~ 41%). На рис. 6 приведены температурные зависимости предела прочности о в и относительного удлинения д композита с ультратонкими жилами, полученного путем гидроэкструзии без промежуточных отжигов и воло ченного с промежуточными отжигами при К з = 18,4 и 19,4% соответствен но. Увеличение пластичности гидроэкструдированного композита в области гелиевых температур обусловлено получением существенно упрочненной матрицы благодаря изменению технологии изготовления, а именно: отсутст вию промежуточных отжигов и уменьшению как диаметра жил на два порядка, так и толщины матричных слоев внутри одного пакета СП жил4). Свидетельством упрочнения матрицы гидроэкструдированного композита является увеличение предела текучести матрицы, определявшегося как на пряжение окончания первой линейной стадии деформирования композита, соответствующей упругой деформации обоих компонентов [5], по сравне нию с ВПО композитом. ̂ т,к б Рис. 6. Т ем пературны е зависим ости предела прочности о в (а) и относительного удлинения д (б) нетвистированны х композитов НТ-50: 1 - К з = 18,4%, 0 жилы = 20 мкм, ВПО , конечная обработка - волочение; 2 - К з = 19,4%, 0 жилы = 0,1 мкм, ГЭ [11]. а Повышение несущей способности матрицы обеспечивает подавление локализации пластической деформации СП жил при низких температурах и связанное с ним их преждевременное разрушение (установлено методом растровой электронной микроскопии [5]) из-за передачи усилия упрочнен ной матрице. В дальнейшем пластическая деформация композита распростра няется вдоль оси образца в новое сечение. Таким образом, она распростра няется на большую, чем в случае ВПО композита, часть рабочей длины 4) Д испергирование приводит к дополнительном у упрочнению м атрицы вследствие повы ш ения плотности дислокаций в процессе ГЭ, обусловленного больш ой плотностью меж- фазных границ. ISSN 0556-Î7ÎX. Проблемы прочности, 2005, № 5 101 В. А. Лотоцкая, Ю. А. Похил, А. П. Телегон, С. М. Дергун образца. Другими словами, упрочненная матрица обеспечивает более одно родную деформацию, что приводит к повышению макропластичности компо зита. Полученные результаты дают основание считать оптимальной техно логию получения промышленных композитов (Си-П-ЫЪ) с ультратонкими жилами (0,1 мкм) путем гидроэкструзии без промежуточных отжигов. Ранее [11] было показано, что эти композиты в области рабочих гелиевых темпе ратур обеспечивают также максимальные для этого типа сверхпроводников 9 2плотности критического тока 2,5... 3-10 А/м в поперечном магнитном поле 5 Тл при 4,2 К. В ы в о д ы 1. В интервале температур (300...4,2 К) получены базовые данные по механическим свойствам композиционных материалов, принадлежащих к четырем наиболее широко применяемым в криогенной технике типам ком позитов. 2. Накопленный экспериментальный материал позволяет обоснованно выбрать конструкционные материалы с оптимальным уровнем удельных характеристик прочности и жесткости для работы при низких температурах с различными типами нагружения. 3. Установлено, что оптимальное сочетание эксплуатационных (элект рические и механические) характеристик СП композитов достигается в композитах с ультратонкими жилами, получаемых путем гидроэкструзии без промежуточных отжигов. Высокий уровень низкотемпературной пластич ности таких композитов определяется повышением макроскопической одно родности деформации за счет подавления локализации деформации ОЦК- армирующих волокон упрочненной ГЦК-матрицей. Р е з ю м е Наведено результати дослідження механічних властивостей чотирьох мета лічних і неметалічних композиційних матеріалів в інтервалі температур 300...4,2 К. Установлено типи скло- та вуглепластиків із максимально висо кими характеристиками міцності і пружності за низьких температур. Вияв лено зниження характеристик міцності боралюмінію після термоциклування в інтервалі температур 20...443 К. Показано, що оптимальне поєднання меха нічних та електричних характеристик мають надпровідні композити з ультра тонкими жилами, що отримані методом гідроекструзії без проміжного від палу. 1. Зиновьев М. В., Медько Г. С., Подкуйко В. П. Установка для иссле дования прочности при низких температурах // Пробл. прочности. - 1974. - № 7. - С. 95 - 98. 2. Воликова Л. М., Чернецкий В. К. Низкотемпературная приставка к разрывной машине 123У10 // Прикладное криогенное и вакуумное материаловедение / Под ред Ф. Ф. Лаврентьева. - Киев: Наук. думка, 1991. - С. 137 - 143. 102 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов 3. Ильичев В. Я., Лотоцкая В. А. Прочность и пластичность кабелей НТ-50 при низких температурах // Пробл. прочности. - 1980. - № 5. - С. 61 - 65. 4. Мокрый Н. И., Чернецкий В. К. Устройства для измерения деформации образцов материалов при низких температурах // Прикладное крио генное и вакуумное материаловедение / Под ред Ф. Ф. Лаврентьева. - Киев: Наук. думка, 1991. - С. 129 - 137. 5. Чернецкий В. К., Мокрый Н. И., Ильичев В. Я. и др. Приспособления для определения прочности, деформационных характеристик и модулей упругости листовых материалов при низких температурах // Завод. лаб. - 1979. - 45, № 11. - С. 1052 - 1055. 6 . Ильичев В. Я., Владимирова В. Л., Телегон А. И. Механические свойства углепластиков при низких температурах // Механика композиционных материалов. - 1981. - № 4. - С. 723 - 726. 7. Похил Ю. А., Лотоцкая В. А., Лаврентьев Ф. Ф. и др. Особенности пластической деформации и разрушения кабелей НТ-50 // Физика ме таллов и металловедение. - 1987. - 64, вып 3. - С. 549 - 553. 8 . Lototskaya V. A., Pokhil Yu. A., and Lavrentev F. F. Role of martensite transformation in variation of physicomechanical properties of Nb-Ti (45 and 50 wt% Nb) alloys at low temperatures // Cryogenics. - 1993. - 33, No. 7. - P. 692 - 694. 9. Лотоцкая В. А., Похил Ю. А., Ильичев В. Я. и др. Влияние технологии изготовления на характер разрушения кабелей НТ-50 // Физ.-хим. меха ника материалов. - 1988. - № 4. - С. 10 9 -1 1 1 . 10. Pokhil Yu. A., Lototskaya V. A., and Lavrentev F. F. Low temperature mechanisms of fracture of bcc-superconductors and BCC-superconductor- based composite // Cryogenics. - 1993. - 33, No. 11. - P. 1053 - 1057. 11. Лотоцкая В. А., Похил Ю. А. ОЦК-деформируемые сверхпроводники и композиты на их основе. Низкотемпературные механические свойства и структурные аспекты // Металлофизика и новейшие технологии. - 2000. - 22, № 2. - С. 70 - 78. П оступила 12. 06. 2003 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 5 103
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47773
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0556-171X
language	Russian
last_indexed	2025-11-30T13:55:29Z
publishDate	2005
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
record_format	dspace
spelling	Лотоцкая, В.А. Похил, Ю.А. Телегон, А.И. Дергун, С.М. 2013-07-31T19:17:38Z 2013-07-31T19:17:38Z 2005 Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения / В А. Лотоцкая, Ю.А. Похил, А.И. Телегон, С.М. Дергун // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 93-103. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47773 620.22:539.3/4 Представлены результаты исследования механических свойств четырех групп металлических и неметаллических композиционных материалов в интервале температур 300...4,2 К. Установлены типы стекло- и углепластиков с максимально высокими прочностными и упругими характеристиками при низких температурах. Обнаружено снижение характеристик прочности боралюминия после термоциклирования в интервале температур 20...443 К. Показано, что оптимальным сочетанием механических и электрических характеристик обладают сверхпроводящие композиты с ультратонкими жилами, полученные методом гидроэкструзии без промежуточных отжигов. Наведено результати дослідження механічних властивостей чотирьох металічних і неметалічних композиційних матеріалів в інтервалі температур 300...4,2 К. Установлено типи скло- та вуглепластиків із максимально високими характеристиками міцності і пружності за низьких температур. Виявлено зниження характеристик міцності боралюмінію після термоциклування в інтервалі температур 20...443 К. Показано, що оптимальне поєднання механічних та електричних характеристик мають надпровідні композити з ультратонкими жилами, що отримані методом гідроекструзії без проміжного відпалу. We present results of investigation of mechanical properties of four groups of metal and nonmetal composites in the temperature range from 4.2 to 300 K. We identified the types of glass-fiber and black-reinforced plastics with the maximal strength and elastic low-temperature characteristics. Deterioration of boron-aluminum strength characteristics after thermocycling in the range 20 to 443 K is observed. The optimal combination of mechanical and electric characteristics is demonstrated by superconductive composites with ultrafine wire strands produced by the hydroextrusion method with no intermediate annealing phases. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения Strength and plasticity of metal and nonmetal composites for cryogenic and aerospace application Article published earlier
spellingShingle	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения Лотоцкая, В.А. Похил, Ю.А. Телегон, А.И. Дергун, С.М. Научно-технический раздел
title	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
title_alt	Strength and plasticity of metal and nonmetal composites for cryogenic and aerospace application
title_full	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
title_fullStr	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
title_full_unstemmed	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
title_short	Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
title_sort	прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения
topic	Научно-технический раздел
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47773
work_keys_str_mv	AT lotockaâva pročnostʹiplastičnostʹmetalličeskihinemetalličeskihkompozitovkriogennogoiaérokosmičeskogonaznačeniâ AT pohilûa pročnostʹiplastičnostʹmetalličeskihinemetalličeskihkompozitovkriogennogoiaérokosmičeskogonaznačeniâ AT telegonai pročnostʹiplastičnostʹmetalličeskihinemetalličeskihkompozitovkriogennogoiaérokosmičeskogonaznačeniâ AT dergunsm pročnostʹiplastičnostʹmetalličeskihinemetalličeskihkompozitovkriogennogoiaérokosmičeskogonaznačeniâ AT lotockaâva strengthandplasticityofmetalandnonmetalcompositesforcryogenicandaerospaceapplication AT pohilûa strengthandplasticityofmetalandnonmetalcompositesforcryogenicandaerospaceapplication AT telegonai strengthandplasticityofmetalandnonmetalcompositesforcryogenicandaerospaceapplication AT dergunsm strengthandplasticityofmetalandnonmetalcompositesforcryogenicandaerospaceapplication

Прочность и пластичность металлических и неметаллических композитов криогенного и аэрокосмического назначения

Репозитарії

Схожі ресурси