Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна - Бальшин М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
Зависимость величины удлинения б пористых порошковых материалов также описывается степенной зависимостью от а. Впервые такая степенная зависимость была описана И. М. Федорченко, В. Г, Филимоновым, М. П Грабино [8]. Однако, как указано выше, степенной тип зависимости в данном случае не означает пропорциональности между удлинением и значением^ о. Имеет место пропорциональность между а" и свойством, поэтому:
б/бк « а" = 0і ак/(як)к = ая =
(IV.28) (lV,28a)
тельная плотность показатель степени и „ формуле IV, 28а) имеет такой же порядок величины, как для б (иногда несколько выходит за эти пределы).
Так, в работе [21] при увеличении относительной плотности пористого спеченного порошкового железа с и,/ до 0,83 ударная вязкость увеличилась в 4 раза —с 0,14 до 0,56 кГ'М. Такое увеличение соответствует показателю степени в формуле (IV, 28а) т=8,9.
На рис. 20 показана зависимость между относительной плотностью f> волокнистой спеченной меди (50 мкм, 1000 С, 4 ч), модулем упругости E и характеристикой а—Е/Ек (?к=13 000 кГ/мм2). В соответствии с изложенным а—Е/Ек=^"1, причем величина т переменная. Максимальное ее значение /я»2,7 при т>=0,6, по обе стороны от этого значения т 2 (при повышении ¦& до 0,9 в связи с образованием закрытых пор, при понижении 0 в связи с увеличением длины отрезков волокна между контактами и связанным с этим повышением гибкости структурных элементов).
Рис. 21 показывает зависимость между относительной плотностью О волокнистой нержавеющей стали (60 мкм, 1250° С, 3 ч), модулем упругости Е, пределом
ПРОЧНОСТИ Ob И КрИТИЧЄСКИМ ПрЄДЄЛОМ ПрОЧНОСТИ (Ob)K*
*(Тв/а=огв/(?/?к) (?к=21000 кГ/мм2). В соответствии с формулой (IV, 1) величина (0В)„== const —инвариант, не зависящий от значения т>. Показатель степени в фор муле (IV,27а) как для Е, так и для Ош равен т***,о.
Ш
Следует особо подчеркнуть, что главным преимуще-ством волокнистых изделий (тел) перед порошковьши является гибкость структурных элементов воРлоТа Ос. новными структурными элементами волокнистых' тел являются отрезки волокон между соседними контакта, ми h (см. рис. 1). Гибкость элемента волокнистого тела возрастает с увеличением hid, а так как обычно диа. метр волокна d=const, то гибкость повышается с ростом средней величины отрезков I1. Длина I1 увеличивав ется с уменьшением плотности. Поэтому, чем меньше 1и тем больше выявляются преимущества волокнистых металлов по сравнению с порошковыми.
Известный специалист Фишер [22] полагает, что главной областью применения волокнистых материалов являются изделия с пористостью от 40% и более (с относительной плотностью Ф<0,6). Рис. 22 [23] может иллюстрировать эту рекомендацию Фишера. Кривая / показывает зависимость ов от пористости Я (относительной плотности ft) образцов из волокна малоуглеродистой стали (диаметр нитей 100 мкм, длина 25 мм), кривая 2-— образцов из порошка восстановленного железа (диаметр частиц 90—150 мкм). Все образцы спекали при одинаковом режиме (1300°С, 1 ч). Из рис. 22 видно, что при пористости <27% (tf>0,73) образцы из порошка были прочнее изделий из волокна а при П>27% (#<0,73) — наоборот. Кривая 2 показывает,
55-US-ё000\
4000
2000
Рис. 21. Свойства волокнистой нержавеющей стали
о о .
_ I . { i-
W
ЧТ?л«бр^Цыч из волокна ПРИ Я«21% имели ob« «10,2 кГ/мм2, а при Я»41% aB=9,7 кГ/ммК Выигрыш в прочности при переходе от высокой пористости (^-40%) к средней (~20%) для изделий из стального волокна в данном случае был невелик (меньше 10%).
В настоящее время в связи с усовершенствованием техники изготовления волокнистых материалов границы рекомендации Фишера могут быть несколько расширены. Можно считать, что волокнистые пористые материалы теперь имеют преимущества при Ф<0,7 (пористость более 30%).
Фишер пришел к своей рекомендации эмпирическим путем. Она была теоретически обоснована в работе [24] — при пористости около 40% и выше может быть достаточно полно использована гибкость отрезков волокна. И только при достаточно полном использовании гибкости этих отрезков может быть получена прочность значительно более высокая, чем у изделий из порошков той же пористости.
Пористые волокнистые материалы не только превосходят порошковые по прочности. Их пластичность (удлинение 6) и ударная вязкость ак на порядок выше, чем у порошковых. При этом у волокнистых материалов не такая зависимость удлинения и вязкости от относитесь ной плотности f>, как у порошковых. С уменьшениемIU у всех пористых тел, как правило, снижаются все свии ства, включая удлинение и ударную вязкость, по у »
U6
л кннстых тел при повышении пористости мпоп повышения при этом гибкости структурных Тп!ДСТВИе налицо и противоположная тенденцияTS^ZJZЛементов» мозящая темпы падения значенийТи а^ГеГшІни' ем величины О. к уменьшени-
Детали механизма, например, удлинения при растя-жении пористых волокнистых тел, совсем не те, что v Jo-рошковых. У волокнистых тел (см. рис. 12) удлинение обусловлено двумя процессами. Первый процесс - необратимое растяжение (преимущественно наиболее коротких отрезков волокна между контактами). При этом отрезок нити необратимо растягивается по всей длине (а не только на коротких участках перешейков между частицами, как у порошковых тел). Второй процесс— распрямление согнутых (преимущественно наиболее длинных) отрезков волокна.
