Металлические композиционные материалы с дисперсным упрочнителем, страница 46

На рис. 7.2 показана удельная прочность и удельный модуль упругости алюминиевых сплавов и КМДУ на их основе.

Рис. 7.2. Сравнение удельной прочности и удельного модуля упругости композитов на основе алюминиевых сплавов с соответствующими характеристиками исходных алюминиевых сплавов (Feest, 1988)

Характер деформации КМДУ за пределами упругой области можно разделить в зависимости от того подвергаются частицы упрочняющей фазы, пластической деформации или нет. Если напряжение в частицах ~ в 3-3.5 раза превышает напряжение течения матрицы, то разрушение КМДУ начинается с появления трещин в частицах с дальнейшим распространением по матрице. Расчеты Е. Орована для КМДУ на основе сплавов Al показывают, что рост предела текучести с изменением структурных параметров начинается, когда размер зерна становится меньше ~ 1.5мкм, расстояние между частицами меньше ~ 0.3мкм, а плотность дислокации более ~ см^-2.

Для расчета структурных параметров некоторые авторы используют следующую формулу:

, где          (7.1)

L – межчастичное расстояние, мкм

d – размер частиц упрочняющей фазы, мкм

V_f – объемная доля армирующей фазы, %

Зависимость расстояния между частицами от их размера и объемной доли, вычисленные по формуле(7.1) представлены на рис. 7.3. Из рисунка видно, что для обеспечения оптимального межчастичного расстояния 0,3 мкм необходимо, чтобы в КМ с объемной долей 20% размер частиц был меньше 0,4 мкм. При снижении содержания частиц в КМ, для того чтобы обеспечить требуемое межчастичное расстояние, необходимо, чтобы размер частиц тоже был меньше (см. рис. 7.3). Необходимо отметить, что упрочнителем могут быть как частицы избыточных фаз матричного сплава, так и частицы, оказавшиеся в структуре при изготовлении КМ. С учетом вычисленных значений можно изобразить схему оптимальной структуры КМ (рис. 7.4). Рисунок иллюстрирует вывод о том, что структура КМ должна состоять из мелких равноосных зерен, внутри которых и по их границам расположены дисперсные частицы упрочнителя. Такое расположение частиц необходимо для создания в материале высокой прочности при комнатной температуре, а также формирования препятствий для движения дислокаций и границ зерен при высоких температурах и придания материалу жаропрочности.