Силовые элементы БФ. Структура силовых элементов, страница 8

Эти сплавы имеют высокие механические свойства: sв=100…110 кг/мм2, d = 10…15 %, которые можно улучшить термической обработкой и наклепом. Титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах и жаропрочностью. Например, сплав ВТЗ, содержащий 3 % хрома и 5 % алюминия, обладает жаропрочностью до 400…500 °С. Высокая прочность сплавов в сочетании с коррозийной стойкостью, жаропрочностью и легкостью делаетих ценным материалом для конструкций космического аппарата и СБ.

6.4.2.2  Композиционные материалы

Композиционные материалы КМ (от латинского compositio) - это материалы, образованные объемным сочетанием химически разнообразных компонентов с четкой границей раздела между ними и характеризующиеся свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов в отдельности.

Обычно КМ состоят из основы (матрицы), служащей связующим материалом, и наполнителя (арматуры). Наполнителем являются включения различных компонентов в виде порошков, волокон, нитей, нитевидных кристаллов, тонкой проволоки, стружки и т.п.

По типу арматуры КМ могут быть разделены на две группы:

-  дисперсно-упрочненные,

-  волокнистые.

Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материалы, в матрице которых равномерно распределены мелкодисперсные частицы и основную нагрузку воспринимает матрица. Эти материалы имеют одинаковые свойства по всем направлениям.

В волокнистых КМ при нагружении основную роль играет арматура. При создании этих композитов в качестве арматуры применяют высокопрочные стеклянные, углеродные, борные, органические волокна и некоторые другие материалы. Причем объемная доля арматуры в волокнистых КМ составляет 60...70%. Наиболее пригодными для космических конструкций считаются четыре класса волокон: стеклянные, борные, углеродные и органические.

По типу волокон КМ делятся на полимерные (ПКМ), металлические (МКМ), керамические (ККМ).

6.4.2.3  Преимущества и недостатки КМ

По сравнению с существующими конструкционными материалами КМ обладают рядом преимуществ, среди которых можно выделить:

-  сравнительно низкую плотность;

-  высокие удельную прочность и удельную жесткость, количественные средние значения которых приведены в табл. 6.1, из которой видно, что углепластики, боропластики и органопластики по удельным характеристикам превосходят широко применяемые сплав Д16Т и сталь 30ХГСА;

-  высокие химическую и коррозионную стойкость полимерных КМ;

-  технологичность переработки КМ в изделия;

-  высокие усталостные характеристики волокнистых КМ (на рис. 6.10 изображены типичные кривые долговечности КМ и металлов);

-  резкое сокращение количества деталей конструкций агрегатов КЛА;

-  специальные свойства (радиопрозрачность, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность и др.);

-  возможность управления силовыми потоками в конструкциях за счет соответствующего направления армирования.

К недостаткам КМ относятся:

-  высокая стоимость большинства КМ по сравнению с металлическими сплавами;

-  анизотропия физико-механических свойств;

-  низкая межслоевая прочность на сдвиг в плоскостях, параллельных арматуре, большинства полимерных КМ;

-  низкая прочность полимерных КМ на сжатие, затрудняющая соединения деталей крепежными элементами;

-  отсутствие зоны текучести, хрупкий характер разрушения, низкая ударная вязкость (на рис. 6.11 приведены типичные диаграммы растяжения металлов и углепластиков);

-  нелинейный характер физического закона для полимерных КМ при растяжении под углом к направлению армирования (см. рис.14);

-  невозможность формоизменения заготовок из КМ на термореактивной матрице (штамповка, обтяжки);

-  необходимость принятия специальных мер по охране труда при переработке КМ в изделия.