Выводы. Анализ полученных результатов.

 

Мы провели исследование изменения свойств борной нити в результате алитирования (протягивания нити через расплав). В качестве матричного материала, который в виде тонкой пленки жидкофазным методом наносился на поверхность нити, в нашем случае был выбран сплав АД-1(943К). Этот сплав содержит не менее 99,3 % алюминий, таким образом это технически чистый алюминий. Начальная борная нить: нить после глубокой поверхностной обработки. Во всех случаях скорость протягивания варьировали в таких пределах, то время нахождения в игле с расплавом равнялась 0,25, 0,4 и 0,5 секунды.

В результате анализа испытаний мы получили разброс прочности каждого состояния нити.

Подобное рассеяние результатов обусловлено наличием структурных дефектов. Концентраторами напряжений являются различные дефекты волокна – микротрещины, включения примесей, раковины, границы зерен, трещины и т.п.

Из сводной таблицы результатов 16 видно как изменяется среднее прочности после протягивания через расплав: значение прочности исходной нити значительно выше. Это можно объяснить тем, что процессы стравливания поверхностного слоя могут оказывать существенное влияние на напряженное состояние нити и ее прочность. При растворении поверхностного слоя бора толщиной в несколько микрометров наблюдается сжатие нити; дальнейшее стравливание может изменить знак деформаций на обратный. При снятии слоя толщиной 3 мкм на поверхности нити исчезает характерная структура «кукурузного початка», поверхность становится гладкой, а средняя прочность нити заметно увеличивается. В нашем случае исходная нить глубокого поверхностного травления, то есть доля поверхностных дефектов значительно меньше (всего 7 %), чем у нетравленой нити. Также, эксперимент показывает, что если такую нить, в которой все сохранившиеся поверхностные дефект имеют докритический размер, подвергнуть быстрому протягиванию черех расплав алюминия АД-1, средняя прочность нити резко снизится за счет подрастания поверхностных дефектов.

Выводы:

1. Статистическая обработка результатов эксперимента показала, что в результате контактирования улучшенной борной нити сосплавом АД-1 b меняется. В течении времени t=0,4 сек b возрастает до максимума: . Это говорит о том, что источники разрушений становятся более однородными. Затем при t=0,5 сек, b=8,35.

2. В результате алитирования диаметр нити увеличивается с =0,135 до d =0,137. В результате протягивания нити через расплав, на поверхности бора наблюдается появление интерметалидом.

3. Т.к. среднее значении прочности снижается с до , можно сделать вывод о появлении новой популяции дефектов. В исходной нити 93% всех разрушающих дефектов – внутренние, а после алитирования доля внешних дефектов, вызывающих разрушение нити, почти 100%.

4. Таким образом, для нашей ситуации наиболее удачным будет протягивание нити через расплав АД-1 за время t=0,4 сек, хотя при этом теряется прочность на ~20%, но она сохраняется равной 3325 МПа. В данном режиме алитирования b=max(т.е. источники разрушений более однородны).

Таблица 16

п/п	Шифр опыта	Кол-во испытаний N, шт.	b	Диаметр нити, мм	Средняя прочность, МПа	Вариации прочности, %	Значения вероятности разрушений при	Доля изломов, %; средняя прочность дефектов, МПа
Внешние	Внутренние
1.	3-0-0			0,1352			42,5			¾
2.	3-1-1		10,62	0,1372		11,3			¾
3.	3-1-2		12,5	0,1371		9,6	40,9		¾	¾
4.	3-1-3		8,63	0,1373		13,9	58,9		¾	¾

 

Шифр опыта	Параметры и вид функции вероятности разрушения G(s)
3-0-0
3-1-1
3-1-2
3-1-3

Литература

1. Семенов Б.И. Методические указания и домашние задания для студентов 3-го курса на тему «Экспериментальное определение статистических характеристик борного монофиламента и прогнозирование вероятности его разрушения», «Исследование эволюции свойств хрупких волокнистых наполнителей при их изготовлении и переработке в композит» - МГТУ им. Н. Э. Баумана, кафедра СМ-13, 2010. 24с.;

2. Семенов Б.И. Учебное пособие и методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы физикохимии и технологии композитов» - МГТУ им. Н. Э. Баумана, кафедра СМ13, 2010. 118с.;

3. Ф.Мэттьюз, Р.Ролингс, Композитные материалы. Механика и технологии, М., 2004, изд.: «Техносфера», 408с.;