Металлические волокна и проволоки

Металлические волокна или проволоки наиболее экономичны и часто являются очень эффективными армирующими материалами. Для композиционных материалов, работающих при низких и умеренных температурах, используют стальные и бериллиевые проволочные волокна; для композитов, эксплуатируемых при умеренных и высоких температурах, - вольфрамовые, молибденовые волокна и волокна из сплавов тугоплавких металлов.

Проволочные волокна из сталей

Наиболее часто для изготовления тонкой высокопрочной проволоки используют коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали аустенитного, аустенитно-мартенситного классов и мартенситно-стареющие стали. В процессе изготовления проволок по оптимальным технологиям получают проволоки со значительной степенью наклепа, иногда с мартенситной структурой, а иногда дополнительно упрочненные в процессе искусственного старения.

Свойства некоторых стальных волокон приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Свойства некоторых стальных волокон

 

Марка стали	Плотность r, г/см3	Диаметр, df, мкм	Модуль упругости Е , ГПа	Средняя прочность sв , ГПа
Сталь ВНС-9   Мартенситно-стареющие стали   Н13М10К16   Н8М18К14	7,8     8,0   8,0   8,0	100-300     – // –   – // –   – // –		3,5 – 3,8     2,8   3,5   –

 

Разупрочнение наклепанных стальных проволок происходит после выдержки при температурах 350…400°С. Исключение составляют проволоки из сталей ВНС-9, Н13М10К16, Н8М18К14, сохраняющие свои прочностные свойства до температур 450…500°С.

Вольфрамовые и молибденовые волокна и проволоки

Вольфрамовые волокна являются достаточно технологичными для изготовления композитов, эксплуатируемых при высоких температурах. Вольфрамовыми волокнами упрочняют жаропрочные никелевые и другие сплавы. Введение в вольфрам и сплавы на его основе дисперсных частиц (окись тория ThO₂, карбидов) или легирующих элементов (Re, Ti, V и др.) позволяет существенно повысить жаропрочность и снизить ползучесть.

Свойства некоторых волокон на основе вольфрама, молибдена и их сплавов приведены в табл. 2.6.

Для повышения длительной прочности вольфрамовых волокон при высоких температурах на их поверхность наносят распылением тонкие барьерные покрытия (4…12 мкм) из карбидов титана и гафния, окислов алюминия и гафния и др. Наиболее эффективным является покрытие карбидом гафния (HfC), позволяющее избежать рекристаллизации вольфрамовых волокон при температуре 1100…1200°С в течение 1000 ч.

Сравнительная характеристика металлических волокон по удельной прочности и удельной жесткости приведена в табл. 2.7.

 

 

Таблица 2.6

Свойства некоторых волокон на основе вольфрама и молибдена

Волокна	Диаметр, мм	sв, кгс/мм2	δ, %	Е, ГПа
Волокна из W	0,050 0,13 0,25 0,51 0,76		- 2,8 4,5
W+ 3% ThO2	0,25 0,51 0,76 1,26		0,5 0,6 1,0 0,8
W+26%Re	0,25		3,0	-
Mo+5%V Mo+5%Ti	0,250 0,25 0,51 0,71	180-200	1,3 3,8 10,0

 

Таблица 2.7

Сравнительная характеристика металлических волокон

по удельной прочности и удельной жесткости

Проволока	tпл, °С	Плот-ность r, г/см3	, кгс/мм2	Е, кгс/мм2	Удельная прочность /ρ	Удель - ная жест-кость Е/ ρ
Бериллиевая Вольфрамовая Стальная Титановая		1,84 19,3 7,8 4,5	100-130 360-400 150-200	29 000 40 000 20 000 12 000	55-65 5-51 33-41