Прецизійне зварювання тиском волокнистих композиційних матеріалів на металевій основі

Abstract

Вступ. Нині значне поширення отримали композиційні матеріали із металевою матрицею (МКМ), до яких відносять метали, зміцнені неперервними волокнами. МКМ мають високі експлуатаційні властивості, які залежать від природи матриці, геометрії та розподілу наповнювача. Основним матричним матеріалом є алюміній та його сплави, зміцнюючою фазою – вуглецеві, борні або сталеві волокна. Постановка проблеми. Однією з проблем застосування волокнистих МКМ є з’єднання їх між собою та з конструкціями, виконаними з традиційних металів і сплавів. Механічне кріплення за допомогою болтів та заклепок послаблює конструкцію, оскільки свердлення отворів пов’язане з руйнуванням волокон. Для забезпечення міцності паяного з’єднання необхідно застосовувати значні перекриття. Зварювання плавленням призводить до значного зниження міцності армуючих волокон унаслідок тривалого перебування їх у зоні високих температур. Мета роботи. Метою роботи є аналіз особливостей зварювання волокнистих МКМ тиском, насамперед точковим та дифузійним, і визначення сфери їх застосування. Виклад основного матеріалу. Важливою особливістю цих процесів є незначний термічний вплив процесу зварювання на волокна МКМ. Ці способи зварювання застосовують як для з’єднання заготовок з МКМ, так і з’єднання їх з гомогенними матеріалами. Водночас конструктивні та металургійні особливості композиційних матеріалів суттєво ускладнюють вибір режимів зварювання і ускладнюють технологію їх з’єднання. Для композиційного матеріалу з об’ємним вмістом волокон бору 20 та 30 % ускладнень у процесі точкового та шовного зварювання не виникає, режими зварювання практично не відрізняються від відомих для сплавів алюмінію. У міру збільшення вмісту волокон неелектропровідного бора значно утруднюються умови формування литого ядра, що вимагає застосування електродів спеціальної форми та жорстких режимів зварювання. Висока міцність дифузійних з’єднань МКМ на основі алюмінію між собою та з титановими сплавами може бути досягнена оптимальним вибором конструкції з’єднання та застосуванням проміжних металевих прошарків, у ролі яких можуть бути застосовані мідь, нікель та багато інших пластичних металів. Висновки. Електроконтактне точкове зварювання МКМ системи алюміній-бор із об’ємним вмістом волокон до 30…35 % може ефективно здійснюватися на режимах для зварювання алюмінію. При збільшенні вмісту волокон для отримання якісних зварних з’єднань необхідно застосовувати електроди спеціальної форми, причому товщина плакуючого шару на композиційному матеріалі повинна бути не менше 100…200 мкм. Дифузійне зварювання є ефективним способом з’єднання волокнистих МКМ. Для підвищення механічних характеристик з’єднання доцільно застосовувати проміжні прошарки з пластичних металів.