Сравнение физико-механических свойств композиционного материала производства фирмы Моторс» с различными металлическими материалами.
В таблице 1 приведены физико-механические характеристики композиционного материала изготовленного Моторс». Испытания проводились лабораторией неметаллических материалов «Звезда».
Таблица 1.
Физико-механические характеристики композиционного материала изготовленного Моторс».
Наименование показателя | Величина показателя | Метод измерения |
Плотность материала, г/см3 | 1,72 | ГОСТ 15139-69 |
Прочность при разрыве, МПа | 277 | ГОСТ 11262-80 |
Модуль упругости при растяжении, МПа | 5,1*103 | ГОСТ 9550-81 |
Разрушающее изгибающее напряжение, МПа | 155 | ГОСТ 4648-71 |
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 | 172 | ГОСТ 4647-80 |
В таблице 2 приведены физико-механические характеристики различных металлических материалов из справочника авиационных материалов [1].
Таблица 2
Физико-механических показателей различных материалов.
Наименование показателя | Наименование материала | |||
Сталь 3 | Сталь 45 | Дуралюмин Д16 | Алюминиево-магниевый сплав АМг6 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Плотность материала, г/см3 | 7,8 | 7,8 | 2,8 | 2,6 |
Допускаемое напряжение при растяжении (статическая нагрузка), МПа | 125 | 200 | 270 | 147 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Модуль нормальной упругости, МПа | 210*103 | 200*103 | 6,8*103 | 6,9*103 |
Допускаемое напряжение при изгибе (статическая нагрузка), МПа | 140 | 240 | 270 | 147 |
Ударная вязкость, кДж/м2 | 784 | 882 | 230 | 392 |
При указанных в таблице 2 значениях допускаемых напряжений в материале не происходит значительных деформаций, способных разрушить конструкцию.
Значения в таблице 1 получены при разрушении материала, поэтому для корректного сравнения необходимо учитывать коэффициент запаса прочности. Если этот коэффициент равен 2 (нагрузки, возникающие в материале в 2 раза меньше, чем максимально возможные), то значения прочности и напряжения при изгибе необходимо уменьшить в 2 раза и полученные цифры сравнивать со значениями таблицы 2. Таким образом можно составить сравнительную таблицу.
Таблица 3
Сравнение физико-механических показателей различных материалов
Показатель | Материал | ||||
Ст 3 | Ст 45 | Д16 | АМг6 | Композит | |
Плотность материала, г/см3 | 7,8 | 7,8 | 2,8 | 2,6 | 1,72 |
Допускаемое напряжение при растяжении, МПа | 125 | 200 | 270 | 147 | 138,5 |
Модуль нормальной упругости, МПа | 210*103 | 200*103 | 6,8*103 | 6,9*103 | 5,1*103 |
Допускаемое напряжение при изгибе, МПа | 140 | 240 | 270 | 147 | 77,5 |
Ударная вязкость, кДж/м2 | 784 | 882 | 230 | 392 | 172 |
По величине допускаемого напряжения при растяжении композит близок к показателям стали 3 и алюминиевого сплава АМг6, при этом легче в 4,5 и 1,5 раза соответственно. Но чистое растяжение характерно для канатов, а для корпусных конструкций наиболее характерной нагрузкой является изгиб.
При изгибе в любом сечении конструкции возникают одновременно растяжение и сжатие. Для пластичных материалов (алюминиевые, медные сплавы и пр.) допускаемое напряжение при обоих видах воздействий одинаково, поэтому допускаемые напряжение при изгибе и растяжении равны для этих материалов.
По величине допускаемого напряжения при изгибе композит почти в 2 раза проигрывает стали 3 и сплаву АМг6. Если взять равнопрочные балки из этих трех материалов, то стальная балка будет тяжелее композитной в 2,5 раза, но композитная будет тяжелее, чем балка из АМг6 в 1,25 раза.
Модуль упругости это величина характеризующая жесткость материала. Значение для композита близко к значениям для алюминиевых сплавов, но практически в 40 раз проигрывают сталям.
Ударная вязкость характеризует устойчивость материала к воздействию ударной нагрузки, по сути, хрупкость материала. Ударная вязкость композита в 0,5 меньше, чем у Д16 и в 2 раза меньше чем у АМг6. Для сталей этот показатель гораздо больше.
Таким образом, можно сказать, что в качестве конструкционного материала для судостроения представленный композит близок по своим характеристикам к алюминиевым конструкционным сплавам. По жесткости и сопротивлению удару композит значительно проигрывает сталям, но гораздо легче.
[1] – сведения из справочника в 9 томах «Авиационные материалы», изд. МАП. ВИАМ – 1975 г.
