1. Обзор литературы 15
1.1 Материалы 15
1.1.1 А1 и Al-Si сплавы 15
1.1.2. Композиционные материалы с металлической матрицей 17
1.1.3 Микроструктура и механические свойства КММ 18
1.2 Компьютерная томография 20
1.2.1 Рентгеновская компьютерная томография 20
1.2.2 Синхротронная томография 21
1.3 Характеристика остаточных напряжений и напряженного
состояния материалов 22
1.3.1 Определение остаточных напряжений 22
1.3.2 Нейтронная дифракция 24
2. Предварительная работа 26
3. Материалы и методы исследования 27
3.1. Материалы 27
3.2 Синхротронная томография 29
3.3 Определение механических свойств материалов 31
3.3.1 Испытание на сжатие 31
3.3.2 Анализ распределения нагрузки 32
3.3.2.1 Экспериментальный инструмент Е3 32
3.3.2.2 Испытание на сжатие одновременно с
измерением деформаций метод нейтронной дифракции 32
3.3.2.3 Подсчет ошибки измерений 34
4. Результаты исследования 35
4.1. Характеристика микроструктуры материалов до и после термической обработки 35
4.2 Испытания на сжатие 43
4.3 Характеристика повреждений после испытания на сжатие 45
4.3.1 Композиционный материал Тип 1:
Al12SiNiCuMg + 15%АЪОз 45
4.3.2 Композиционный материал Тип 2:
Al12SiNiCuMg + 7%А12Оз + 15%SiC 51
4.4 Анализ образование повреждения в материалах после
испытании на сжатие 55
4.5 Анализ распределения нагрузки 56
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 61
5.1 Предпроектный анализ 61
5.1.1 Потенциальные потребители результатов
исследования 61
5.1.2. Анализ конкурентных технических решений и оценка готовности проекта к коммерциализации 62
5.1.3 SWOT-анализ 63
5.2 Инициация проекта 66
5.2.1 Цели и результат проекта 66
5.2.2 Организационная структура проекта 67
5.3 План проекта 68
5.3.1 Бюджет научного исследования 69
5.3.1.1 Сырье, материалы, покупные изделия и
полуфабрикаты (за вычетом отходов) 69
5.3.1.2 Специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ 70
5.3.1.3 Основная заработная плата 71
5.3.1.4 Расчет дополнительной заработной платы 73
5.3.1.5 Расчет отчислений на социальные нужды 73
5.3.1.6 Расчет накладных расходов 74
5.3.2 Реестр рисков проекта 74
6. Социальная ответственность 77
6.1 Описание рабочего места 77
6.2 Анализ выявленных вредных проявлений факторов
производственной среды 78
6.2.1 Метеоусловия 7 8
6.2.2 Производственный шум 80
6.2.3 Освещенность 81
6.2.4 Ионизирующее излучение 82
6.3 Анализ выявленных опасных проявлений факторов
производственной среды 84
6.3.1 Факторы электрической природы 84
6.3.2 Факторы пожарной и взрывной природы 85
6.4 Охрана окружающей среды 85
6.5 Защита в чрезвычайных ситуациях 89
6.5.1 Действие при взрывах и возгораниях 89
6.5.2 Мероприятия по предупреждению взрывов и
возгораний 90
6.5.3 Мероприятия по предупреждению поражения
электрическим током 91
6.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 92
Заключение 94
Список публикаций 95
Список используемой литературы 96
Приложение А
Приложение Б 101
Приложение В 102
Приложение Г 104
Приложение Д 105
Композиционные материалы с алюминиевой матрицей имеют такие преимущества как легкий вес из-за невысокой плотности алюминия и высокую износостойкость из-за упрочнения керамическими волокнами. Благодаря этому материал имеет улучшенные механические свойства, такие как повышенная прочность и сопротивление ползучести.
В данной работе рассматриваются композиционные материалы с тремя (кремний, волокна оксида алюминия, матрица) и четырьмя (кремний, волокна оксида алюминия, волокна карбида кремния, матрица) составляющими. Такое количество усиливающих элементов требует подробного исследования микроструктуры и особенно повреждений, которые могут развиваться при воздействии нагрузки на материал. Компьютерная томография является эффективным инструментом для исследования микроструктуры в объеме материала, а измерение напряжений в течение нагрузки методом нейтронной дифракции поможет связать микроструктуру и механические свойства материалов.
Потенциально такие композиты могут быть использованы в авиа-, автостроении для компонентов, которым необходим легкий вес и повышенная прочность. Похожие композиты используется в данный момент для производства двигателей внутреннего сгорания. Поэтому данные материалы требуют экспериментальных исследований для построения механической модели и оценки возможности их внедрения в производство.
В результате выполнения магистерской диссертации все поставленные задачи были выполнены:
• Была проведена компьютерная томография и анализ образцов до и после испытания на сжатие
• Было изучено влияние термической обработки на все составляющие материала: все фазы кроме эвтектического кремния являются термически стабильными. Для материала только с волокнами оксида алюминия частицы кремния теряют взаимосвязь после термической обработки и становятся сферическими. В то время как для материала с дополнение волокон карбида кремния, частицы кремний не уменьшаю свою взаимосвязанность, что объясняется большей объемной долей усиливающей фазы (22% против 15%), которая играет роль физического барьера для кремния.
• Анализ повреждения в образцах после испытания на сжатие показал, что повреждения зависят от ориентации плоскости волокон относительно приложенной нагрузки. В случаи, когда плоскость волокон параллельно нагрузки, материал имеет минимальные повреждения частиц кремния и неповрежденные волокна. В то время как при перпендикулярной ориентации плоскости волокон к нагрузке, волокна имеют обширные повреждения (фрагментация).
• Анализ распределения нагрузки во время теста на сжатия также подтвердил различное поведение материала в зависимости от ориентации плоскости волокон.
