9. Свойства км, их достоинства и недостатки как кузовных материалов

Свойства композитов в основном зависят от физико-механических свойств матрицы и наполнителя, а также от прочности связи между ними. Кроме этого на свойства КМ влияют количество (объемная доли) наполнителя, его размеры и форма, а также схема армирования, и композита, особенно если в качестве наполнителя используют непрерывные волокна.

Удельные, прочность и жесткость КМ зависят от схемы армирования и 6удут наибольшими для КМ с одноосным армированием, если рабочие нагрузки приложены вдоль волокон. В этом случае свойства волокон реализуются наиболее полно.

При усложнении схемы армирования коэффициент реализации прочности волокон снижается, и удельные показатели будут иметь меньшие знамения. Кроме того, недостатком многослойных КМ является низкая межслоевая прочность.

Объемная доля наполнителя в композитах может изменяться в достаточно широком интервале — от 1—5% до нескольких десятков (70%) процентов. В одном композите может содержаться несколько типов наполнителей, такие композиты называются пол маркированными (гибридными).

В некоторых композитах (например, боралюминии) с наполнителем из непрерывных волокон при количестве наполнителя > 50% прочность снижается. Это объясняется уменьшением способности матрицы равномерно распределять рабочие нагрузки между волокнами и повышением хрупкости КМ.

Помимо высоких удельных характеристик, композиты обладают еще рядом полезных возможностей:

а) возможность сочетания в КМ материалов, плохо сочетаемых в обычных сплавах. В качестве примера можно привести металлокомпозит, в котором матрицей является Al-сплав, а наполнителем стальная проволока (см. таблицу 4);

б) возможность локального упрочнения наиболее нагруженных участков деталей за счет изменения объема и типа наполнения;

в) возможность повышения работоспособности конструкции за счет расположения элементов наполнителя, например — волокон, вдоль действия наибольших нагрузок

г) высокая коррозионная и химическая стойкость композитов, что снижает затраты на защиту конструкции от коррозионного разрушения.

К недостаткам композитов следует отнести их более высокую стоимость по сравнению со сталями, что объясняется применением в КМ дорогостоящих компонентов. Кроме того, серьезную проблему представляют утилизация и переработка композитов.

Ввиду значительного различия в свойствах волокон и матрицы в композитах с одноосным армированием имеет место высокая анизотропия механических и физических свойств. Удельные показатели и предел прочности достигают наибольший значений в направлении вдоль волокон, и наименьших - в поперечном направлении. Невысока прочность таких композитов при поперечном сдвиге. Анизотропия объясняется тем, что при действии нагрузки вдоль ее воспринимают высокопрочные волокна: например, Ơ₆ стальной проволоки достигает -500 MПa. При поперечном приложении нагрузки ее воспринимает малопрочная матрица, и прочность композита лимитируется прочностью матрицы.

Анизотропия уменьшается при двухосном армировании с взаимно перпендикулярным расположением волокон. Однако по сравнению с одноосным армированием прочность композита снижается примерно вдвое. Остаются низкими значения прочности при сдвиге.