Pse forca në tërheqje e përforcimit me tekstil me fije qelqi është shumë më e lartë se ajo e përforcimit të çelikut, por moduli elastik është më i ulët? Cili është mekanizmi i tij mekanik?

Rezistenca në tërheqje e përforcimit të tekstil me fije qelqi është shumë më e lartë se ajo e përforcimit të çelikut, por moduli i tij elastik është më i ulët, gjë që është për shkak të dallimeve thelbësore në përbërjen e tij materiale, mikrostrukturën dhe mekanizmin mekanik. Më poshtë është një analizë e detajuar nga këndvështrimi i parimeve shkencore:

1, Mekanizmi kryesor i ndryshimit në forcën në tërheqje

Përforcimi me tekstil me fije qelqi: Lidhjet kovalente dhe mekanizmi i përforcimit të fibrave

Baza materiale: Përforcimi i fibrave të qelqit është bërë nga fibra qelqi si fazë përforcuese (që përbën 60% -70% të vëllimit), dhe përbërësi kryesor i tij është një strukturë rrjeti silicë (SiO 2), e cila formon një rrjetë me rezistencë të lartë përmes lidhjeve kovalente.

Burimi i forcës:

Energjia e thyerjes së fibrës së qelqit: Energjia e thyerjes së fibrës së qelqit është aq e lartë sa 7,0-9,5 kJ/m², duke e tejkaluar shumë energjinë e thyerjes së lidhjeve metalike në shufrat e çelikut (rreth 2,5-4,0 kJ/m²).

Optimizimi i rregullimit të fibrave: Fibrat vendosen në mënyrë të rregullt përgjatë drejtimit boshtor dhe ngarkesa transmetohet në mënyrë efikase te fibrat përmes matricës së rrëshirës, ​​duke arritur mbajtjen e stresit të përqendruar përgjatë drejtimit të fibrës.

Krahasimi i të dhënave: Rezistenca në tërheqje e përforcimit me tekstil me fije qelqi mund të arrijë 500-900 MPa, ndërsa ajo e armaturës së zakonshme prej çeliku (HRB400) është 400-600 MPa, dhe përforcimi i çelikut me rezistencë të lartë (HRB600) është vetëm 600-750 MPa.

Përforcimi: Mekanizmi i Forcimit të Lidhjes dhe Dislokimit të Metalit

Baza e materialit: Shufrat e çelikut janë bërë nga aliazh karboni hekuri, i cili formohet në një strukturë ferriti perliti përmes proceseve të rrotullimit të nxehtë ose të tërheqjes së ftohtë. Natyra jo-drejtuese e lidhjeve metalike i pajis ato me një kapacitet të njëtrajtshëm tredimensional të ngarkesës.

Burimi i forcës:

Rezistenca e lëvizjes së dislokimit: Forcimi i tretësirës së ngurtë të atomit të karbonit dhe struktura lamelare e perlitit pengojnë rrëshqitjen e dislokimit, por energjia e thyerjes së lidhjeve metalike kufizon kufirin e sipërm të forcës së tyre teorike.

Kontributi i deformimit plastik: Zgjatimi në thyerje të shufrave të çelikut mund të arrijë 15% -25%. Gjatë fazës së deformimit plastik, energjia absorbohet përmes përhapjes së dislokimit, por sakrifikohet njëfarë forca teorike.

2, Mekanizmi kryesor i ndryshimit në modulin elastik

Përforcimi me tekstil me fije qelqi: Matrica e rrëshirës dhe Efekti i Ndërfaqes

Kufizimi i modulit të matricës: Moduli elastik i matricës së rrëshirës (si p.sh. rrëshira epoksi) është vetëm 3-5 GPa, shumë më i ulët se 200 GPa e përforcimit të çelikut.

Dobësia e lidhjes së ndërfaqes: Forca e lidhjes së ndërfaqes midis fibrës së qelqit dhe rrëshirës (zakonisht <10 MPa) është shumë më e ulët se forca e lidhjes midis ferritit dhe perlitit në shufrat e çelikut, dhe është e prirur ndaj shkëputjes së ndërfaqes ose plasaritjes së matricës nën stres.

Karakteristikat e brishtë: Kurba sforcim-deformim i përforcimit me tekstil me fije qelqi tregon thyerje lineare, i mungon një platformë rendimenti për shufrat e çelikut, duke rezultuar në një modul të dukshëm elastik (40-60 GPa) që është vetëm 1/3-2/5 e atij të shufrave të çelikut.

Përforcimi: Mekanizmi i lidhjes metalike dhe rrëshqitjes së kristalit

Thelbi me ngurtësi të lartë: Natyra jodrejtuese e lidhjeve metalike mundëson që sistemi i rrëshqitjes kristal të shpërndahet në mënyrë uniforme në hapësirën tre-dimensionale, duke rezultuar në rezistencë të lartë ndaj lëvizjes së dislokimit dhe duke i pajisur shufrat e çelikut me modul të lartë elastik (200 GPa).

Rregullimi i deformimit plastik: Faza e deformimit plastik të shufrave të çelikut çliron përqendrimin e stresit lokal përmes rirregullimit të dislokimit, duke ruajtur qëndrueshmërinë e modulit elastik.

3, Rëndësia inxhinierike e dallimeve të performancës

Shufra karakteristike prej çeliku të përforcuar me fibra xhami

Rezistenca në tërheqje 500-900 MPa (përparësi e rëndësishme) 400-750 MPa

Moduli elastik 40-60 GPa (1/3-2/5 shufra çeliku) 200 GPa

Frakturë e brishtë e modalitetit të dështimit (pa paralajmërim) dështim duktil i qafës (paralajmërim)

Skenarët e aplikueshëm: kërkesa të larta për rezistencë ndaj korrozionit, peshë e lehtë, rezistencë ndaj lodhjes, deformim plastik dhe rezistencë sizmike

4, Përfundim

Forca e lartë tërheqëse e përforcimit të fibrave të qelqit është për shkak të strukturës së lidhjes kovalente dhe rregullimit të optimizuar të fibrave të fibrave të qelqit, ndërsa moduli i ulët elastik kufizohet nga moduli i matricës së rrëshirës, ​​forca e pamjaftueshme e lidhjes së matricës së fibrave dhe brishtësia e materialit. Ky kombinim karakteristikash i jep përparësi unike në skenarët e rezistencës ndaj korrozionit, peshës së lehtë dhe rezistencës ndaj lodhjes, por gjithsesi mbështetet në përforcimin e çelikut në strukturat që kërkojnë ngurtësi të lartë ose deformim plastik. Në të ardhmen, nëpërmjet teknologjisë së trajtimit sipërfaqësor të rrëshirës së modifikuar ose fibrave me nano, pritet të përmirësohet më tej moduli elastik i përforcimit të fibrave të qelqit dhe të zgjerohet gamën e aplikimit të tij.