Laminate din fibre metalice

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Laminatele din fibre metalice (FML) sunt materiale hibride compuse din straturi alternante de foi subțiri de metal și straturi subțiri de material compozit. Există mulți factori care influențează caracteristicile acestei clase de materiale, care, pe de altă parte, garantează o versatilitate puternică, datorită faptului că atributele metalului și fibrei sunt recombinabile, în numeroase moduri, adaptându-se astfel la diferite utilizări., în special în domeniul aeronauticii și al spațiului.

Posibile combinații metal - compozit

Una dintre aceste variabile este tipul de aliaj metalic care trebuie utilizat. Cele mai utilizate în domeniul industrial, datorită caracteristicilor lor de rezistență la oboseală și rezistență statică, sunt două aliaje de aluminiu: 2024-T3 (aliaj Al al cărui element principal de aliere este Cu) și respectiv 7076-T6 (element principal de aliere Zn). Alți parametri la alegere sunt în mod evident tipul de fibră (carbonul, sticla sau aramida sunt cei utilizați în mod obișnuit), tipul de polimer care trebuie utilizat ca matrice pentru fibră (termoplastic, termorezistent ...), grosimea diferitelor straturi (pe care o vom numi de acum înainte straturi), orientarea fibrelor în raport cu direcția sarcinii principale strat cu strat, ca pentru un compozit clasic. În ceea ce privește tipul de fibre și metal utilizate, MLF-urile (acronimul clasic pentru Laminate Fibre Metalice) iau denumiri diferite:

  • ARALL Foi din aliaj de aluminiu intercalate cu straturi de fibre compozite aramid: (A ramidic R einforced ALL uminium) -
  • GLARE - ( GL ass RE aluminiu întărit): foi din aliaj de aluminiu intercalate cu straturi de compozit din fibră de sticlă
  • CARALL - ( CA rbon R armat TOATE uminiul): foi din aliaj de aluminiu intercalate cu straturi compozite din fibră de carbon
  • TiGr - ( Ti tanium Gr afit): foi de aliaj de titan intercalate cu straturi de compozit din fibră de carbon

Istoria dezvoltării

Utilizarea compozitelor hibride este o idee care s-a născut în anii 1950 în Olanda. Abia mai târziu, spre sfârșitul anilor 70, aceste materiale au fost utilizate în industria aeronautică de către germanul Fokker, care, în ciuda obținerii unor rezultate bune la testele de oboseală efectuate în laborator, a fost nevoit să abandoneze experimentarea, din cauza eșecului obținute la testele de zbor. În anii următori, studiile asupra acestui tip de material au fost efectuate de Universitatea de Tehnologie Delft, care a lucrat mult la studiul grosimilor corespunzătoare și a tipului de matrice care trebuie utilizată pentru a asigura aderența corectă între metal și compozit. Primul MLF utilizat în mod istoric a fost ARALL, utilizat într-un panou de aripi ventral al Fokker 27. Această soluție a garantat o economie de 20% în greutate a componentei în comparație cu soluția de aluminiu. Dezvoltarea ARALL a fost mai târziu oprită datorită rezistenței sale scăzute la compresiune și incapacității de a rezista la sarcini în afara axei fibrelor. A doua generație de MLF, GLARE, a fost introdusă în 1987 de AKZO (acum Structural Laminates Company (SLC)). Prin introducerea fibrelor în mai multe direcții, GLARE a reușit să reziste mai bine la sarcinile biaxiale, iar comportamentul de compresie al FML a fost îmbunătățit, deoarece fibrele de sticlă au o rezistență mai bună, atunci când sunt supuse comprimării, decât fibrele aramide. Noile MLF-uri sunt CARALL și TI-Gr, acestea din urmă dezvoltate de Boeing .

Caracteristici mecanice

În comparație cu materialele „monolitice”, adică constând dintr-un singur bloc omogen, MLF-urile par să aibă proprietăți deosebit de bune de rezistență la oboseală, datorită grosimilor mici care caracterizează fiecare strat. De fapt, pentru aceste grosimi (de ordinul zecimilor de milimetru) putem vorbi despre o condiție predominantă de „stres plan”, o condiție de stres favorabilă creșterii lente a fisurilor de oboseală. Împreună cu acest fenomen, este, de asemenea, necesar să se ia în considerare aceea de „punte de fisură”, adică capacitatea materialului în cauză de a transfera sarcina de pe foaia de metal fisurată în straturile de fibră corespunzătoare, scăzând astfel tensiunile de la vârful crăpătura și încetinind creșterea și mai mult. Un alt parametru foarte important care reglează proprietățile de oboseală a unui MLF este gradul de aderență a straturilor compozite la metal. O aderență slabă determină delaminarea, adică detașarea straturilor de metal de cele compozite, dimpotrivă aderența excesivă împiedică punerea fisurilor, propagând fisura în interiorul matricei compozite fără a transfera sarcina pe metal. Va fi necesar să se ia în considerare modulele elastice ale celor două materiale și, prin urmare, gradul adecvat de aderență pentru a asigura o distribuție egală a sarcinii. Pentru a garanta, de asemenea, o bună rezistență la "coajă" și la tăiere, nu este posibil să se depășească o cantitate de fibre în volum mai mare de 50%, în timp ce trebuie, în orice caz, să fie menținută ridicată pentru a garanta o rezistență adecvată la oboseală.

Producție și utilizări

Producția de MLF poate urma filozofia materialelor metalice, adică este posibil să se procedeze la realizarea panourilor laminate MLF obținute prin "întărire" (adică încălzirea într-o autoclavă, în așa fel încât să garanteze polimerizarea matricea și aderența) împreună cu metalul cu straturile de fibre pre-impregnate și, ulterior, prelucrarea foilor cu calandrare , pentru o singură curbură sau formare de întindere pentru curbura dublă. În acest fel, de exemplu, au fost realizate câteva panouri de fuselaj din GLARE ale Airbus A380 . Cu această filozofie este posibil să se realizeze îmbinări între foi, de exemplu prin nituire sau lipire. Este necesar să se ia în considerare, în timpul fazei de prelucrare prin calandrare sau formare la cald sau la rece, diferitele module elastice ale materialelor care alcătuiesc FML și care determină reveniri elastice diferite de-a lungul grosimii.

schema unei îmbinări tip splice

Filosofia materialului compozit, pe de altă parte, are în vedere utilizarea metodei "Lay-up" pentru producție, care implică suprapunerea metalului format anterior, cu straturi de preimpregnat de material compozit (adică fibre cufundate într-o matrice care nu este totuși polimerizat). Odată ce piesa a fost realizată folosind această procedură, aceasta este apoi „vindecată” într-o autoclavă. În acest fel, limitările datorate dimensiunilor maxime ale foilor de metal de pe piață pot fi, de asemenea, depășite, utilizând tehnica de îmbinare "splice", prin care straturile metalice și compozite ale celor două foi se suprapun în mod eșalonat.

MLF-urile pot fi, de asemenea, pliate și tipărite ca și cum ar fi foi de material standard, deși cu o atenție suplimentară la delaminarea care poate apărea din cauza deformării locale excesive sau la ruperea foilor de metal subțiri la unghiuri deosebit de mari. Pentru conturare și găurire, va trebui să utilizați burghie destul de dure sau discuri de tăiat, deoarece majoritatea fibrelor sunt foarte abrazive. Prin urmare, materialele adecvate pentru instrumente vor fi cermetele sau altele asemenea. Pentru aceste procese va fi necesar să se acorde atenție la delaminarea care poate apărea pe marginea găurii sau pe marginile foii datorită unui disc de tăiere excesiv înclinat care face ca metalul să se „dezlipească” din matrice (doar de parcă ar fi un deget care îndepărtează un film de bandă adezivă). Tăierea cu jet de apă și tăierea cu laser sunt tehnici de tăiere puțin utilizate, datorită finisării slabe a suprafeței rezultate, care ar necesita o lucrare de finisare suplimentară, respectiv zonelor modificate termic. Utilizările tipice ale acestor materiale sunt în domeniul aeronautic și spațial, datorită costurilor ridicate de producție. În domeniul aeronautic, au existat utilizări pentru panourile de fuselaj și tuburile de aerisire (unde este necesară o rezistență ridicată la oboseală) sau pentru repararea „plasturilor” și a panourilor de inspecție. În câmpul spațial, de exemplu, pot fi realizate rezervoare MLF, datorită rezistenței ridicate la explozie și expunerii la flacără, deoarece straturile de fibre sunt o barieră naturală. Intercalate cu straturi de kevlar au fost produse și scuturi și corpuri pentru vehicule militare (CAV-ATD).

Bibliografie și referințe

  • Vlot A. & Gunnink JW Laminate din fibră metalică: o introducere . Kluwer Academic Publisher, 2002. ISBN 9781402000386
  • Rezistența la oboseală și rezistența statică reziduală pe eșantioane de articulație de lapte FML - Teză de diplomă la Departamentul de Inginerie Aerospațială al Universității din Pisa

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Fiber_Metal_Laminates&oldid=112891733 ”