вопросы по конструкционным материалам (сплавы/композиты)

Народ, устал уже читать — подскажите если есть что. Ищутся конструкционные материалы (сплавы, металлические композиты, может даже керамики) с отношением прочности к плотности между магнием и титаном. Сразу исключаю углерод-углерод, композиты с длинными волокнами, всё неприкасаемо хрупкое, сгорающее синим пламенем от одного взгляда, радиоактивное, все пластики вплоть до арамидов, и прочее (в данном случае) неправильное.
Что есть в торбе, в порядке убывания оного отношения (может и напутаю с порядком, не важно): бериллий кованый (wrought), композит бериллия/алюминия; бета-титан, минус титановые композиты (дорого и экзотика полная); магний кованый (Magnesium Elektron 675, WE54), плюс до кучи магниевые композиты с короткими волокнами (whiskers). Дальше ковырялся: с лёгкой стороны облом, отношение прочности к плотности у MgLi уже не растёт даже с волокнами. Рений и сплавы даже ковырнул — прочные жуть, но и плотность околомаксимальная... хотя ЖРД из них есть Лучше чем у бета-титана вроде не находится подходящий материал. Это глобальный максимум?

Не определены условия эксплуатации, ресурс, и т.д.
Если просто отношение плотности к прочности то сначала алюминий и сплавы, если хочется еще термостойкости, то это холоднотянутые стали(кстати сталь по плотность/прочность лучше алюминия, алюминий лучше титана естественно при нормальной температуре)
Зря вы ругаетесь на углерод, его можно покрыть SiC чтобы не горел в кислороде.
ing

Э.. не надо меня путать, я всё же не газеты читал Сперва из широкодоступного идёт титан (не говоря уже об упрочнённом, т.к. такое обычно с длинными волокнами), потом хорошие стали (сильно экзотические формы вроде струны меня не интересуют), а потом уже всё остальное. Вы наверное имеете ввиду какой-то детский титан вроде чистого или альфы. Я смотрел только на беты, они просто зверские по сравнению с детскими.
Вот, кстати, три советских бета-сплава (названия были латиной, так что могу не угадать): БТ23, БТ15 и ТЦ6 (может ТС6). Они равны или прочнее лучшего что указано в моём справочнике по западным титанам (например Beta C). Рабочие температуры мне не ниже -250С, не выше 200С, режим для титана (местами у меня он без вариантов) — циклические нагрузки (не то чтобы сильные, но считай постоянные, число циклов девятизначное). В моих криогенных сценариях нагрузки (динамические) можно снизить в разы.
А углерод меня не устраивает своей ценой и технологичностью. С титаном (или другим металлом), если мне надо две сотни деталей, мне их наверняка нашлёпают из листа, а с углеродом будут возиться поштучно (долго и дорого), так ведь? Вот потому он и не проходит у меня.

-- циклические нагрузки (не то чтобы сильные, но считай постоянные, число циклов девятизначное). В моих криогенных сценариях нагрузки (динамические) можно снизить в разы.

 

адача до сих пор не определена. При таком уровне секретности ничего путного вы не получите, очень трудно угадать что надо. Ваши условия работы изделия будут сравнивать не с книжками, а впервую очередь с собственным опытом.

А углерод меня не устраивает своей ценой и технологичностью. С титаном (или другим металлом), если мне надо две сотни деталей, мне их наверняка нашлёпают из листа, а с углеродом будут возиться поштучно (долго и дорого), так ведь? Вот потому он и не проходит у меня.

 

Углерод в некоторых случаях значительно технологичнее металлов и дешевле.
ing

алюмнивые сплавы со скандием - из них рамки
для пистолетовревольверов делают ...

размер изделия?

Задача давно определена - лунаход
Скандия мне ещё не хватало в смету Порядка 200 баксов за грамм цена вашего скандия.
Насчёт технологичности углерода. Я пошуршал литературой слегка — никак не получится сколько-нибудь нетривиальная C-C конструкция дешевле (по работе) штампованного титана. Да и оставить её в "чистом" виде мне нельзя, нужно опять же покрывать чем-то.. и ни привариться потом к ней, ни дырочку продырявить. Углерод оправдан прежде всего где температуры высокие и всё остальное течёт, а тут выше 150 принципиально неоткуда взяться, 200 — это с запасом на нагрев от агрегатов "соседних". Зато графиту есть у меня другое применение, и там он блистает. Пиролитический высокоортогональный графит для теплоотвода — это песня, теплопроводность (продольная) выше поликристаллического алмаза, а цена доступная. Все нынешние тепловые трубки можно забыть, если конструктив грамотно продуман.
Насчёт секретности — у меня чертежей нету, есть только представление о желаемой конструкции и её работе. То что я хочу добиться от материалов в данный момент — это ответ на вопрос о реализуемости конструкции. Мне нужно либо в 1000кг, либо лучше в 500кг вписать свои замыслы (вес с уже барахлом). На глаз на конструктив и платформу отводится порядка 20% этой массы, т.е. либо 200, либо 100кг в сумме. Конструкция совсем нетривиальная, описывать даже не берусь
Пока я понял что с бериллием облом — он быстро рассыпется. С магниево-литиевыми сплавами облом из-за удельной прочности — она на уровне обычных магниевых, причём упрочнить можно только SiC, остальное сжирается. Да и упрочнение это на 50% поднимет прочность всего — это хуже даже не самого передового титана. Неподвижный конструктив вполне совместим с магнием, даже литым[/укреплённым], в крайнем случае с какими-то титановыми силовыми элементами. А вот подвижный конструктив, который и будет все эти циклические нагрузки ловить, иначе как титановым (причём нежмотским сплавом) я пока не представляю. Сталь бы подошла, но она не долетит
Так вот, проблемное изделие в моём представлении для простоты можно свести к балке порядка 50см длиной, всяко не более метра. Её может и гнуть, и крутить, и ударить немного с приложением силы к торцам. Обычная циклическая нагрузка — это изгиб с небольшой максимальной нагрузкой (10-20кг массы), и эпизодически то же самое, но в 10 раз большей массой (это предельная нагрузка, больше неоткуда взяться). Таких деталей (однотипных) в изделии немало, так что не подумайте что все 100-200кг на неё можно пустить Скажем, килограмм ей масса максимум.

Задача давно определена - лунаход
Скандия мне ещё не хватало в смету Порядка 200 баксов за грамм цена вашего скандия.

 

? 350 руб. - за грам :
Электростальский политехнический институт (филиал) НИТУ МИСиС, СКИЛ М-30 :: Metalweb.ru
а сплав еще дешевле ....
один из сплавов - Easton SC7000

Давайте не оффтопить тут, но с этими 350р за грамм можете сделать себе состояние Про 0.1-0.15% добавки в алюминий — это кошкины слёзы, от этого алюминий титаном не становится.

Давайте не оффтопить тут, но с этими 350р за грамм можете сделать себе состояние Про 0.1-0.15% добавки в алюминий — это кошкины слёзы, от этого алюминий титаном не становится.

 

титаном-нет. но чем принципиально отличается дюраль от люминя и от чего прочность растёт знаете?

да что там... сталь можно вспомнить... игры долями процента радикально меняют свойства...

Сталь бы подошла, но она не долетит

 

Это почему?

Обычная циклическая нагрузка — это изгиб с небольшой максимальной нагрузкой (10-20кг массы), и эпизодически то же самое, но в 10 раз большей массой (это предельная нагрузка, больше неоткуда взяться).

 

Лунная лягушка весом в тонну?

Почему сталь не летает? У меня 500 или 1000 кг на ВСЁ, а этого всего там хочется иметь побольше. Ключевой параметр тут - отношение прочности к плотности, размерность километры У лучшего титана что я нашёл (LCB, BC6) это 32-35км, у литого магния (Elektron21) - 15.7, у бериллия (S-200 выдавленная труба/прут) ->42.
Я нашёл интересную сталь (Н8К18М14, Н12К12М10ТЮ) с высокой относительной прочностью, лучше чем у титана, но у неё удлиннение 1-2%. А у той давленной марки бериллия (у бериллия обычно 2%) удлиннение 10% и специально делается дла КА. Что будет с этой классной сталью если её быстро до -100 охладить, я не знаю, но думаю ничего хорошего. Криогенные стали в разы слабее (при +20С), а мне надо в широком температурном диапазоне не рассыпаться.

титаном-нет. но чем принципиально отличается дюраль от люминя и от чего прочность растёт знаете?
да что там... сталь можно вспомнить... игры долями процента радикально меняют свойства...

 

Знаю немного (фазы меняются, размеры кристалла, интерметаллики появляются/исчезают, и пр.), но это для меня вторично. Главное для данного конструктива — это удельная прочность, ибо сами понимаете: пятизначное количество баксов за кг доставки.

Лунная лягушка весом в тонну?

 

Нет.

Добрый день.
Для au.
Вы производите много шума без толку. Если вам действительно надо, объясните задачу.
Ваше представление об условиях работы на Луне сдается мне основаны на неполных данных, и о материалах тоже.
Если вы действительно работаете над задачей, я не занимаетесь самодеятельностью в одиночку, у вас должен быть доступ к конструкции советского лунного модуля. Даже просто осмотр этого изделия опракидывает многие устоявшиеся на земле представления о конструкции и материалах в них. Живьем иодуль и его элементы конструкции когда-то были в музее МАИ, кажется 8 факультет.
ing

Знаю немного (фазы меняются, размеры кристалла, интерметаллики появляются/исчезают, и пр.), но это для меня вторично. Главное для данного конструктива — это удельная прочность, ибо сами понимаете: пятизначное количество баксов за кг доставки.

 

в любом случае одним материалом не обойдёшся. где-то тот-же карбид кремния удобен будет(подшипники) где-то ещё что-то...

ing:
Я занимаюсь самодеятельностью в одиночку. Если бы мне было "действительно надо", я бы пригласил очень платного консультанта и не лез бы не в своё дело. К советскому лунному модулю самодеятельность никакого отношения не имеет ни по каким параметрам, кроме общего "места назначения". Что мог, объяснил: меня интересуют материалы, которые я не перечислил — лёгкие и прочные, с полезными и предсказуемыми свойствами от криогенных до 150-200С, под циклические нагрузки. Если вы такие знаете — высказывайтесь, не стесняйтесь. Пока у меня первой строчкой бета-титан числится, и брашвэллмановский бериллий "на полях".

в любом случае одним материалом не обойдёшся. где-то тот-же карбид кремния удобен будет(подшипники) где-то ещё что-то...

 

Не то.. вот представь нагруженную стрелу крана длиной 1 метр — примерно такое применение искомому материалу, только циклы нагрузки (нагрузили-отпустили-..) короче. SiC только в композите пойдёт, например в титане, но это дорогая экзотика. Делают, конечно, например какие-то тяги в истребители (фотка есть), но цена, естессно, истребительная. Применять их не спешат, потому рынка нет, потому и дорогие такие. Да и не сильно титан укрепляется от этого: я посмотрел, так советский ТС-6 и ВТ-23 без всяких укреплений ровно как тот укреплённый (и тоже неслабый) западный.
Ясно что одним не обойдётся, я просто ищу на силовой элемент материал, а послабее-то на конструктив и искать не надо.

на счёт силового штука такая. если конструкция небольшпая и ажурная, то удельная прочность не канает. так как жёсткость/устойчивость растёт не линейно от геометрии. т.е. прочность позволяет, но толщина будет как у пивной банки. поэтому ИМХО стоит копать в сторону дюралей, литий-аллюмения и магния... на луне кислорода и т.б. воды мало так что пофих...

Ясно. А вот не хочется чтобы эти кружева задели за камень и помялись. Соты вот прочные, а помнётся "пивобаночная" поверхность — и привет. Я мыслил себе "ресорообразную" деталь, хотя из прочного титана можно и пивобаночно.. Но это мысли, пишите

Я мыслил себе "ресорообразную" деталь, хотя из прочного титана можно и пивобаночно.. Но это мысли, пишите

 

а причём здесь рессороа? или имелась в виду рельса? если говорить о кране-решётчатая ферма из труб и/или уголков. ничего лучше не придумали. и не придумают...

сплавы алюминия - медь - литий со скандием ( 3 -
с удельной прочностью более 22 км ,
плотность 2,6 , 80 000 МПа ....

моё ХО.

Задача-вылавливание процентов весовой эффективности на некотором девайсе. без глубоких знаний и опыта работы выполнить эту задачу нереально. да, можно ткнуть пальцем в небо и сказать что стальне канает. этим можно и ограничится. для дальнейшей оптимизации нужно много больше чем пара цифирей из справочника. усталость, трщинностойкость, поверхностная твёрдость(песок копаем), стойкость к радиации(годы работы на пределе прочности, проценты ловим!) и т.п. и т.д. в таких условиях конструкция будет оптимизироватся под материал и наоборот.
так что можно забить...

ЗЫ с похмелья не хватает фантазии так что кратко и по существу...

MIKLE:

Ну трудно мне объяснить. Вот, нашлась подходящая аналогия... Подчёркиваю, аналогия — спец. для описания проблемного узла. Представляем себе смесь тополевского шасси и багги, только скорость у неё 10-20км/ч максимум, масса до тонны. Т.е. багги шестнадцатиколёсная такая. Колёса и само шасси внимания не заслуживают, а вот полуоси этих колёс, которые и ловят все удары (пусть и слабые, но много и долго) — это у меня вызывает "материальные" вопросы. В частности видится возможной ситуация когда на одной такой оси ненадолго "повиснет" вся конструкция, скажем так, т.е. земные 180кг. Хочется чтобы все удары (слабые предсказуемые и прочие непредсказуемые) ловились и гасились в этой штуке, а не передавались на корпус. Потому и аналогия с "рессорой". Сама эта штука постоянного контакта с грунтом не имеет, но влететь в него и измазаться эпизодически может. Потому поверхностная твёрдость её не важна — можно изолировать покрытием. А вот усталось — это да, проблема, но я в этом не копенгаген. Впрочем я смотрю на титановые сплавы, сделанные спец. под аммортизаторы в машине (Timetal LCB, а также дорогой вариант 21S под то же в авиации) — бета, прочные, и по роду применения должны с запасом пережить машину. В том конкретном применении выигрыш в массе очень значительный против стали. Насчёт радиации — это да... там поверхность словит шестизначное число рад от протонов за десять лет. Но если это проблема, то покрыть можно вольфрамом тонко, доза спадёт порядка на два-три. Ещё насчёт песка — я в курсе как он "благотворно" влияет, т.ч. в постоянном и непосредственном контакте с ним видятся совсем другие материалы, тут я не про них. Насчёт работы на пределе — вот этого как раз хотелось бы избежать, да..
Но задача, кстати, не вылавливание процентов ради спорта, а снижение доли массы "движителя" в общей массе машины. Если это менее 20%, дальше ловить не надо. Я знаю чего стоят последние 10% из 100
Насчёт решёток — хочется чтобы эта штука могла гнуться поглощая энергию удара, а у решёток с этим по-моему плохо. Они-то как раз по части усталости и нахватают первыми.. Впрочем это догадки
Чертёж потребуете?