Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Композиционными называют материалы, состоящие из двух и более компонентов, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом свои индивидуальные свойства.

Читайте также:
  1. A) разрешается, при наличии уважительных причин на срок не более двух лет
  2. I период развития менеджмента - древний период. Наиболее длительным был первый период развития управления - начиная с 9-7 тыс. лет до н.э. примерно до XVIII в.
  3. II. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАИБОЛЕЕ
  4. J. Прием на работу и перевод на более высокую должность
  5. Lt;question>. Как называются избирательные органы, организующие подготовку и проведение выборов в Республике Казахстан?
  6. Lt;variant>. самый опасный вид правонарушения, отличающийся повышенной степенью общественной опасности и причиняющий более тяжелый вред личности, государству, обществу
  7. lt;variant>разделении задачи на составляющие, в рамках которых осуществляется поиск наиболее рациональных идей
  8. X содержит развернутое определение наиболее существенных признаков преступления
  9. А теперь мы разберем образное взаимодействие между различными народами.
  10. Абсолютно твердым телом называют такое тело, расстояние между двумя соседними точками которого в процессе вращения остается неизменным.

1. Магнитные наушники (nano)

2. Гарнитура с индуктивной петлей Bluetooth

3. Зарядное устройство к гарнитуре Bluetooth

4. Крона 9V

5. Магнит-извлекатель нанонаушника

6. Гарантийный талон

7. Руководство по эксплуатации

8. Коробка

 

Композиционные материалы

Композиционными называют материалы, состоящие из двух и более компонентов, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом свои индивидуальные свойства.

Для композиционных материалов (далее КМ) характерны следующие признаки:

1) КМ состоит из непрерывной матрицы, в которой равномерно распределены непрерывные или дискретные микрообъемы наполнителя волокнистой или зернистой формы; наполнитель называют также армирующим или упрочняющим компонентом;

2) диаметр наполнителя в большинстве случаев не превышает 10 мкм;

3) матрица связывает волокна или зерна наполнителя в единый монолит;

4) в качестве наполнителя обычно используют более прочное и твердое вещество с высоким модулем упругости, а матрицей служит более пластичное вещество;

5) состав, форма и распределение компонентов материала определен заранее;

6) материалы состоят из двух и более компонентов различного химического состава, разделенных в материале границей;

7) свойства материала определяются каждым из его компонентов;

8) материал обладает свойствами, отличными от свойств компонентов, взятых в отдельности;

9) материал однороден в макромасштабе и неоднороден в микромасштабе;

10) материал не встречается в природе, а является созданием человека.

 

В качестве матрицы в КМ используют:

1. металлы и сплавы;

2. полимеры: органические и неорганические;

3. углеродные и другие материалы.

При выборе технологии получения конкретного композиционного материала определяющим этот выбор будут свойства матрицы.

 

КМ классифицируют по геометрии наполнителя на три группы:

 

I. КМ с нуль-мерным (или зернистым) наполнителем, размеры которого в трех измерениях имеют один и тот же порядок;

II. КМ с волокнистым наполнителем, один из размеров которого значительно превосходит третий;

III. КМ с двумерным наполнителем, размеры которых значительно превосходит третий.

 

I. КМ с нуль-мерным (или зернистым) наполнителем

В КМ этого типа наибольшее распространение получила металлическая матрица. В качестве наполнителя служат равномерно распределенные частицы различной степени дисперсности:

1) мелкие частицы с диаметром 1-50 мкм и

2) микроскопические частицы с диаметром 0,01 – 0,1 мкм.

КМ с равномерным распределением частиц наполнителя отличаются изотропностьюсвойств.

1) При крупности зерен более 1 мкм и их объемном содержании более 25% зерна наполнителя упрочняют матрицу. Жесткая поверхность зерен наполнителя ограничивает деформацию более мягкой матрицы под действием нагрузки. Такие КМ получают методами порошковой металлургии и называют порошковыми композитами.

Метод порошковой металлургии включает следующие этапы:

- получение порошковой смеси матричного металла и наполнителя (рассев порошков на фракции, смешивание порошков в смесителях различных систем);

- прессование порошка в компактную заготовку в стальных матрицах путем изостатического прессования;

- спекание заготовки.

Промышленность выпускает большой ассортимент порошковых композитов антифрикционного, фрикционного, магнитного назначения. Порошковыми композитами являются твердые сплавы, из которых изготавливают металлообрабатывающий инструмент. Например, твердый сплав марки ВК-6, в котором матрицей является кобальт в количестве 6%, а наполнителем – карбид вольфрама WC. Твердые сплавы на основе WC имеют твердость HRA80 и теплостойкость до 900 0С, в то время как одна из лучших инструментальных сталей Р18 имеет твердость 64 HRC и теплостойкость до 500 - 550 0С.

 

2) Дисперсноупрочненные композиты с размером частиц менее 0,1 мкм получают на основе двух видов матриц:

- жаропрочные композиты на основе алюминия, никеля, кобальта и тугоплавких металлов;

- на основе стекла.

Главным преимуществом дисперсноупрочненных жаропрочных КМ является повышение их рабочей температуры до 0,9 Тпл матрицы.(Рабочая температура традиционных жаропрочных сплавов не превышает 0,75 Тпл сплава.)

Промышленное применение нашли дисперсноупрочненные композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами Аl2O3, так называемые САПы (спеченная алюминиевая пудра).

В дисперсноупрочненных композитах всю нагрузку воспринимает матрица, а дисперсные частицы наполнителя препятствуют развитию пластической деформации, оказывая сопротивление движению как единичных дислокаций, так и дислокационных образований (субграниц, границ зерен). Эффективное упрочнение достигается при содержании 5-15 % (по объему) частиц упрочняющего компонента. На уровень прочности КМ оказывает влияние объемное содержание частиц упрочнителя, степень дисперсности и расстояние между частицами. Сопротивление увеличивается с уменьшением расстояния между частицами согласно формуле Орована:

Загрузка...

σ = Gb/ l,

где G – модуль сдвига материала матрицы; b – межатомное расстояние; l – расстояние между частицами.

Частицы пудры имеют форму чешуек толщиной ~ 1 мкм. Размер частиц по длине и ширине мало отличаются друг от друга. Оксидная пленка на поверхности имеет толщину 0,01-0,1 мкм. Уменьшение размера частиц пудры (чешуек), что происходит при увеличении времени измельчения в мельнице, увеличивает их общую поверхность и содержание оксидов алюминия.

Характеристика частиц алюминиевой пудры имеханические свойства САП и сплава Д20 при 200С.

 

Марка пудры Размер частиц, мкм Содержание Al2 O3, %
АПС - 1 30 -50 6 - 8
АПС - 2 10 - 15 9 - 12
Марка Содержание Al2O3,% σВ, МПа σ0,2, МПа δ,%
САП -1 6 - 8 7 -9
САП - 2 9 - 12
САП - 3 13 - 17
Д20  

 

Преимущества САП проявляются при температурах выше 300 0С, при которых алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсноупрочненные сплавы вследствие термодинамической стабильности упрочняющих частиц сохраняют эффект упрочнения вплоть до 500 0С. Кислород не растворяется в алюминии, и диффузионное взаимодействие между частицами Аl2О3 через алюминиевую матрицу не происходит. При 500 0С деформируемые, термоупрочняемые жаропрочные сплавы на основе алюминия Д19, Д20 имеют прочность в пределах 1 – 5 МПа, в то время как прочность σВ САП-1 составляет 80МПа, САП–2 - 90МПА, САП–3 - 120МПА. Физические свойства САП – электропроводность, теплопроводность и коэффициент термического расширения – связаны линейной зависимостью с содержанием Аl2О3 и их значения уменьшаются по мере его увеличения. Тем не менее электропроводность и теплопроводность сплава САП-3 выше, чем у сплавов Д19 и Д20, и составляет 70-75% от соответствующих значений технического алюминия.

КМ САП деформируют в горячем состоянии, а САП-1 – и в холодном. Сплавы САП легко обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой.

Из САП выпускают полуфабрикаты в виде листов, профилей, труб, фольги. Детали из САП работают при температуре 300-5000С.

Из САП изготавливают лопатки компрессоров, лопатки вентиляторов и турбин, поршневые штоки. Листы из САП используют для изготовления деталей обшивок гондол и жалюзи, работающих в зоне выхлопа силовых установок.

САПы могут быть использованы в качестве матрицы для получения комбинированных КМ с волокнистым наполнителем (дискретным или непрерывным).

 

Дисперсноупрочненные композиционные материалы с никелевой матрицей.

Наполнителем служат частицы диоксида тория (ThO2) (марка КМ ВДУ-1) или диоксида гафния (HfO2) (марка КМ ВДУ-2). В КМ ВДУ-3 матрицей служит сплав Ni+20%Cr (со структурой α -твердого раствора), а наполнителем является диоксид гафния. Оксиды тория и гафния имеют высокие значения микротвердости и прочности при сжатии и максимальную стабильность в матрице. Объемное содержание упрочняющей дисперсной фазы оксидов тория и гафния находится в пределах 2-3%.

Длительная прочность σ 1000, МПа КМ и стареющего никелевого сплава ЭП-868

 

Марка материала 9000С 10000С 11000С 12000С
КМ ВДУ-1
КМ ВДУ-2
КМ ВДУ-3
ЭП- 868 - -

 

ВДУ пластичны, деформируются в широком диапазоне температур различными методами (ковка, штамповка, осадка, глубокая вытяжка). Полуфабрикаты сплавов ВДУ выпускают в виде труб, прутков, листов, проволоки, фольги. Для соединения деталей применяют высокотемпературную пайку либо диффузионную сварку, с тем, чтобы избежать расплавления. В зоне расплавления происходит агломерация частиц упрочняющей фазы и, как следствие, потеря жаропрочности.

КМ ВДУ применяют,главным образом, в авиационном двигателестроении.Из них изготавливают лопатки сопел, стабилизаторы пламени, камеры сгорания, а также трубопроводы и сосуды, работающие при высоких температурах и в агрессивных средах.

 

Дисперсноупрочненные КМ на стеклянной матрице называют ситаллами (стекло+кристалл). Ситаллы состоят из зерен одного или нескольких кристаллических веществ, скрепленных в единый монолит стеклянной матрицей. Изменяя состав и структуру, а также соотношение матрицы и наполнителя удается управлять свойствами ситаллов в широких пределах. Рабочая температура ситаллов достигает 1200 0С. Они имеют высокую твердость, химически стойкие, не окисляются при высоких температурах. В отличие от стекла ситаллы обладают высокой термостойкостью, выдерживая перепад температур до 100 град.

Из ситаллов изготавливают подшипники, детали двигателей внутреннего сгорания, их используют в качестве жаростойких покрытий на металлах.

 

II Композиционные материалы с одномерными наполнителями.

Наполнителем являются одномерные элементы в виде нитевидных кристаллов, волокон, проволоки. Волокна и другие армирующие элементы скрепляются матрицей в единый монолит. Матрица защищает упрочняющие волокна от повреждений, служит средой, передающей нагрузку на волокна, и перераспределяет напряжения в случае разрыва отдельных волокон. Важно, чтобы прочные волокна были равномерно распределены в матрице. На свойства КМ помимо высокой прочности волокна оказывает влияние прочность связи на границе матрица-волокно. Для армирования в КМ используют непрерывные и дискретные волокна с размером в поперечном сечении от 0,1 до ~100 микрометров. Волокно, находящееся в матрице должно иметь более высокое значение модуля упругости, чем у матрицы. Это является одним из условий получения композиции с высокими механическими свойствами.

КМ с алюминиевой матрицей. В качестве матрицы используют сплавы АМц, АМг6, АД1, Д16, КМСАП. Наполнителем может служить высокопрочная стальная проволока 08Х18Н9Т, 1Х15Н4АМ3 и др, бериллиевая проволока, волокна бора, карбида кремния, углерода.. Композиции упрочненные стальной проволокой, получают прокаткой сэндвича: алюминиевая фольга- волокна – алюминиевая фольга прокаткой до компактного состояния. В результате армирования прочность увеличивается в 10-12 раз при объемной доле наполнителя до 25%. Например, временное сопротивление разрушению σВ КМ САП-1 – 1Х154Н4АМ3 при доле армирующего волокна 40% составляет 1700 МПа, плотность 4,8 Г/см3, модуль упругости Е=100∙103МПа. Приведенные свойства превосходят аналогичные свойства высокопрочных алюминиевых сплавов и приближаются к уровню свойств титановых сплавов.

КМ Аl – волокно бора отличается высокой прочностью (до 1400 МПа при 50% содержания бора) и жесткостью и способен работать при температуре 400-500 0С, поскольку бор слабо разупрочняется с повышением температуры. Основная проблема –предотвратить взаимодействие алюминия и бора. Поэтому промышленный КМ ВКА-1, содержащий 50% волокон бора, был получен диффузионной сваркой пакета, составленного из чередующихся листов алюминиевой фольги с закрепленными на них слоями борных.

КМ с наполнителем из непрерывных волокон в некоторых случаях получают путем намотки их на шаблон детали с последующей пропиткой образовавшегося каркаса расплавленным металлом.

.


Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2017 год. (0.013 сек.)