Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Композитні матеріали




Лекція 13

Тема: «Композитні матеріали. Порошкові матеріали»

План лекції

1 Металокерамічні матеріали. Порошкові матеріали:

· порошкова металургія

· отримання порошків

· формование металевих порошків

· спікання

· компактна металокераміка

· металокерамічні сплави тверді

· антифрикційні та фрикційні вироби

· фільтри

2 Композитні матеріали з металевою матрицею

· композитні матеріали

· матриця

· дисперснозміцнені МКМ

· дисперснозміцнені МКМ на основі алюмінію

· дисперснозміцнені МКМ на основі магнію

· дисперснозміцнені МКМ на основі нікелю

3 Волоконні металеві композитні матеріали

· волоконні МКМ

· волоконні МКМ на основі алюмінію

· волоконні МКМ на основі магнію

· волоконні МКМ на основі титану

· волоконні МКМ на основі нікелю

4 Композитні матеріали з полімерною матрицею

· полімерна матриця

· волоконні ПКМ

5 Методи виготовлення конструкцій з полімерних композитних матеріалів

 

· ККМ

· ККМ на основі нітриду кремнію

· ККМ карбід кремнію

· ККМ на основі оксиду кремнію

1 Металокерамічні матеріали. Порошкові матеріали

Технологія порошкової металургії дозволяє отримувати вироби з одного металу, наприклад, заліза (такі вироби називають однокомпонентних), а також із суміші порошків металів або металів з неметалами (многокомпонентньїе вироби). Схема отримання виробі з порошків включає наступні ссновные процеси: отримання порошків й підготовка порошкової шихти, отримання з порошку консолідованого тіла - формование із застосуванням давлення і спікання відформованих виробі.

Така схема визначає практично безвідходну технологію виробництва і можливість отримання виробів із самими різноманітними властивостями, ці вироби можуть бути досить м'якими і надзвичайно твердими, фрикційними і антифрикційні, магнитомягкими і магнитотвердыми, з високою електричну провідність і високим електричним опором, жаростійкі й хладостойкими.

Для багатьох виробів порошкова металургія є єдиним способом їх отримання, наприклад, порошкова металургія незамінна при виробництві компактних виробів з вольфраму, молібдену, ніобію, деталей для пристроїв обчислювальної техніки та радіоелектроніки (ферити), для виготовлення металокерамічних твердих сплавів, виробництві металевих фільтрів і багато чого іншого. (Порошкове металургію називають також металокерамікою, що пояснюється схожістю однією з основних операцій - спікання у порошкової металургії та випалі при виробництві кераміки.)

Впровадження порошкової металургії дає великий економічний ефект. Відходи металу при традиційних способах обробки (на вигар, в прибутку і ливникову систему, обрізки, окалину, стружку) складають в середньому більше 50%, а нерідко досягають 80%; при порошкової металургії відходи практично відсутність -/ ють.

Економія досягається також за рахунок заміни дорогих кольорових металів і легованих сталей, зниження трудомісткості виготовлення виробів, а також витрати енергії, транспортних та інших витрат і т. д.

Все це визначило широке впровадження порошкової металургії в усі галузі машино - та приладобудування.

ВИРОБНИЦТВО ВИРОБІВ З МЕТАЛЕВИХ ПОРОШКІВ

Отримання порошків. Частинки порошків для різних виробів мають розміри від 0,01 до 1000 мкм, форма часток залежить від способу виробництва порошків і може бути тарілчаної, сферичної, каплеподібної, губчастої, пористої, дендритной. Порошок можна отримати хіміко-металургійними і физико-механічні спо-будь який спосіб.

Хіміко-металургійні способи пов'язані з відновленням з оксидів металів та інших сполук, наприклад, при отриманні порошків заліза, міді, вольфраму (форма часток порошків губчата, пориста) електролітичним осадженням з розчинів солей металів (порошки міді, нікелю, кобальту, цинку, свинцю, олова, міді, хрому; сферична форма часток), металлотермическим відновленням (при виробництві порошків титану, ніобію, цирконію, танталу; форма часток тарільчата).

Физико-механічними способами метали подрібнюють у газоподібному або рідкому стані. Розпиленням рідких розплавів отримують порошки алюмінію, цинку, міді, легованих сталей, чугунов. Метал розплавляють, як правило, в електропечах. Для розпилення використовують кисень, азот, аргон; форма часток при розпиленні сферична або каплеподібна. Розмел крихких матеріалів (феросплавів, чавунів, мінералів) виробляють на кульових або молоткових млинах.

Більш в'язкі метали (залізо, нержавіючу сталь, хром, нікель, їх сплави) піддають розмелювання на вихрових млинах, пилки яких обертаються зі швидкістю до 3000 об/хв; одержувана форма часток тарільчата.

Для очищення порошків від домішок застосовують магнітної сепарації, промивання або хімічну обробку їх. Для зняття наклепу, підвищення пластичності, а також відновлення окислених металевих порошків їх отжигают у відновної середовищі під вакуумом при температурі приблизно в два рази меншою, ніж температура плавлення цих металів.

Формование металевих порошків. При формуванні здійснюється консолідація порошків з одночасним формоутворенням заготовок (пресовок) і їх ущільненням. Пресування отримують холодним пресуванням в прес-формах, гарячим пресуванням, поздовжньої, поперечної або поперечно-гвинтовий прокаткою, методами, застосовуваними при формуванні полімерних матеріалів - екструзією і литтєвим пресуванням, а також гидростатически з ущільненням, коли порошок поміщається в герметичну деформируемую оболонку (частіше з гуми) і ущільнюється при всебічному тиску рідкого середовища на цю оболонку. В інших випадках порошки насипають у форму або на поверхню без застосування підвищеного тиску, наприклад, для припекания до поверхні виробу порошкового шару з метою" захисту від корозії

Маса різних пресовок коливається в широких межах часток грама до тонни і більше.

З названих способів формування найпоширенішим є спосіб холодного пресування в закритих прес-формах з подальшим спіканням пресовок.

Операція пресування складається з дозування, засипання шихти в прес-форми, власне пресування на гідравлічних; або механічних пресах і видалення прессовки з прес-форми.

Конфігурація поверхонь деталей прес-форми - матриці, пуансонів, стрижнів - повинна визначати задану форму пресування, яка близька до готової деталі. На стискання деталей передбачають припуск на усадку і, якщо потрібно, на механічну обробку-шліфування або інші види точної обробки.

Деталі прес-форм виготовляють з інструментальних сталей марок ХВГ, Х12М, 9ХС, В8, У10, Р9, Р18, Р6К5, а також з метало-керамічних твердих сплавів марок ВК-8 і До-15. Нормальний термін служби прес-форм 20-60 тис. пресовок, у багатьох випадках він досягає сотень тисяч і навіть мільйонів пресовок

Застосовуються як нероз'ємні матриці, з яких готові прессовки видавлюються, так і рознімні, де прессовки видаляються після розбирання матриць.

Спікання. При формуванні поверхню контакту частинок неспеченного матеріалу становить лише незначну частину їх загальної поверхні. При спіканні поверхню контакту збільшується, збільшується також щільність матеріалу і його міцність.

Температура спікання залежить не тільки від хімічного складу пресування, але також і від фракції порошку. У прессовках з тонких порошків частинки мають велику внутрішню і зовнішню (у зв'язку з пористістю) поверхню, температура спікання таких пресовок нижче, ніж пресовок з порошків більшої фракції того ж складу.

Спікання однокомпонентних пресовок виробляється при температурі близько 2/3-4/5 їх абсолютної температури плавлення. У початковій стадії спікання знімаються наклеп і залишкові напруги, По досягненні температури, склад дозволяє приблизно половину температури плавлення, розвиваються процеси відновлення оксидів і видалення з прессовки газоподібних продуктів; зниження або підвищення щільності на цьому етапі залежить від початкової кількості оксидів і характеру пороутворення, що перешкоджає (при закритих порах) або сприяє-(при відкритих порах) видалення газів. На останньому - высокотем-пературном - етапі спікання йде дифузійна рекристалізація з повним розвитком металевих контактів, що супроводжується ущільненням матеріалу.

ВИДИ ВИРОБІВ З МЕТАЛЕВИХ ПОРОШКІВ

Компактна металокераміка. Компактна металокераміка являє собою матеріали з невеликою залишкової пористістю (від 1 до 18% для різних виробів). Вироби з порошкових матеріалів відрізняються від литих або оброблених тиском металів і сплавів того ж складу відсутністю ликвации, усадочних дефектів, тріщин, дислокацій, полосчатим структури.

Деталі з порошків на основі заліза є найбільш поширеним видом продукції порошкової металургії у всіх галузях машино - та приладобудування.

Міцність спечених матеріалів визначається в першу чергу їх відносної щільністю. Для підвищення міцності й в'язкості у шихту порошків на основі заліза вводять порошки міді, нікелю, молібдену, хрому, марганцю, кремнію.

Крім легування, для підвищення міцності у шихту вводять до 1% порошку графіту і після спікання виробів гартують. В інших випадках вироби на основі залізних порошків цементують і гартують.

Металокерамічні сплави тверді. Ці сплави застосовують у вигляді платівок до ріжучого інструменту і інструменту для бурів при бурінні гірських порід, а також у вигляді фильер для волочіння. Деякі дрібні ріжучі інструменти (свердла, свердла, фрези) виготовляють цілком із твердих сплавів.

Металокерамічні сплави тверді дуже міцні (82-92 НКА) і здатні зберігати ріжучу здатність до температур 1000 - 1100°С. Основною складовою таких сплавів є карбіди вольфраму, титану, танталу. В якості сполучного застосовують cobalt.

Для виготовлення металокерамічних твердих сплавів порошкообразыне складові суміш перемішують і пресують під давлением.Затем прессовки спікають в електропечі при температурі 1500. При спіканні сполучний метал розплавляється, і огортаючи зерна карбідів, пов'язує їх.

Антифрикційні та фрикційні вироби. Антифрикційні сплави містять дефіцитні кольорові метали, крім того, вони не можуть працювати в умовах сухого тертя, при великій швидкості ковзання, в агресивних середовищах і при температурах вище 350.

Для виготовлення підшипників ковзання, вкладишів, втулок, ущільнювачів широке застосування знаходять спечені матеріали антифрикційні. Такими матеріалами є залізо-графіт, залізо-графіт-мідь, залізо, мідь, бронзографіт.

Фрикційні спечені матеріали застосовують для прокладок в гальмівних дисках машин, для гальмівних стрічок і колодок в літаках. До складу входять мідь, залізо, молібден, графіт, кремній. Ці матеріали витримують тиск до 7 Мпа, і нагрівання до температури 550.

Фільтри. Фільтри, спечені з порошків, мають великі міцність і стабільність форми, теплостійкість і теплопровідність.

Такі фільтри застосовують в машинах, механізми і будівельних конструкціях для очищення рідин від твердыхчастиц, повітря й газів від пилу, для регулювання кількості протікають рідин і газів.

Фільтри виготовляють з порошків заліза, сталі, бронзи, титану, вони можуть мати форму стрічок, труб, склянок.

2 Композитні матеріали з металевою матрицею

Композитні матеріали

Композитними називаються штучно створювані матеріали, що складаються двох або більше хімічно різних компонентів, істотно відмінних за властивостями розділених добре вираженою міжкомпонентною границею. Будь-який композитний матеріал (KM) складається з безперервної в усьому його об'ємі матриці й зміцнювального компонента (арматури), розміщеного в ній за заданою закономірністю.

Матриця

Матриця, як правило, є порівняно пластичним матеріалом, вона надійно з'єднана зі зміцнювальним компонентом, надає готовому виробові потрібну юрму й захищає зміцнювальний компонент від можливих пошкоджень. Водночас матриця надає виробові запроектовані міцність і жорсткість.

Матеріал матриці визначає загальну назву KM, з огляду на що розрізняють композитні матеріали з металевою матрицею або металеві композитні мате­ріали (МКМ), з полімерною матрицею — полімерні композитні матеріали (ПКМ) й з керамічною матрицею — керамічні композитні матеріали (ККМ).

Зміцнювальний компонент повинен відзначатись високими міцністю і жорсткістю, малою густиною, доброю хімічною й температурною тривкістю, й також максимально досяжною технологічністю. Для армування композитних матеріалів застосовують порошкові компоненти (рис.1,а), волоконні (рис. 1,б) й пластинчасті компоненти (рис. 1,в). Порошкові зміцнювальні компоненти—це звичайно тверді важкотопкі дрібні частинки карбідів, оксидів, нітридів, що не розчиняються у матриці в усьому інтервалі температур експлуатації KM. Зі зменшенням їх розмірів і відстаней між ними підвищується міцність композитного матеріалу. До волоконних компонентів належать безперервні та короткі волокна неорганічного й органічного походження, металевий дріт і сітки на їх основі. Волокна в МКМ гальмують поширення тріщини в напрямку, перпендикулярному до них і практично виключають раптове руйнування конструкції. Міцність волокноподібних кристалів залежить від гладкості їх поверхні й площі поперечного перетину. Що гладше волокно, то менше мікродефектів на його поверхні і воно міцніше. Як пластинчастий зміцнювальний компонент використовують, наприклад, тонку плівку карбіду бору, осаджену пошарово на поверхню матриці.

Комплекс властивостей композитного матеріалу залежить не лише властивостей матриці та зміцнювального матеріалу, але й від міцності зв'язку між ними, від об'ємної частки зміцнювального компоненту, розмірів і орієнтаціїї волокон, їх термічної тривкості. Головну роль у зміцненні KM відіграю армувальні компоненти. Якщо на границі розділу між матеріалами матриці й зміцнювального компоненту утворюються тверді розчини або хімічні сполуки то надійність з'єднання компонентів висока.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-02-09; просмотров: 161; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты