Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Сравнительная характеристика дкм, псевдосплавов, мвкмСтр 1 из 5Следующая ⇒
ЛЕКЦИЯ № 4 ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ МКМ По структуре и геометрии армирования композиты на основе металлической матрицы могут быть в виде:
- Волокнистые (МВКМ) -Дисперсно-упрочненные (ДКМ) - Псевдосплавы - Эвтектические сплавы (ЭКМ)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДКМ, ПСЕВДОСПЛАВОВ, МВКМ
МВКМ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Al МВКМ А1 - стальные волокна Особенности: - высокие прочностные характеристики до Тэкспл. = 450 С, - низкая стоимость, доступность, - удается сохранить удовлетв. пластичность (б = 20 %), - слабая чувствительность прочности МКМ к толщине межфазового слоя, - высокая способность к формоизменению.
Получение Благодаря технологичности стальных волокон и меньшей по сравнению с хрупкими волокнами их чувствительности к повреждениям, вырабатываются практически с помощью всех известных технологических методов производства КМ.
Пример: получение КМ Al – сталь методом ЖФТ (диаметр волокна 140 мкм, длительность контакта волокна с жидким металлом менее 1 секунды):
Рис. 1 Граница раздела в КМ «Al - сталь» Показаны возможные пути распространения трещины: разрушение при растяжении композиционного материала происходит и в матрице, и вдоль границы раздела, что свидетельствует о их равнопрочности. Механические характеристики КМ высокие. С позиций механики КМ толщина слоя продуктов реакции до 3 мкм допустима. Промежуточный слой на границе раздела компонентов сформировался из одного интерметаллида Fe3Al и возник на поверхности стального волокна в результате химической реакции между железом и жидким алюминием. Такая толщина обеспечивает оптимальную связь компонентов и не приводят к нарушению монолитности композита под нагрузкой.
МВКМ А1 – В (А1-В/SiC) Особенности - Бор без покрытия – МКМ обладают высокими значениями прочности (особенно прочности при сжатии (элементы ферменных конструкций)) и жесткости при температурах до 450 -500 С. При Т > 500С ( активность взаимодействия повышается, образуются Бориды Al - AlB 2. Это иглообразные кристаллы, которые прорастают в М и В, разъедают их. Уже при h = 1 мм - прочность МКМ резк о снижается). Процесс взаимодействия проходит в 2 стадии: 1) Разрушение оксидной пленки на матрице (О2 диффундирует в толщу материала) 2) Активизируется хим. реакция с образованием AlB 2.
Получение При изготовлении широко используется ТФМ (чаще - диффузионная сварка). ЖФМ (пропитка, различные виды литья и др.)… ввиду возможности взаимодействия бора с алюминием, применяют лишь в тех случаях когда на волокна бора предварительно нанесены защитные покрытия - карбид кремния (волокна борсик) или нитрид бора.
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Мg
Особенности: - повышенные удельная прочность и жесткость - высокая термическая стабильность вплоть до Т = 500 С ( Тпл = 650 С ) - низкая реактивная способность Mg (возможность применения и ЖФМ и ТФМ) МВКМ Mg – В Получение Магний — практически единственный конструкционный металл, стабильный по отношению к бору в жидком состоянии, что позволяет получать КМ Mg —В и методами ЖФМ и ТФМ. Недостатком МКМ Mg - B является пониженная коррозионная стойкость
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Ti Особенности - высокие показатели удельной прочности, жесткости, - жаропрочность (высокий предел ползучести) - КМ на основе титана имеют высокую прочность при растяжении под углом к оси волокон и в поперечном направлении ( высокая внеосевая прочность ) - диапазон рабочих температур до 800 С. Получение: Титан и сплавы титана при повышенных температурах химически активны и в условиях изготовления КМ и их эксплуатации склонны к взаимодействию с неметаллическими наполнителями, которое приводит к образованию хрупких реакционных зон и снижению прочности волокон и КМ.
Исключение: волокна бериллия и молибдена практически не разупрочняются при взаимодействии с матрицей.
Особенности - Высокая жаропрочность (Траб = 1300 С - это выше, чем у сплавов Ni.) Армируют тугоплавкими наполнителями. МВКМ Ni – С
МВКМ Ni - W, Мо В связи с тем, что W, Мо интенсивно окисляются при нагревах, композиты получают в вакууме или защитной атмосфере.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МВКМ - при низких, высоких и сверхвысоких температурах, - в агрессивных средах, - при статических, циклических, ударных, вибрационных и других нагрузках.
Наиболее эффективно используются МВКМ в конструкциях, особые условия работы которых не допускают применения традиционных металлических материалов. Однако чаще всего в настоящее время армированием металлов волокнами стремятся улучшить свойства матричного металла, чтобы повысить рабочие параметры тех конструкций, в которых до этого использовали неармированные материалы.
1) использование МВКМ на основе Al, Mg в конструкциях летательных аппаратов, благодаря их высокой удельной прочности, позволяет достичь важного эффекта - снижения массы. 2) замена традиционных материалов на МВКМ в основных деталях и узлах самолетов, вертолетов и космических аппаратов уменьшает массу изделия на 20 - 60%. (корпуса насосов, приборов, элементы конструкций, элементы жесткости (панели, лонжероны, шпангоуты), механические соединения (крепеж). МАТЕРИАЛЫ (ДКМ) Структура ДКМ:
В матрице из чистого металла или сплава равномерно распределены тонкодисперсные частицы армирующей (упрочняющей) фазы, искусственно введенные в материал на одной из технологических стадий.
Размер частиц - 0,01 - 0,1 мкм Объемная доля частиц составляет 1—20 %. Расстояние между частицами - 0,01 -0,5 мкм.
В качестве армирующей фазы используют стабильные тугоплавкие соединения, не растворяющиеся в матричном материале (дисперсные частицы оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других тугоплавких соединений, а также интерметаллических соединений). Сущность процесса упрочнения: …………. Тонкодисперсные частицы препятствуют движению дислокаций, таким образом, стабилизируя структуру матрицы, что способствует: - повышению жаропрочности ( чем меньше частицы и чем ближе, тем выше жаропрочность!!!!!), увеличению сопротивления высокотемпературной ползучести (высокая прочность ДКМ сохраняется до Т= 0,9-0,95 Тпл). МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДКМ ДКМ относятся к классу порошковых, поэтому их в основном получают порошковой технологией ( но существуют и другие способы, например метод непосредственного введения наполнителей в жидкий металл или сплав перед разливкой в формы). Никелевые ДКМ - применяются в авиастроении и космической технике. Их используют для изготовления деталей двигателей (камер сгорания, лопаток газовых турбин) и других деталей, эксплуатируемых при не высоких напряжениях, при высоких температурах, в агрессивных средах.
При использовании ДКМ увеличивается долговечность изделий, что позволяет получить существенный экономический и технический эффект.
Некоторых ПСЕВДОСПЛАВОВ Свойства и методы получения псевдосплавов на основе Fe: Особенности - более высокая коррозионную стойкость во влажной атмосфере и в растворах солей, чем литая сталь (за счет тонкой медной пленки до 10-20 мкм). - высокие демпфирующие характеристики ( с ростом температуры демпфирующие характеристики псевдосплава повышаются). У большинства металлов, получаемых традиционными способами, высокий уровень демпфирующих характеристик связан с низкими прочностными свойствами. Fe—Сu сочетает высокие демпфирующие характеристики с достаточно высокими прочностными показателями. - высокая ударная вязкость - высокая износоустойчивость Получение Fe — С u При концентрации Cu = 20 - 31 % - каркасное строение. При концентрации Cu = 31 – 39 % - матричное строение. Наиболее высокими показателями прочности и пластичности, например, из железолатунных композиций обладает псевдосплав Fe — 20 % (Cu - Zn)
.
Рис. 3 Микроструктура псевдосплава Fe- 39 % (Cu-Zn) Применение Fe - Cu: - крупные детали машин, подверженные ударным нагрузкам и детали узлов трения (компрессорные лопатки, детали буровых снарядов, резцов и корпусов фрез).
- Электрические контакты, которые отличаются хорошей пластичностью и термостойкостью. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе W и Mo: W-Cu, W-Ag, Mo-Cu, Mo-Ag (Zn, Mg, Sn, Pb) Особенности Свойства псевдосплавов можно варьировать в широких пределах, изменяя состав композита. С увеличением содержания W прочностные характеристики, электросопротивление, износостойкость псевдосплавов возрастают, а показатели пластичности ухудшаются. Получение При объемной доле W до 50% - матричная структура.
При объемной доле W более 50% - каркасная структура. Замена вольфрама молибденом приводит к снижению стоимости и массы изделия. Технологии получения псевдосплавов практически не отличаются.
Применение: Псевдосплавы на основе Wи Mo применяются в качестве САМООХЛАЖДАЮЩИХСЯ при работе в области высоких температур и интенсивном эрозионном воздействии высокоскоростных газовых потоков, поскольку основной вклад в тепловую разгрузку рабочих поверхностей вносит теплопоглощение при переходе жидкой фазы в газообразную (т.е. испарение при кипении). Пока в порах содержится жидкий металл, температура псевдосплава не может подняться выше его температуры кипения независимо от величины теплового потока, действующего на материал.
Применяются в ракетной технике и электротехнике: - сопловые вкладыши ракетных двигателей, работающих на твердом топливе, и ряд других деталей, эксплуатируемых в условиях воздействия мощных тепловых потоков. - контакты для сильноточной и высоковольтной коммутационной аппаратуры, работающей в окислительной среде.
Повышенная стойкость пористых псевдосплавов против высокотемпературного окислительного износа связана с образованием на рабочих поверхностях пленки оксида легкоплавкого компонента, защищающей тугоплавкий. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе Ti: Псевдосплавы Ti - Mg Особенности - высокий уровень антифрикционных свойств при сухом трении в вакууме, инертных и некоторых агрессивных средах, - повышенная эрозионная стойкость при воздействии высокотемпературных газовых потоков. Получение: - методом пропитки (каркасная структура ) Применение: Псевдосплавы Ti - Mg предназначены для изготовления деталей узлов трения (подшипников), подвижных уплотнений, зубчатых колес и других узлов, работающих в условиях сухого трения на воздухе, в вакууме и агрессивных средах.
Mg повышает работоспособность титаномагниевых псевдосплавов в узлах трения, выполняя функции твердой смазки. В процессе трения на поверхности псевдосплавов формируется защитная пленка из магниевой составляющей, снижающая работу трения и предохраняющая от износа.
Свойства и методы получения псевдосплавов на основе Ni Псевдосплавы Ni - Ag Особенности - высокая пластичность - высокая тепло- и электропроводность - повышенную корозионную и эрозионную стойкости. В псевдосплавах Ni-Ag Фаза на основе серебра содержит до 1.5% Ni, а фаза на основе никеля - 3.65% серебра.
Применение - контакты для высоковольтных выключателей - электроды контактных сварочных машин - сопла и детали сварочных, плазмохимических и металлургических плазмотронов.
См. таблицу выше!!
ВОЛОКНИСТЫЕ МКМ ВКА-2 – изготовляется диффузионной сваркой монослоев из боралюминия при одновременном приложении давления и температуры прессования. Предназначен для подкрепляющих элементов силового набора самолета, лопаток вентилятора (компрессора), балок, стрингеров, лонжеронов, нервюр и других силовых элементов конструкции и деталей планера и двигателя самолета на рабочие температуры до 350°С.
Свойства композиционного материала: § предел прочности при растяжении – 1250 МПа; § модуль упругости – 220 ГПа; § рабочая температура – до 350°С.
Рис. 4 Облегченная лопатка вентилятора с титановой оболочкой и несущими боралюминиевыми стержнями
ДКМ КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ВКД-1 – конструкционный композиционный материал с объемным содержанием армирующей фазы до 20%, изготавливается по порошковой технологии из порошков карбида кремния и алюминиевого сплава. Предназначен для деталей ГТД, работающих при температурах до 300°С (вал, крыльчатка вентилятора, лопатки) и силовых элементов. Свойства композиционного материала: § плотность – 3 г/см3; § предел прочности при растяжении – 550 МПа; § модуль упругости – 110 ГПа. ЭКМ на основе Та и Nb - Та — Та2С ( в форме пластин или стержней, объемная доля которых равна 29 %.) Свойства. При кристаллизации армирующей фазы в форме пластинок предел прочности ЭКМ Та — Та2С составляет 560 МПа, а относительное удлинение — 2 %. Образование этого ЭКМ с армирующей фазой в форме стержней приводит к резкому возрастанию предела прочности до 1050 МПа, однако пластичность остается невысокой (б = 1,5 %).
Прочность ЭКМ Та — Та2С превышает прочность одного из лучших технических сплавов на основе тантала, состоящего из 90 % Та и 10 % W.
- Nb — Nb 2 C (в форме прямоугольных стержней, объемная доля которых составляет 37 %).
Свойства. Прочность ЭКМ Nb — Nb 2 C при комнатной температуре в пять раз выше прочности чистого Nb и сохраняет высокие значения при повышении температуры. ЭКМ Nb — Nb 2 C обладают чрезвычайно высокой термической стабильностью.
Применение. ЭКМ системы Та—С и Nb —С применяются для изготовления деталей конструкций самолетов и ракет (лопаток двигателей, кромок крыльев и др.).
ЛЕКЦИЯ № 4 ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ МКМ По структуре и геометрии армирования композиты на основе металлической матрицы могут быть в виде:
- Волокнистые (МВКМ) -Дисперсно-упрочненные (ДКМ) - Псевдосплавы - Эвтектические сплавы (ЭКМ)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДКМ, ПСЕВДОСПЛАВОВ, МВКМ
МВКМ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Al МВКМ А1 - стальные волокна Особенности: - высокие прочностные характеристики до Тэкспл. = 450 С, - низкая стоимость, доступность, - удается сохранить удовлетв. пластичность (б = 20 %), - слабая чувствительность прочности МКМ к толщине межфазового слоя, - высокая способность к формоизменению.
Получение Благодаря технологичности стальных волокон и меньшей по сравнению с хрупкими волокнами их чувствительности к повреждениям, вырабатываются практически с помощью всех известных технологических методов производства КМ.
Пример: получение КМ Al – сталь методом ЖФТ (диаметр волокна 140 мкм, длительность контакта волокна с жидким металлом менее 1 секунды):
Рис. 1 Граница раздела в КМ «Al - сталь» Показаны возможные пути распространения трещины: разрушение при растяжении композиционного материала происходит и в матрице, и вдоль границы раздела, что свидетельствует о их равнопрочности. Механические характеристики КМ высокие. С позиций механики КМ толщина слоя продуктов реакции до 3 мкм допустима. Промежуточный слой на границе раздела компонентов сформировался из одного интерметаллида Fe3Al и возник на поверхности стального волокна в результате химической реакции между железом и жидким алюминием. Такая толщина обеспечивает оптимальную связь компонентов и не приводят к нарушению монолитности композита под нагрузкой.
МВКМ А1 – В (А1-В/SiC) Особенности - Бор без покрытия – МКМ обладают высокими значениями прочности (особенно прочности при сжатии (элементы ферменных конструкций)) и жесткости при температурах до 450 -500 С. При Т > 500С ( активность взаимодействия повышается, образуются Бориды Al - AlB 2. Это иглообразные кристаллы, которые прорастают в М и В, разъедают их. Уже при h = 1 мм - прочность МКМ резк о снижается). Процесс взаимодействия проходит в 2 стадии: 1) Разрушение оксидной пленки на матрице (О2 диффундирует в толщу материала) 2) Активизируется хим. реакция с образованием AlB 2.
Получение При изготовлении широко используется ТФМ (чаще - диффузионная сварка). ЖФМ (пропитка, различные виды литья и др.)… ввиду возможности взаимодействия бора с алюминием, применяют лишь в тех случаях когда на волокна бора предварительно нанесены защитные покрытия - карбид кремния (волокна борсик) или нитрид бора.
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Мg Особенности: - повышенные удельная прочность и жесткость - высокая термическая стабильность вплоть до Т = 500 С ( Тпл = 650 С ) - низкая реактивная способность Mg (возможность применения и ЖФМ и ТФМ) МВКМ Mg – В Получение Магний — практически единственный конструкционный металл, стабильный по отношению к бору в жидком состоянии, что позволяет получать КМ Mg —В и методами ЖФМ и ТФМ. Недостатком МКМ Mg - B является пониженная коррозионная стойкость
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МВКМ НА ОСНОВЕ Ti Особенности - высокие показатели удельной прочности, жесткости, - жаропрочность (высокий предел ползучести) - КМ на основе титана имеют высокую прочность при растяжении под углом к оси волокон и в поперечном направлении ( высокая внеосевая прочность ) - диапазон рабочих температур до 800 С. Получение: Титан и сплавы титана при повышенных температурах химически активны и в условиях изготовления КМ и их эксплуатации склонны к взаимодействию с неметаллическими наполнителями, которое приводит к образованию хрупких реакционных зон и снижению прочности волокон и КМ.
Исключение: волокна бериллия и молибдена практически не разупрочняются при взаимодействии с матрицей.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2020-11-11; просмотров: 294; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.138.134.229 (0.162 с.) |
