2.4. Литейные алюминиевые сплавы

Литейные сплавы должны обла­дать высокой жидкотекучестью, малой склонностью к образова­нию горячих трещин и пористос­ти. Высокие литейные свойства имеют сплавы, имеющие в своей структуре эвтектику. Наиболее распространенными литейными сплавами являются сплавы алю­миния с кремнием, называемые силуминами.

На рис. 136 приведена левая часть диаграммы состояния алю­миний — кремний. Силумины имеют состав, близкий к эвтекти­ческому, и поэтому обладают высокими литейными свойствами. Широкое распространение получил силумин марки АЛ2, содер­жащий 10—12 % кремния. Его структура состоит из а-твердого раствора (светлый фон шлифа) и эвтектики + Si (темные уча­стки). Прочность силуминов невелика: 140 МПа.

Кроме силуминов применяют литейные сплавы, легированные медью и магнием. Они имеют несколько худшие литейные свой­ства, но более высокие механические характеристики.

Для измельчения зерна и улучшения механических свойств литейные алюминиевые сплавы подвергают модифицированию.

В качестве модификаторов применяют смеси солей NaF и NaCl. После модифицирования прочность силуминов увеличивается на 25 %, а относительное удлинение — в 2 раза.

3. Композиционные материалы 3.1. Общие сведения

Традиционно применяемые сплавы в известной мере достигли своего предела конструктивной прочности. Развитие современной техники требует создания материалов, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений. Эту задачу можно осуществить путем созда­ния композиционных материалов.

Композиционными материалами или композитами называют материалы, состоящие из сильно различающихся по свойствам друг от друга, взаимно нерастворимых компонентов. Компози­ционные материалы позволяют:

создавать элементы конструкций с заранее заданными свой­ствами, высокой эффективностью по массе и высокой технологич­ностью;

создавать материалы с качественно новыми свойствами и не только повышать эксплуатационные характеристики существу­ющих конструкций, но и создавать принципиально новые кон­струкции, недоступные при применении традиционных матери­алов.

Композиционные материалы используют для производства летательных аппаратов, в машиностроении, приборостроении, энергетике, в электронной, радиотехнической и электротехниче­ской промышленности, а также на транспорте, в строительстве и других отраслях народного хозяйства.

3.2. Строение композиционных материалов

Композиционные материалы состоят из сравнительно пластичного матричного материала и более твердых и прочных веществ, явля­ющихся упрочняющими наполнителями. Матрица связывает ком­позицию и придает ей нужную форму. В зависимости от материала матрицы различают композиционные материалы с металлической матрицей или металлические композиционные материалы (МКМ), с полимерной — полимерные композиционные материалы (ПКМ) и с керамической — керамические композиционные материалы (ККМ). По типу упрочняющих наполнителей композиционные материалы подразделяют на дисперсноупрочненные, армирован­ные или волокнистые и слоистые (рис. 137).

В дисперсноупрочненные композиционные материалы искус­ственно вводят мельчайшие равномерно распределенные туго плавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и другие, не вза­имодействующие с матрицей и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояния между ними, тем прочнее композиционный материал. В дисперсноупрочненных композиционных материалах матрица является основным несущим элементом.

Арматурой в армированных композиционных материалах могут быть волокна различной формы (нити, ленты, сетки разного пле­тения). Прочность таких композиционных материалов опреде­ляется прочностью армирующих волокон, которые воспринимают основную нагрузку. Армирование дает больший прирост проч­ности, но дисперсное упрочнение технологически легче осуще­ствимо.

Слоистые композиционные материалы набираются из череду­ющихся слоев волокон и листов матричного материала (типа «сэндвич»). Слои волокон в таком композиционном материале могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев матрицы из сплавов с различными механи­ческими свойствами.

Из освоенных промышленностью композиционных материалов ведущее место занимают металлические композиционные мате­риалы на основе алюминия и его сплавов. Использование алюми­ния в качестве матричного материала обусловлено широким распространением его в технике, низкой плотностью, коррозион­ной стойкостью, возможностью регулировать механические свой­ства алюминиевых сплавов термической обработкой и подвергать их различным видам обработки давлением и литья.