14. Композиционные материалы: определение, принципы создания и основные виды км, составляющие км. Получение деталей из км на металлической основе и на неметаллической основе.

КМ – сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся друг от друга св-вам и нерастворимые друг в друге компоненты, разделенные в материале, четко выраженной границей.

КМ по своей удельной прочности и жесткости превосходят все другие материалы. Состоят из основы (матрицы) и наполнителей (упрочнителей). Основа может металлическая или неметаллическая. Дисперсно-упроченные, волокнистые.

Волокнистые КМ, упрочнители - стальная проволока прочностью до 4000 МПа. Матрица: сталь, Al. Жаропрочные наполнители проволокаMo,Tn,Be. Волокна керамические, стекловолокна, асбоволокно.

С полимерной матрицей.

Смолы. Текстолит – х/б ткань, пропитанная смолой. Недостатки: мала прочность связи матрицы с наполнителем, невозможность сварки, низкая электропроводность.

Волокниты, борволокниты, стекловолокниты. Органоволокниты (лавсан, капрон, нетрон, венол, ароматический полиамид).

Повышение св-в матрицы достигается за счет введения ионов металла, в полиметилфенольную матрицу вводят 15% ионов бария, 7% ионов Ni, в результате модуль изгиба возрастает 20% и 50% соответственно. Самая высокая прочность стекловолокниты прочность 2100 МПа, плотность 2,2 г/см³, удельная прочность96 кН.

Примеры КМ:

Псевдосплавы, состоят из металлических и неметаллических фаз, не образующих твердые растворы и не взаимодействующих химически: W+Cu,W+Ag. Но обеспечивают высокую прочность и электропроводность.Mo+Cu,Fe+Cu,Fe+Cu+C

Керамические дисперсно-упрочненные.

Углерод-углеродные КМ – материалы из С армирующего каркаса (нетей) и матрицы из монолитного углерода. Каркас ткут из нитей малого диаметра. А матрицу вводят жидким или газофазным способом. Жидкая пропитка каркаса термореактивными смолами или пекми. Илли наполняют газофазным способом, осаждение из газа сажи под давлением. Идут процессы превращения в графит. После отвердевания заготовку карбонируют, нагрев до 600ºС и повторяют. Потом структуру углерода переводят в структуру плотного графита.

Газовазный – разложение природного газа в порах каркаса с образованием пироуглерода. После получения заданной плотности идет графитизация получают С-С КМ с высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью. Используют в кач-ве электродов дуговых печей.

15. Определения и физическая сущность сварки, классификация способов сварки.

Сварка – процесс получения неразъемного соединения, в результате возникновения атомной или межмолекулярной связи между соединяемыми деталями. Возможно на основе кристаллизации совместной жидкостной ванны, методов сварки плавлением или интенсивной пластической деформации поверхности, с разрушением неровностей и оксидных пленок межатомной структуры.

Классификация методов сварки плавлением:

Электрическая:

1. дуговая (открытой дугой, под флюсами, в защитных газах, в плазме)

2. электрошлаковая

3. электро-лучевая - ток в форме потока электронов

4. лазерная – сварка высокоэнергетическим потоком света (когерентный)

Химическая:

1. газовая

2. термитная

Электрохимическая.

Методы сварки давлением:

Механическая:

1. трением

2. ультразвуковая

3. холодная

Электромеханическая:

1. индукционная

2. диффузионная

3. контактная (стыковая, точечная, шовная)

Химико-механическая:

1. кузнечная

2. газопрессовая

16. Сварка электродуговая, электрошлаковая, плазменная, электроннолучевая, лазерная, газовая, термитная, электроконтактная: схема процесса, оборудование, материалы, отличительные особенности технологий.

Дуговая сварка.Сварочная дуга – мощный электрический разряд между электродами в среде ионизированных газов и паров. Сварка электрическим электродом зависимой дугой, без присадки (проплавление стыка) и с присадкой. Сварка может осуществляться неплавящимся электродом (W, графит) или расходуемым (материал электрода - присадка).

Зажигание дуги – «чиркнуть» электродом по изделию (короткое замыкание и оттягиваем): микровыступы нагреваются до кипения, происходит термоэлектрическая эмиссия – ионизация межэлектродного пространства. В момент размыкания напряженность 10¹² В/см.

Чтобы ионизация была устойчива, надо преодолеть потенциал ионизации – энергия, необходимая для полного удаления иона из атома. В парах железа Ui=7,83eB. В парах железа с 1% калияUi=6,35eB. СнижениеUiстабилизирует дугу, поэтому в свариваемые материалы добавляют летучие металлы.

При сварке переменным током (f=50 Гц), но зажигание при определенномUi, а напряжение сварочного трансформатора ограничено 90 В, поэтому в электроды вводятNaили К и делают короткую дугу и большой сварочный ток, применяют стабилизаторы.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом – самый распространенный способ. Оборудование: источник, держатель электрода, провода, щиток. Электрод d2 – 6 мм, покрытие из порошка со связующей величиной 1,2 мм длина 250 мм. Покрытие, расплавляясь, создает шлак или газ защищающий ванну. В него входят элементы стабилизирующие дугу, раскисляющие металл. Связующие – жидкое стекло.

Простота, маневренность. Низкая производительность.

Неплавящиеся электроды ( варят Alпри постоянном токе).

Аргоно-дуговая сварка, вольфрамовым электродом.

Источник питания:

1. сварочные трансформаторы

2. сварочные выпрямители и генераторы – коллекторные, сварочные преобразователи. От двигателей внутреннего сгорания - сварочный агрегат

КПД сварочного трансформатора 0.9, выпрямителя 0,7, преобразователя 0,45.

Электрошлаковая сварка.

Плавится электрод, но кристаллизация металла не происходит с участием кристаллизатора.

Электропитание подается на электрод и деталь, между ними флюс, расплавившийся флюс образует электропроводный шлак, шунтирующий дугу и электроцепь заполняется через шлак, он разогревается и от его тепла плавится электрод и кромки свариваемого металла. Сваривают толщины 16мм – 2м. Недостаток: большой разогрев зоны термовлияния

Электроннолучевая сварка.

Сварка детали пучком электродов, движется с большой скоростью, при соударении кинетическая энергия переходит в тепловую и расплавляет металл, в вакууме, сварка встык.

Технологические особенности:

1. вакуум улучшает св-ва

2. высокая интенсивность нагрева с быстрым прокаливанием

3. кинжальный проплав, площадь зоны проплавления в 25 раз меньше чем при дуговой, глубина в 10 – 12 раз меньше чем ширина зоны

4. с толщинами от 6 мм до 2м

5. отсутствие деформаций, сварка готовых деталей без последующей механической обработки.

Газовая сварка.

Сварка плавлением, интенсивность нагрева 10² - 10³ В/см². Нагрев медленный зона термовлияния шире. Недостатки: малая производительность, перегрев основного металла. Достоинства: оперативность.

Кислородно-ацитиленовая ()

Оборудование: в жидком состоянии в баллонах. На баллонах снижающие редукторы перед газовой горелкой ставится водный затвор, чтобы пламя не засосало в баллон при перепадах давления. Сварочные горелки инжекционные

Есть микрогорелки для толщин от 0,05 до 0,6 мм

Пламя:

0,81 – науглероживающие

1 – 1,2 – нормальное

1,2 – 1,5 – окислительное

Термитная сварка.

С помощью смесей и оксидов с чистыми металлами, которые могут восстанавливать эти оксиды

Сварка давлением.

Контроль качества сварных соединений:

1. предварительный – качество исходников, приспособление, уровень сварщика.

2. контроль за соблюдением технологий сварки

3. окончательный, контроль качества сварных швов

- разрушающие (испытания со определением мех св-в: разрыв удар)

- неразрушающие

Дефекты внеш и внут. Люминесцентный контроль за трещинами (некоторые масла светятся после ультрофиолета). Внут: рентгеновский контроль, УЗК, магнитный.

Контроль сплошности:

1. керосиновая проба – явление капиллярности

2. испытание сжатым воздухом

3. гидравлические испытания давлением

4. испытание аммиаком