Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Частина 2-4.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
550.91 Кб
Скачать

2.17.1.1. Дисперснозміцнені мкм на основі алюмінію

Представником цього найпоширенішого виду МКМ є матеріали типу САП (спечена алюмінієва пудра). Матрицею служить алюміній, зміцнювальним ком­понентом — частинки оксиду алюмінію А1,О3. Алюмінієва пудра з частинками завбільшки 1 мкм збагачується оксидом алюмінію під час її мелення в кульових млинах, де концентрація кисню менша, ніж в атмосфері. Виготовлення виробів з порошків А1 і А1,О, відбувається шляхом пресування й подальшого спікання.

Матеріали типу САП (САП-1, САП-2, САП-3) містять 6...17 % А1,О3 (таблиця 2.17.1). Зі збільшенням об'ємної концентрації оксиду алюмінію зростають міцність, твердість та жаротривкість і знижується пластичність САП. Навіть під час підвищення температури частинки А1,О3 не проявляють схильності до коагуляції й до розчинення в матриці. Тому при температурах експлуатації 300.„500 °С САП перевищують за жаротривкістю всі деформівні промислові стопи алюмінію.

220

Таблиця 2.17.1

Марки й механічні властивості САП

Матеріал

Об'ємна концентрація А1,О,,

σ0.2

δ

%

МПа Л

%

САП-1 САП-2 САП-3

6...9 9,1...13 13,1...17

200 230 340

300 320 400

8 4

3

САП добре деформуються у гарячому стані, обробляються різанням, легко зварюються. З них виробляють профільні напівфабрикати, листи, фольгу і штамповки. САП успішно застосовуються для деталей з високою питомою міц­ністю й корозійною тривкістю (штоки поршнів, лопатки компресорів, труби теплообмінників).

2.17.1.2. Дисперснозміцнені мкм на основі магнію

Дисперснозміцнені металеві композитні матеріали на основі магнію порів­няно високоміцні (таблиця 2.17.2), легкі, відпірні до рекристалізації й достатньо пластичні = 8...12 %). Зміцнювальним компонентом служить оксид магнію MgO (оптимальна концентрація 1,0 %), а іноді — оксид берилію ВеО. Оксид магнію утворюється під час мелення порошку магнію в контрольованій атмо­сфері. МКМ Mg — MgO не рекомендують застосовувати при температурах понад 400 °С з огляду на істотне зниження їх корозійної тривкості. Щоб її підви­щити, магнієву матрицю легують 2...8 % берилію.

МКМ на основі магнію використовують у авіаційній, ракетній і ядерній техніці переважно для виготовлення корпусних деталей.

Таблиця 2.17.2 Механічні властивості дисперснозміцненого МКМ Mg 1 % MgO

ί,

σ0.2

σ.,

δ

°С

МПа

%

20 400 450 500

250...260 16...18

285...300 50...60 25...30 15...20

8 9 9 10...12

2.17.1.3. Дисперснозміцнені мкм на основі нікелю

Дисперснозміцнені МКМ на основі нікелю і його стопів відзначаються високою жароміцністю й використовуються для роботи при температурах понад 1000 °С. Матрицею служить нікель або стоп нікелю з 20 % хрому (ніхром), а зміцнюваль-

221

ним компонентом — оксиди торію ThO2, гафнію НГО2 або цирконію ZrOr Оксиди гафнію і торію дуже стабільні в нікелевій матриці навіть при високих температу­рах. Недоліком оксиду торію є його підвищена токсичність. 3.-поміж композитних матеріалів з нікелевою матрицею відомі ВДУ-1 (98 % Ni, 2 % ТЮ,) і ВДУ-2 (98 % Ni, 2 % НЮ2), а з нікель-хромовою матрицею — TD-ніхром (78 % Ni, 20 % Сг, 2 % ThO,). Жароміцність матеріалу ВДУ-1, зміцненого оксидом торію, вища від жароміцності ВДУ-2, зміцненого оксидом гафнію (див. таблицю 2.17.3). МКМ TD-ніхром високо міцний в інтервалі температур від кімнатної до 800 °С, проте при підвищених температурах його жароміцність нижча порівняно з ВДУ-1 і ВДУ-2.

Таблиця 2.17.3

Марки й механічні властивості дисперснозміцнених МКМ на основі нікелю

Матеріал

t

СТ0.2

<5

Ψ

°С

МПа

20

400

555

22

72

200

330

450

22,5

400

265

360

22,5

ВДУ-1

600

220

290

22,5

45

800

155

210

15

30

1000

125

150

11,5

22

1200

105

125

8

17

20

425

525

13,5

500

225

280

7

ВДУ-2

800

200

215

4

(листовий)

1000

135

150

7,5

1100

90

105

8,5

1200

70

80

6,5

20

625

925

23

200

525

875

19

400

475

800

17

TD-ніхром

600

375

500

10

(листовий)

800

230

255

4,5

1000

115

130

2.5

1100

83

95

2,5

1200

55

65

2,5

2.17.2. Волоконні МКМ

Для металевої матриці найчастіше використовують алюміній, магній, титан, нікель, кобальт або стопи на їх основі. Армують МКМ високоміцними й високомодульними волокнами з бору, вуглецю, важкотопких оксидів, карбідів, нітридів, а також волокнами зі сталі, берилію, вольфраму. З огляду на істотну

222

відмінність властивостей матриці й волокон МКМ з однонапрямленими волокнами анізотропні й найміцніші вздовж волокон. Волокна за об'ємом займають в МКМ від 10 до 75 %, вони добре сприймають осьові напруження. У зв'язку з цим орієнтація волокон повинна збігатись з напрямком найбільших напружень.

Для виготовлення волоконних МКМ використовують рідкофазові (лиття) й твердофазові (деформування) процеси, порошкові технології тощо.

2.17.2.1. Волоконні МКМ на основі алюмінію

Застосування алюмінію і його стопів марок АМц, АМг2, АМгб, АДЗЗ, Д16, В95 та ін. для матриці пояснюється їх дешевизною, малою густиною, доброю корозійною тривкістю й здатністю багатьох з цих стопів до істотного зміцнення термічною обробкою.

Найпоширенішим серед МКМ є бороалюміній ВКА-1. За міцністю при кімнатній температурі він вдвоє перевищує конструкційні стопи алюмінію, а за жорсткістю — у 3,5 рази. Волокна бору, що займають у матеріалі ВКА-1 об'єм від 40 до 50 %, високоміцні (σ, = 2800...3500 МПа) і жорсткі при густині (2,50...2,65) · 103 кг/м3. їх недолік — підвищена крихкість і висока хімічна ак­тивність. Уже при температурі понад 400 °С волокна бору оксидуються, а при температурі понад 500 °С вони взаємодіють з алюмінієвою матрицею. Для захисту від хімічної взаємодії на борні волокна наносять тонкі покриття з карбіду кремнію чи карбіду або нітриду бору завтовшки 3...5 мкм. Волокна бору, покриті тонким шаром карбіду кремнію, називають борсиком. Густина бороалюмінію становить (2,63...2,65) ■ 10' кг/м3. З нього виготовляють деталі, що застосовуються в авіації.

У МКМ алюміній вуглецеві волокна поєднуються низька густина матриці та арматури з високою міцністю й жорсткістю волокон, внаслідок чого компо­зит характеризується значними питомими міцністю й жорсткістю. Окрім того, вуглецеві волокна добре проводять тепло й електричний струм. Міцність вуг­лецевих волокон становить 1500...3500 МПа і більше при густині (1,6... 1,8) · 103 кг/м3. їх недоліками є висока хімічна активність, крихкість і погана змочуваність розтопами основних конструкційних металів. Під час нагрівання волокон до температури понад 450 °С вони взаємодіють з киснем атмосфери, хоча в нейтральній атмосфері витримують температуру до 2200 °С. Щоб захистити вуглецеві волокна від хімічної взаємодії з киснем й матеріалом матриці, їх покривають боридами титану, нітридами титану й цирконію, карбідом кремнію, карбідом титану, хромом, молібденом і вольфрамом. Водночас нанесені покриття покращують змочуваність волокон матеріалом матриці.

Вуглецеві волокна отримують із синтетичних органічних волокон, терміч­но розкладаючи їх в інертному середовищі.

МКМ алюміній — вуглецеві волокна формують рідкофазовими методами зокрема литтям під тиском. Ці матеріали успішно застосовують в авіаші для виготовлення паливних баків сучасних винищувачів. МКМ алюміній — вуглецеві волокна дешевші й легші, ніж МКМ алюміній — борні волокна.

223

Армування алюмінієвих стопів безперервними волокнами з таких важко-топких матеріалів як бор, карбіди кремнію, оксиди алюмінію істотно підвищує жароміцність МКМ.

Із МКМ алюмінієвий стоп волокна SiC виготовляють труби, фасонні деталі, танкові траки, поршні для двигуна автомобіля тощо.

МКМ алюмінієва матриця металевий дріт відзначаються підвищеними міцністю, модулем пружності та втомною міцністю. Металевий дріт використо­вують у вигляді волокон і сітки. Звичайно застосовують дріт 0 20...1500 мкм, з високовуглецевих або легованих сталей з границею міцності стм = 1800...3150 МГТа. Границя міцності дроту з вуглецевих сталей зберігається до температур 350...450 °С. Сталевий дріт належить до найдешевших зміцнювачів.

Перспективним зміцнювальним компонентом є берилієвий дріт з високими питомими міцністю й жорсткістю. Границя міцності берилієвого дроту 0 50 мкм становить ои= 1450 МПа, а густина — 1,8 • 103 кг/м3.

Зі стопів алюмінію, армованих сталевим і берилієвим дротом, виготовля­ють деталі корпусів ракет й паливні баки літальних апаратів.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]