УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры

естественнонаучных и

специальных дисциплин

подполковник внутренней службы

Г.А. Михайлова

«_____» ______________ 2015 г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

проведения лекционного занятия

по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

для курсантов 2 курса по специальности 280705.65 –

«Пожарная безопасность»

ТЕМА № 13

«ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ДЕТАЛЕЙ ИЗ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Обсуждена на заседании ПМК

протокол №__ от «___»________2015 г.

Владивосток

2015 г.

I. Учебные цели

1. Изучить теоретические и физико-технологические основы получения неметаллических и композиционных материалов, выявить сущность этапов обработки изделий.

2. Получить представления об основных способах обработки заготовок из пластмасс, выявить особенности обработки термопластичных и термореактивных полимеров.

3. Рассмотреть особенности изготовления резиновых деталей и полуфабрикатов.

4. Изучить особенности напыления материалов, и их сущность.

II. Воспитательные цели

1. Воспитывать у курсантов стремление к совершенствованию своих знаний и профессиональных навыков, обучить методам самостоятельной работы с учебными материалами.

2. Вырабатывать у курсантов чувство ответственности за личную профессиональную подготовку.

III. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия

Время, мин

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы 1. Физико-технологические основы получения композиционных материалов. Изготовление изделий из металлических композиционных материалов. 2. Особенности получения деталей из композиционных порошковых материалов. Изготовление полуфабрикатов и изделий из эвтектических композиционных материалов. 3.Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов. Изготовление резиновых деталей и полуфабрикатов. 4.Напыление деталей ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

10 75 15 15 30 15 5

IV. Литература

Основная:

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов : учебное пособие для вузов. /Под ред. Чередниченко В. С. - 4-е изд., стер. - М. : Омега-Л, 2008. - 752 с.

2. Материаловедение и технология металлов . /Под ред. Фетисова Г.П. Учебник. - М. : Высш. шк., 2001. - 637 с.

3. Материаловедение и технология материалов /Под ред. Артамонова В. С.; - СПб. : СПбУ ГПС МЧС России, 2011. – 236 с.

Дополнительная:

1. Технология металлов и материаловедение. Под редакцией Усовой Л.Ф. – М: Металлургия 1987 –800с.

2. Материаловедение и технология материалов. Под ред. Солнцева Ю.П. – М.: Металлургия, 1988. – 512с.

3. Жадан В.Т., Полухин П.И., Нестеров А.Ф. и др. Материаловедение и технология материалов. – М.: Металлургия, 1994. – 622с.

V. Учебно-материальное обеспечение

1. Мультимедийный проектор, информационные слайды.

V. Текст лекции

1. Физико-технологические основы получения композиционных материалов. Изготовление изделий из металлических композиционных материалов.

Композиционные материалы обладают комплексом свойств, отличающихся от традиционных конструкционных материалов, что и предопределило их успешное применение для совершенствования современных и разработки принципиально новых конструкций. Напомним, что композиционными называют материалы, состоящие из двух компонентов и более, объединенных различными способами в монолит и сохраняющими при этом индивидуальные особенности.

Для композиционных материалов характерна следующая совокупность признаков:

состав, форма и распределение компонентов материала определены заранее;

материалы состоят из двух компонентов и более различного химического состава, разделенных в материале границей;

свойства материала определяются каждым из его компонентов, содержание которых в материале достаточно большое;

материал обладает свойствами, отличными от свойств компонентов, взятых в отдельности;

материал однороден в макромасштабе и неоднороден в микромасштабе;

материал не встречается в природе, а является созданием человека.

Выбор метода получения композиций из различных сочетаний металлической матрицы и армирующего наполнителя определяется следующими факторами:

размерами, профилем и природой исходных материалов матрицы и наполнителя;

возможностью создания прочной связи на границе раздела матрица - упрочнитель;

получением равномерного распределения упрочнителя в матрице;

возможностью совмещения процессов получения композиционного материала и изготовления из него деталей;

экономичностью процесса.

Композиции, армированные дисперсными частицами, чаще всего получают методами порошковой металлургии. Существуют и другие методы. Например, введение частиц армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава.

При производстве композиционных материалов с металлической матрицей, армированных волокнами, наибольшее распространение получили твердофазные, жидкофазные, парофазные, химические и электрохимические процессы.

Твердофазный метод совмещения элементов композиции предполагает использование материала матрицы в виде листов, фольги, проволоки или порошка. Композиционный материал получают одним из следующих приемов: диффузионной сваркой под давлением; сваркой взрывом; деформационной обработкой под давлением; прессованием с последующим спеканием (порошковой металлургией).

Например, при армировании непрерывными волокнами композиций типа “сэндвич”, состоящих из чередующихся слоев алюминиевой фольги и волокон применяют прокатку, горячее прессование, сварку взрывом, диффузионную сварку. При применении бериллиевой арматуры изделия получают диффузионной сваркой пакетов из чередующихся слоев бериллиевой проволоки и матричных слоев алюминия. Если в качестве армирующего материала используются волокна бора с алюминием, для изготовления изделия используется метод непрерывного литья или протягивание волокон через расплав, а также плазменное напыление, горячее прессование, волочение и прокатку.

Жидкофазные процессы заключаются в пропитке упрочняющих волокон или нитевидных кристаллов расплавом материала матрицы. Так пропитывают медь свинцом, карбид титана сталью и т.д. Пропитку выполняют погружением пористого каркаса в расплав или кладут на пористый каркас кусочек легкоплавкого сплава и расплавляют его в защитной среде.

Композиции алюминий – углерод получают пропиткой углеродных волокон жидким металлом или методами порошковой металлургии. Наиболее просто данный процесс осуществим путем протягивания прутков углеродных волокон через расплав алюминия.

Условия пропитки волокон расплавом могут проходить при нормальном давлении, в условиях вакуума, под давлением.

К жидкофазному процессу следует отнести метод получения композиции направленной кристаллизацией из расплавов эвтектического состава. Для получения качественного композиционного материала пропиткой необходима хорошая смачиваемость упрочняющих волокон расплавом матрицы. Возможности метода ограничиваются высокой реакционной способностью материалов волокон в контакте с металлическими расплавами.

Газопарофазными способами наносят на армирующие волокна барьерные или технологические покрытия, обеспечивающие их защиту от разрушения при взаимодействии его с материалом матрицы. Покрытия получают в результате либо разложения летучих карбонильных соединений металлов, либо испарением металлов и сплавов при термическом воздействии электронным лучом, ионными пучками. Низкая производительность методов не позволяет использовать их для прямого компактирования композиционных материалов.

Для этих целей используют метод газотермического плазменного напыления, обеспечивающий получение полуфабрикатов композиционных материалов. Плазменным напылением наносят покрытия из матричного материала на армирующие волокна без существенного увеличения температуры. Прочность связи плазменных покрытий значительно ниже, чем покрытий, получаемых металлизацией, испарением и конденсацией в вакууме.

Электролитические методы позволяют получать композиционные материалы в результате осаждения матричного материала на нитевидные кристаллы и волокна, которые непрерывно находятся в контакте с катодом. Процесс протекает при низкой температуре и в отсутствии давления, что практически полностью исключает разрушение волокон и вредное влияние температурного фактора. Покрытие получается плотным, беспористым в том случае, если оно равномерно покрывает поверхность волокон и пространство между ними. Пористость наблюдается при использовании волокон бора или металлических волокон диаметром более 100 мкм.

Химические методы позволяют осаждать металлические покрытия на непроводящие ток упрочнители в виде нитевидных кристаллов (сапфир), а также на углеродные волокна (ленты, пряди). Металлическая пленка точно воспроизводит профиль волокна, и ее толщина легко контролируется параметрами технологического процесса. Сущность химического метода осаждения покрытий заключается в восстановлении ионов металлов на поверхности покрываемого вещества.

Наиболее широко используют метод осаждения при упрочнении никеля, реже меди, хрома, кобальта. Толщина покрытий составляет до 30 мкм и более.

Детали из композиционного материала целесообразно изготавливать непосредственно в процессе производства композиции. Изготавливать детали и элементы конструкций из полуфабрикатов композиционных материалов в виде прутков, листов, труб, лент и т.п. затруднительно и в этом случае не реализуются до конца преимущества композиционных материалов по сравнению с обычными.