43. Сплавы на основе титана. Характеристики деформируемых и литейных сплавов. Обозначение марок. Область применения.
Титан и его сплавы.
Титан обладает низкой плотностью, высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Охрупчивается водородом, чувствителен к содержанию примесей, из - за которых резко теряет пластические свойства. Преимущественное применение титан получил в авиа- и ракетостроении, морском судостроении. Технический титан технологичный металл. Из него изготавливают различные полуфабрикаты. Он хорошо деформируется и сваривается. бв = 600 ... 700 МПа. Марки ВТ1-0, ВТ1-00. Обладает полиморфным превращением. α⇔β. При закалке титановых сплавов образуется мартенситная структура игольчатого строения. Легирующие элементы Al, O, N, C в титановом сплаве расширяют α- область (α- стабилизаторы), а V, Cr, Fe, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Sn - β - область (β - стабилизаторы). Титановые сплавы разделяют на α, β, α+β сплавы. α - сплавы сравнительно мало пластичны и неохрупчиваются при ТО. β – сплавы наиболее пластичны, но наименее прочны, не испытывают полиморфных превращений, α+β сплавы - более прочные, чем однофазные, хорошо деформируются, обрабатываются ТО (закалка и старение, азотирование) и слабо охрупчиваются. Механические свойства промышленных титановых сплавов приведены в таблице. Механические свойства промышленных титановых сплавов и содержание легирующих элементов в них. Таблица.
46. Композиционные материалы. Общие характеристики виды и область применения.
Композиционные материалы (КМ).
Композиционные материалы или композиты (Composite, англ. сложный составленный из чего либо) являются искусственно созданные человеком матричные материалы, состоящие из двух или более компонентов, один из которых является матрицей, другой арматурой, гетерофазные по строению, однородные в макромасштабе, обладающие аддитивным комплексом физико механических свойств, обусловленным сохранением индивидуальности каждого образующего композит компонента. Порошковые материалы это преимущественно металлические материалы, получаемые методами приготовления порошка, формообразования и последующего спекания с целью придания требуемых физико механических свойств. Существуют также комбинированные конструкции. Здесь армирующие элементы в составе изделия неоднородны в макромасштабе. Примером являются автомобильные шины снабженные специальным кордом. Разработка изделий из КМ и ПМ связана не только с формообразованием и тепловой обработкой, но и с формированием его структуры и физико механических характеристик, выполняемым на стадии проектирования КМ. Создание деталей из КМ наглядный пример воплощения триединства материала, конструкции и технологии, поскольку в процессах проектирования и изготовления предусматривается и обеспечение основных свойств материала изделия. Компонентами композитов являются специальные полуфабрикаты листы, порошки, гранулы, фольги, волокна, жгуты, сетки, ткани. В качестве матриц обычно используют первые три, остальные применяют как армирующию фазу. Волокна среди многих упрочняющих компонентов обладают уникальными свойствами. Наибольшей прочностью обладают НК нитевидные кристаллы. Они имеют минимум дефектов, в том числе и кристаллического строения. Волокна имеют геометрические размеры, приближающиеся атомным и субатомным категориям, благодаря громадным лапласовым давлениям возникают градиенты напряжений анигилирующие метастабильные дислокации и вакансии, поэтому волокна являются бездефектными поли и кристаллическими телами, обладают высокими прочностными свойствами. Например, прочность волокон диаметром 10 мкм из стали 12Х18Н9Т составляет 2200 МПа, а прочность термообработанной отливки не превышает 1200 МПа. Такие особенности материалов используют при армировании. Свойства компонентов в композитах здесь складываются аддитивно. Общий случай прочностных характеристик иллюстрирует формула:
бв(км) = бв(волокон) *Vf(доля волокон) + бв(матрицы) * (1 - Vf)
Аналогично складываются свойства плотность, твердость. Порошковые и композиционные материалы имеют много общего, наибольшее сходство признаков наблюдается в стадиях технологического процесса изготовления материалов. Стадиями изготовления КМ и ПМ являются: производство исходных компонентов; приготовление смесей по заданной рецептуре; формование изделий; тепловая обработка формовок для придания требуемых физикомеханических свойств. 96
Для композиционных материалов на основе пластмасс и порошковых беспористых материалов свойственно объединение во времени двух последних стадий. Производство исходных компонентов включат в себя технологии получения волокон, порошков, фольг, сеток и тканей. Приготовление смесей осуществляют методами механического, физико химического и ряда других способов для получения однородной по свойствам и составу смеси. Формование осуществляют мембранными методами для ПКМ, методами прессования, прокатки, экструзии, и горячих способов для металлических порошковых и композиционных материалов, а т.ж. методами намотки непрерывных волокон, напыления на волокна матричного материала и рядом других.