- •Сибирский государственный
- •Предисловие
- •Введение
- •Советы студентам
- •Правила техники безопасности при работе в термической и металлографической лабораториях.
- •Лабораторная работа № I макроскопический метод исследования металлов и сплавов
- •Теоретические сведения Характеристика макроанализа и области его применения
- •Макроанализ изломов
- •Макроанализ шлифов
- •Выявление ликвации серы
- •Выявление ликвации фосфора
- •Выявление макроструктуры
- •Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 микроскопический анализ машиностроительных материалов
- •Теоретические сведения Принцип действия светового микроскопа
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №3 механические свойства сплавов
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №4 построение диаграммы состояния сплавов «олово - цинк» термическим методом
- •Теоретические сведения Назначение и сущность термического анализа
- •Экспериментальная часть работы
- •Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»
- •Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк»
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 изучение диаграмм состояния двойных систем
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Приложение I
- •Лабораторная работа № 6 изучение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом
- •Теоретические сведения Основные свойства железа
- •Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»
- •Основные фазы, области, линии и точки диаграммы
- •Построение кривых охлаждения сплавов заданной концентрации с использованием диаграммы состояния
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Изучение микроструктуры легированных сталей в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №9 термическая обработка углеродистых сталей
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа № 10 изучение микроструктур сплавов на основе алюминия
- •Теоретические сведения
- •Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №11 изучение микроструктуры сплавов на основе меди
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 изучение микроструктуры сплавов на основе титана
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Структура композитов с полимерной матрицей
- •Композиты с металлической матрицей
- •Определение объемной доли волокон в композите методом количественной металлографии
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 изучение структуры металла после пластической деформации и рекристаллизации
- •Теоретические сведения Влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов и сплавов
- •Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные задания
- •Контрольные вопросы
Структура композитов с полимерной матрицей
Композиты этого класса состоят из высокопрочных и высокомодульных волокон - непрерывных или дискретных, органического или неорганического состава, связанных между собой полимерным связующим на основе термореактивных или термопластичных смол. Их называют пластиками с добавлением к названию материала названия армирующих волокон.
Стеклопластики - это полимеры, наполненные стеклянными волокнами. Стеклянные волокна могут быть тонкими (диаметром 3-10 мкм), средними (30-50 мкм) и толстыми (150-200 мкм). В композите они могут содержаться в виде отдельных толстых волокон, жгутов, нитей, сеток, тканей, лент, войлоков или матов. Изучая макроструктуру изделия из стеклопластика, можно установить вид армирующего наполнителя, а исследуя структуру под микроскопом, определить форму и размеры элементарного волокна. Форма его может быть сплошной или полой, цилиндрической, треугольной, квадратной, прямоугольной, шестигранной, ленточной и т.д.
Материал матрицы визуально может быть определен только опытным специалистом, а более точно - химическим анализом и физическими методами исследований. Чаще всего в производстве стеклопластиков используются термореактивные связующие (полиэфирные, эпоксидные, фенольные, полиимидные и др.), но часто применяются и термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиамиды, фторопласты и др.).
Стеклопластики обладают высокими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, высокой прочностью при растяжении и изгибе, средней жесткостью, радио прозрачностью, устойчивостью к знакопеременным нагрузкам, хорошими теплозащитными свойствами.
Углепластики - это полимеры, наполненные углеродными волокнами. Углеродные волокна имеют малый диаметр (6-12 мкм), круглое или бобовидное сечение и могут находиться в композите в виде нитей, жгутов, лент, тканей, войлока, трикотажных изделий и др. Углеродные волокна, благодаря их низкой плотности (1900 кг/м3), обладают очень высокими удельными характеристиками прочности и жесткости, по показателям теплопроводности и электропроводности приближаются к металлам, обладают исключительно высокой теплостойкостью и химической стойкостью к большинству агрессивных сред.
Углеродные волокна обладают очень низким коэффициентом термического расширения, что позволяет изготавливать из угле-пластиков конструкции высокой размерной стабильности.
Существенным недостатком углеродных волокон является их низкая поверхностная энергия, отчего они плохо смачиваются полимерными связующими. Это проявляется, как следствие, в более низкой сдвиговой прочности композита. В качестве матриц для углепластиков применяют термореактивные и термопластичные связующие (как и для стеклопластиков).
Органопластики - это композиты, состоящие из полимерных волокон и полимерных матриц. Полимерные волокна могут быть природными (хлопок, вискоза) или синтетическими (капрон, лавсан, нитрон и др.), а матрицы - термореактивными, способными к холодному отверждению или при температурах, не приводящих к разупрочнению волокон. Из них наибольшее значение для изделий авиационной и космической техники имеют органопластики на основе волокон из ароматических полиамидов (кевлар-49, СВМ) и эпоксидных связующих. Армирующие волокна имеют диаметр 10 - 12 мкм и характеризуются самыми высокими среди органических волокон значениями прочности и модуля упругости при плотности, не превышающей 1450 кг/м.3Они не столь хрупки, как стеклянные или углеродные волокна, химически устойчивы к органическим растворителям и нефтепродуктам, обладают высоким электрическим сопротивлением, теплоизоляционными свойствами. В структуре органопластика арамидные волокна'могут содержаться в виде нитей, жгутов, тканей, трикотажа, матов и др.
Боропластики - это полимеры, наполненные борными волокнами. Борные волокна отличаются от выше рассмотренных большим диаметром (100-200мкм), большой изгибной жесткостью и прочностью, неравномерным составом по сечению. Сердцевина волокна диаметром 12 - 14 мкм состоит из вольфрама или углерода, далее следует переходный слой из интерметаллидов и затем тело волокна, состоящее из бора. Борные волокна обладают повышенной тепло-и электропроводностью.
В качестве связующих в производстве боропластиков используют преимущественно термореактивные смолы: эпоксидные, полиэфирные, фенолформадегидные и др. Боропластики применяют в конструкциях, испытывающих большие напряжения сжатия или изгиба при нормальной или повышенной температуре. Боропластики отличаются большой дороговизной, поэтому рациональнее борные волокна использовать в составе полиармированных (гибридных) композиционных материалов. Такие композиты могут содержать волокна самых различных сочетаний и количественных соотношений, приобретая все лучшие качества каждого из них. Кроме рассмотренных выше, рименяются полимерные композиты, наполненные металлическими проволоками, керамическими волокнами.