- •Технология конструкционных материалов
- •Введение.
- •1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам
- •1.1.Механические свойства
- •1.1.2. Методы механического испытания.
- •1.2. Физико-химические свойства.
- •1.3. Технологические свойства.
- •1.5. Эксплуатационные свойства.
- •2. Металлы.
- •2.3. Полиморфные превращения в железе
- •2.4. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •2.4.1. Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом.
- •2.4.2. Диаграмма железо-цементит.
- •2.4.3. Превращения в чугунах.
- •3. Железоуглеродистые сплавы
- •3.1. Основные сведения о производстве чугуна.
- •3.1.2.Устройцство доменной печи
- •3.1.3. Доменный процесс
- •3.2. Чугуны
- •3.2.1. Классификация чугунов
- •Конструкционные стали общего назначения.
- •Термическая обработка
- •2.3. Химико-термическая обработка
- •Цветные металлы и их сплавы
- •Алюминий и его сплавы
- •Медь и её сплавы
- •Титан и его сплавы.
- •Неметаллические и композиционные материалы Пластические массы
- •Термопластичные пластмассы.
- •Термореактивные пластмассы
- •Композиционные материалы Общие представления о композиционных материалах
- •Область применения км
- •Лакокрасочные и склеивающие материалы Лакокрасочные материалы
- •Склеивающие материалы
- •Основы литейного производства Основные понятия о литейном производстве
- •Литейные свойства сплавов
- •Особенности изготовления отливок из различных сплавов
- •Обработка давлением
- •Сварка, резка и пайка Сущность, назначение, область применения и виды сварки
- •Основные виды сварки плавлением
- •Основные виды сварки давлением
- •Термическая резка и пайка металлов
- •Обработка резанием
- •Электрофизические и электрохимические способы обработки
- •5. Выбор материала
Композиционные материалы Общие представления о композиционных материалах
К новым конструкционным материалам, которые по прочности, жёсткости и другим физико-механическим свойствам значительно превосходят известные конструкционные материалы, относятся так называемые композиционные материалы (КМ). Они представляют собой искусственно созданные материалы, состоящие из двух и более разнородных и нерастворимых друг в друге компонентов, соединённых между собой физико-химическими связями, и обладающими характеристиками, превосходящими средние показатели составляющих его компонентов [3].
В общем случае в КМ чётко выражено различие в свойствах компонентов. Основой КМ является сравнительно пластичный материал, называемый матрицей. В матрице равномерно распределены более твёрдые и прочные вещества, называемые наполнителями или арматурой.
Принципиальное значение замены металлов на КМ в том, что вместо ограниченного числа материалов с постоянными и практически равными во всех направлениях свойствами появляется возможность применять большое число новых материалов со свойствами, отличающимися в различных направлениях в зависимости от направления ориентации наполнителя в матрице (анизотропные свойства КМ). Это различие свойств КМ является регулируемым.
У конструктора появляется возможность направленно создавать КМ под конкретную конструкцию в соответствии с действующими нагрузками и особенностями её эксплуатации. Поэтому правильно спроектированная и хорошо изготовленная конструкция из КМ может быть более совершенной, чем выполненная из металла.
Само создание изделий из КМ является примером единства конструкции и технологии, поскольку материал, спроектированный конструктором, создаётся одновременно с изделием при его изготовлении, и свойства КМ в значительной степени зависят от параметров технологического процесса.
Вместе с тем специфика КМ, в частности их низкая прочность и жёсткость при сдвиге, требует внимательного отношения к конструктивно-технологической обработке конструкции: расчёту сложных многослойных систем, сохранению в изделии высоких прочностных свойств армирующих волокон, получению стабильных характеристик КМ.
Композиционные материалы получают общее название по типу материала матрицы. КМ с полимерной матрицей называют полимерными (ПКМ), с металлической – металлическими (МКМ), с керамической – керамическими (ККМ). с углеродной – углерод-углеродными (УУКМ).
В качестве матрицы в ПМК используют эпоксидные, кремнийорганические, полиэфирные и другие смолы; в МКМ – алюминий, магний, титан, никель, жаропрочные стали и другие металлы.
Матрица в КМ выполняет функцию среды, в которой распределён наполнитель. Податливая матрица, заполняющая межволоконное пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жёсткости и взаимодействия, существующего на границе раздела матрица – волокно.
Наполнитель в КМ воспринимает основные напряжения, возникающие при действии внешних нагрузок, придавая конструкции прочность и жёсткость в направлении ориентации волокон. Арматура в КМ может быть любой природы и иметь любую форму поверхности: непрерывные и дискретные волокна, чешуйки, микросферы, порошки и т.д.
При изготовлении композиционных материалов большое значение имеет адгезия (сцепление) матрицы с наполнителем. Величина адгезии может быть повышена путём очистки поверхности наполнителя. При плохой адгезии матрицы с наполнителем в материале появляются микропоры, которые значительно снижают прочность материала.
В современной технике наиболее широко применяют непрерывные высокопрочные волокна, которые обеспечивают наиболее высокие механические характеристики получаемого КМ. Чаще всего используют стеклянные, органические, углеродные, борные и различные металлические волокна.
Работоспособность КМ обеспечивается как правильным выбором и сочетанием матрицы и наполнителя, так и рациональной технологией их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между ними.