Эвтектические композиционные материалы на алюминиевой основе
Методом направленной кристаллизации получают композиции А1-А^М и А1-СиА12. Композиция отличается высокой стабильностью структуры вплоть до температур плавления.
Эвтектические композиционные материалы на основе никеля – это жаропрочные материалы, используются в ракетной и космической технике. Пластинчатые композиции, содержащие объемную долю упрочняющей фазы более 33–35 %, хрупкие. К пластичным относятся композиции на основе никеля с содержанием объемной доли волокон 3-15 % из карбидов тантала, ниобия, гафния.
Композиционные материалы на неметаллической основе.
В качестве матрицы используют отвержденные эпоксидные, полиэфирные, фенольные смолы.
Композиты, армированные однотипными волокнами, называются по упрочняющему волокну. Композицию, содержащую наполнитель в виде длинных стекловолокон, расположенных ориентированно отдельными прядями, называют ориентированным стекловолокнитом.
Наполнитель неориентированных стекловолокнитов – короткое волокно. Если упрочнителем является стеклоткань, материал называют стеклотекстолитом. Композиционный материал, содержащий углеродное волокно, называют углеволокнитом, борное волокно – бороволокнитом, органическое волокно – органово-локнитом. Достоинства композиционных материалов с полимерной матрицей: высокие удельные прочностные и упругие характеристики; стойкость к воздействию агрессивных сред; хорошие антифрикционные и фрикционные свойства наряду с высокими теплозащитными и амортизационными свойствами.
49. Химический состав, методы получения порошков, свойства и методы их контроля
Порошковые материалы – материалы, получаемые в результате прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и размеров и последующего спекания сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере.
Антифрикционные порошковые сплавы имеют низкий коэффициент трения, легко обрабатываются, имеют хорошую износостойкость.
Сплавы на основе цветных материалов применяют в приборостроении и электронной технике. Порошковые материалы применяют при изготовлении деталей, которые имеют простую симметричную форму, небольшие массу и размер.
Порошковая металлургия – отрасль технологии, которая занимается производством металлических порошков и деталей из них. Из металлического порошка прессуют заготовки, которые подвергают термической обработке – спеканию. Металлические порошки бывают: железные, медные, никелевые, хромовые, кобальтовые, вольфрамовые, молибденовые, титановые. Различают два способа получения порошков: механический и физико-химический.
Наиболее распространенным является способ механического измельчения исходного сырья (стружкою, обрезков). Для измельчения применяются механические мельницы. Механическое измельчение имеет свои недостатки. К ним относят высокую стоимость порошков, которая включает стоимость изготовления исходных литых металлов и сплавов, и относительно низкую производительность процесса.
Физико-химические способы получения порошков: восстановление оксидов, осаждение металлического порошка из водного раствора соли. Получение порошка связано с изменением химического состава сырья. Физико-химические способы получения порошков более универсальны, чем механические. Благодаря использованию дешевого сырья физико-химические способы отличаются экономичностью.
Химический состав порошков определяется содержанием основного металла или компонента и примесей. Физические свойства порошков определяются размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, созданием кристаллической решетки. Технологические свойства характеризуются текучестью, прессуемостью и спекаемостью порошка.
Текучесть – способность порошка заполнять форму. Текучесть имеет большое значение при автоматическом прессовании, где на производительность пресса влияет скорость заполнения формы. Низкая текучесть влияет на неоднородность плотности заготовок.
Прессуемостью называют способность порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и прочность сцепления частиц в результате прессования. На прессуемость порошка влияет пластичность материала частиц, их размер и форма. Она повышается с введением в состав порошка поверхностно-активных веществ.
Конструкционные материалы, которые используются для изготовления заготовок и готовых деталей, получают при помощи методов порошковой металлургии. Композиционные материалы со специальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами широко распространены в промышленности.
Антифрикционные металлокерамические материалы используются для изготовления подшипников скольжения. В антифрикционных материалах твердой составляющей является металлическая основа, а мягкой составляющей – поры, заполняемые маслом или пластмассой.
Фрикционные композиционные материалы – это сложные композиции, в основе которых находятся медь или железо. Графит или свинец способствуют уменьшению износа композиции. Фрикционные материалы используются как биметаллические элементы, состоящие из фрикционного слоя, который спекается под давлением с основой (диском).
Высокопористые материалы используются для изготовления фильтров. Фильтры могут быть изготовлены из порошков коррозионно-стойкой стали, алюминия, титана.
Металлические высокопористые материалы производят при помощи спекания порошков, не применяя предварительное прессование. Для выделения газов в процессе спекания в порошки добавляют специальные вещества.
Металлокерамические твердые сплавы имеют высокую твердость, теплостойкость и износостойкость. Их используют для изготовления режущих и буровых инструментов, а также наносят на поверхность быстроизнашивающихся деталей.
Порошковой металлургией изготовляют алмазно-металлические материалы. В качестве связующего применяют металлические порошки (медные, никелевые).
В современной технологии композиционных материалов широкое применение получили волокнистые материалы. Для их получения используют проволоки из вольфрама, молибдена, бора, графита – в зависимости от требуемых свойств создаваемого материала. Металлургия волокна – отрасль порошковой металлургии, которая специализируется на решении вопросов исследования и создания волокнистых материалов.
Процесс приготовления смеси включает предварительный отжиг, сортировку порошка по размерам частиц (рассев) и смешение.
50. Формование и спекание порошков, области применения
Спекаемость – это прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.
Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах. Заготовки из металлических порошков формообразуют прессованием (холодное, горячее, гидростатическое) и прокаткой. В зависимости от размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно– и двустороннее прессование. Односторонним получают заготовки простой формы и заготовки типа втулок. Путем двустороннего прессования проводят формообразование заготовок сложной формы.
При горячем прессовании технологически совмещаются процессы формообразования и спекания заготовки. В результате горячего прессования получаются материалы, характеризующиеся высокой прочностью, плотностью и однородностью структуры. Для изготовления пресс-форм лучше всего подходит графит.
Гидростатическое прессование применяют для получения металлокерамических заготовок. В качестве рабочей жидкости используют масло, воду, глицерин.
Выдавливанием изготовляют прутки, трубы и профили различного сечения. Профиль изготовляемой детали зависит от формы калиброванного отверстия пресс-формы. В качестве оборудования используют механические и гидравлические прессы.
Прокатка – один из наиболее производительных и перспективных способов, который используется для переработки порошковых материалов. В некоторых случаях процесс прокатки совмещают со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок.
Спекание проводят с целью повышения прочности предварительно полученных заготовок прессованием или прокаткой. В спрессованных заготовках отдельные частицы имеют малую долю контакта, поэтому спекание сопровождается ростом контактов между отдельными частицами порошка. В зависимости от времени и температуры спекания происходит увеличение прочности и плотности в результате активизации процесса образования контактных поверхностей. Если технологические параметры превышаются, это может привести к снижению прочности в результате роста зерен кристаллизации.
К атмосфере спекания предъявляются требования – безокислительные условия нагрева заготовок.
Заготовки после процесса спекания подвергают дополнительной обработке с целью повышения физико-механических свойств, получения окончательных размеров и формы, нанесения декоративных покрытий и защиты поверхности детали от коррозии.