Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

ческие волокна на основе А1203, SiC и др.; стекловолокно; органические волокна (полиэтиленовые, полиэфирные, полиамидные и др.).
...
Сравнительные свойства волокон, используемых в настоящее время в России и зарубежом, приведены в табл. 3.2. Как видно, волокна имеют очень высокий уровень свойств. Именно это позволяет реализовать идею создания волокнисто-армированных микро- и макроструктур, как структур материалов, в которых волокна, имеющие более высокий модуль упругости и предел прочности, чем матрица, воспринимают основную долю нагрузки.
...
Содержание волокон в матрице может меняться в широких пределах. Теоретически максимальное содержание волокон может достигать 91 % объема. Однако в реальных условиях уже при объемной доле волокон 80 % возникают проблемы на границе раздела волокно—матрица, что приводит к ухудшению свойств волокнистого композита.
...
Естественно, что выбор природы волокна определяется назначением композита и материалом матрицы, прежде всего физико-химической природой взаимодействия на границе раздела матрица—волокно. Однако при прочих равных условиях комплекс свойств волокнистого композита определяется геометрической схемой армирования (рис. 3.2). Схемы хаотичного армирования короткими волокнами, одномерно армированные короткими и длинными волокнами, могут быть использованы для любой матрицы, в то время как остальные — в основном только для полимерной матрицы. Следует также отметить, что схемы двумерного и пространственного армирования легче всего реализуются при изготовлении деталей и узлов из полимерных материалов.
...
3. Слоистые композиционные материалы. Этот класс композитов характеризуется тем, что фазы или компоненты расположены послойно (см. рис. 3.1, в).
...
взаимодействия компонентов на границе раздела связь между слоями должна быть достаточна для исключения необратимого перемещения одного слоя относительно другого при воздействии механической нагрузки и температуры.
...
Методы получения композиционных материалов. Классификация композиционных материалов по методам получения является в определенной степени условной и временной, отражающей сегодняшний уровень технологических достижений. В справочнике под реакцией В. В. Васильева и Ю. М. Тарнапольского предложена классификация для металлических композиционных материалов, которая может быть распространена и на другие виды композитов. Можно выделить следующие процессы получения и обработки композитов:
...
— твердофазные, связанные прежде всего с порошковой технологией диффузионным сращиванием и другими термомеханическими технологиями;
...
Области применения. Обычно композиционные материалы стараются не классифицировать по применению, так как любая классификация носит достаточно условный и подчас конъюнктурный характер, поскольку композиционные материалы обычно многоцелевые. Тем не менее в первом приближении все композиционные материалы можно разделить на конструкционные и функциональные. Последние представляют большую группу материалов с особыми физическими свойствами и в настоящей главе рассматриваться не будут. Основное внимание будет уделено конструкционным композиционным материалам — материалам, из которых изготавливаются конструкции и детали машин, работающих в условиях механических нагрузок.
...
Помимо необходимости воспринимать механические нагрузки, композиционный материал должен выполнять и дополнительные функции. Поэтому конструкционные композиционные материалы в некоторой степени являются и функциональными и в зависимости от назначения помимо комплекса механических свойств должны обладать еще и комплексом специальных свойств, например, жаропрочностью и жаростойкостью, коррозионностойкостью, износостойкостью и т. д. Соответственно и конструкционные композиционные материалы должны разделяться на подклассы различного назначения или, что наиболее желательно, один и тот же композит должен обеспечивать необходимый комплекс механических и специальных свойств.
...
КМ с металлической матрицей впервые начали применяться в авиакосмической технике, где была приемлема высокая стоимость их производства. В настоящее время совершенствование технологии их производства сделало возможным применение КМ с металлической матрицей в автомобильной промышленности, судостроении и других отраслях техники, где требуется сочетание высокой прочности, жесткости, а также высокое сопротивление износу, воздействию высокой температуры и агрессивных сред. Упрочнение КМ с металлической матрицей осушеств-
...
ляется частицами различных форм и размеров, непрерывными и прерывистыми волокнами. КМ с упрочняющими частицами отличаются от К.М упрочненных волокнами, изотропностью свойств, более низкой стоимостью производства и возможностью последующей обработки.
...
КМ с алюминиевой матрицей. Перспективы эффективного использования КМ с алюминиевой матрицей обусловлены достаточно высокими удельными прочностными характеристиками материала матрицы, например, применение волокнистых КМ с алюминиевой матрицей позволяет получить значительное преимущество в удельной жесткости и снизить массу конструкции на 30...40 %. К числу достоинств данных материалов следует относить и достаточно низкие технологические температурные параметры: до 600 °С при получении КМ твердофазными методами и до 800 °С — жидкофазными. Алюминиевая матрица отличается высокими технологическими свойствами, обеспечивает достижение широкого спектра механических и эксплуатационных свойств. При дискретном армировании КМ с алюминиевой матрицей используют частицы из высокопрочных, высокомодульных тугоплавких веществ с высокой энергией межатомной связи - графита, бора, тугоплавких металлов, карбидов, нитридов, боридов, оксидов, а также нитевидные кристаллы и короткие волокна. Существуют различные способы совмещения алюминиевых матриц с дисперсной упрочняющей фазой: твердофазное или жидкофазное компактирование порошковых смесей, в том числе приготовленных механическим легированием; литейные технологии пропитки пористых каркасов из порошков или коротких волокон, или механического замешивания дисперсных наполнителей в металлические расплавы; газотермическое напыление композиционных смесей.
...
КМ с алюминиевой матрицей, армированные дисперсными частицами, обладают сравнительно невысокими прочностными свойствами, но их отличают повышенные значения модуля упругости и предела текучести, а также износостойкости. Армирующие частицы микронных размеров, введенные в алюминиевую матрицу, повышают износостойкость сплавов, увеличивают гетерогенность. Модуль упругости при армировании частицами возрастает медленнее, чем при армировании нитевидными кристаллами, однако остаточное удлинение при армировании частицами падает в значительно меньшей степени.
...
Эффект упрочнения данных КМ обусловлен обходом частиц дислокациями и соответствующим затруднением деформации композиционного материала. Степень упрочнения обратно пропорциональна среднему расстоянию между частицами и их размеру. Свойства КМ, упрочнен-
...
ных частицами, зависят от равномерности распределения частиц в матрице. Методы количественной оценки равномерности распределения частиц в матрице базируются, в основном, на обработке металлографических изображений структуры КМ [6].
...
Изотропный дисперсионноупрочненный КМ марки ДКА-1К на основе алюминиевого сплава системы Al-Mg, армированный дисперсными тугоплавкими частицами карбида кремния, при 20%-ном объемном содержании дисперсной компоненты имеет удельную прочность и жесткость в 1,5 раза выше, чем у алюминиевых сплавов, применяемых в судостроении, и обладает исключительно высокой для материалов этого класса жаростойкостью, т. е. способен определенное время (до 30 мин) работать при температурах вплоть до 900 °С без изменения формы. Это имеет большое значение для обеспечения пожаробезопасности судов с динамическими принципами поддержания [7].
...
Объединение высокопластичной алюминиевой матрицы и высокопрочных нитевидных кристаллов и частиц позволяет получать антифрикционные материалы с гетерофазной структурой [6]. В табл. 3.3 дана характеристика влияния армирования частицами на сопротивление износу алюмоматричных КМ.
...
КМ с алюминиевой матрицей применяются для изготовления некоторых деталей транспортных средств. За рубежом они впервые были использованы для производства дизельных двигателей фирмой «Toyota» в 1982 г. [8]. К основным преимуществам их использования относятся в основном уменьшение массы детали, снижение износа, увеличение срока службы.
...
Волокнистые композиционные материалы (ВКМ) с алюминиевой матрицей отличаются высокими упруго-прочностными свойствами. Для армирования алюминиевой матрицы используют борные, углеродные,
...
карбидокремниевые и оксидные (А1203) волокна. При выборе материала для армирования алюминиевой матрицы следует отметить тот факт, что благодаря высокой пластичности матрицы допускается значительная разница в коэффициентах линейного термического расширения матрицы и волокон. Основными операциями технологии производства ВКМ с алюминиевой матрицей являются получение ВКМ методом плазменного напыления матричного сплава на слой армирующих волокон и компактирование собранного из них пакета в изостатических условиях. При такой технологической схеме удается полностью устранить разори-ентацию волокон отдельных монослоев и без затруднений набрать исходный пакет для формирования листов толщиной, изменяющейся в достаточно широком диапазоне. Кроме того, к достоинствам данной схемы относится возможность получения длинномерных заготовок, а также использование различных видов волокон при единой схеме технологического процесса.
...
Термообработка волокнистых КМ с алюминиевой матрицей приводит к уменьшению прочности и повышению модуля упругости, кроме того, прочность растет с понижением температуры нагрева заготовки. Преимущественным механизмом разрушения является сдвиговое разрушение вдоль волокна, что свидетельствует о малой прочности границы раздела матрица—волокно. Волокнистые КМ с алюминиевой матрицей отличает высокая демпфирующая способность, что обеспечивает надежность и долговечность при работе в условиях сильных вибраций.
...
Наибольшее распространение среди КМ благодаря лучшему комплексу технологических, коррозионных характеристик и достаточно высоким механическим свойствам получил класс конструкционных материалов, называемых боралюминием. Примером могут служить такие композиции как Д20-АД1-В, АД1-АМг6-В и др. Типичными представителями бора-люминиев являются материалы марки ВКА-1, ВКА-1Б. Конструкционные волокнистые композиционные материалы на основе свариваемого коррозионностойкого алюминиевого сплава марки 1561, армированного высокопрочными высокомодульными непрерывными волокнами бора (материал марки ВКА-1 Б) и тонкой стальной проволокой ВНС-9 (материал марки КАС-1), разработаны целенаправленно для использования их в качестве усиливающих элементов (в направлении действия главных напряжений) в высоконагруженных корпусных конструкциях из алюминиевого сплава судов [7]. Данные КМ относятся к разряду анизотропных, максимальные прочность и жесткость реализуются в направлении армирования в соответствии с законом аддитивности [7]. Ниже приве-
...
дены типичные физико-механические свойства КМ марок ВКА-1Б и КАС-1 в направлении армирования при объемном содержании армирующих волокон 40...45 %.
...
нием диаметром до 600 мм, профили различного сечения, детали сложной формы) с использованием плазменного (в том числе двустороннего) напыления матричного материала, газостатического прессования, ва-куумно-компрессионной пропитки расплавом, механического легирования и порошковой металлургии [7].
...
Анализ напряженного состояния конструкции планера экраноплана показывает, что КМ с однонаправленной структурой могут быть использованы наиболее эффективно в качестве продольных силовых связей или как локальное усиление штатных элементов корпусных конструкций, работающих на сжатие: пояса лонжеронов, ребер жесткости и обшивки верхних растяжек носового крыла и стабилизатора, продольного набора обшивки и поясов шпангоутов днища и средней части корпуса, киля и т. п. Наиболее эффективным материалом для усиления корпусной конструкции из алюминиевых сплавов следует считать высокопрочный высокомодульный металлокомпозит марки ВКА-1 Б [7].
...
Использование КМ на основе алюминиевых и магниевых сплавов с волокнами В, SiC, обладающих высоким уровнем прочности (1200...1400 МПа) и модулем упругости (230000 МПа), перспективно для изготовления рабочих и статорных лопаток вентилятора, работающих при 350...400 °С. По удельной прочности и жесткости материал превосходит эти сплавы в 2—3 раза.
...
КМ с магниевой матрицей. КМ с магниевой матрицей отличаются малой плотностью. В качестве матричных сплавов применяют сплавы МА2-1, МА5, МА8 и некоторые другие. При создании КМ с магниевой матрицей применяются углеродное и борное волокна и волокно карбида кремния. Для изготовления данных КМ могут быть использованы технологии пропитки, компрессионного литья и горячего изостатического прессования. В табл. 3.4 приведены свойства КМ магний/волокно SiC.
...
КМ с титановой матрицей. Для упрочнения титановой матрицы используется целый ряд соединений, к ним относятся TiB2, TiN, В4С, ZrC, SiC, TiB, TiC и A1203. В табл. 3.5 приводится
...
При производстве КМ с титановой матрицей используются различные технологии, в том числе порошковые. При использовании порошковых технологий необходимо применять компактирование, которое включает холодное прессование и спекание, горячее изостатическое прессование или прямую экструзию порошка. Холодное прессование является самым оптимальным по затратам методом. ГИП отличается более высокой стоимостью, однако обеспечивает значительно меньшую пористость, эффективность данного метода увеличивается по мере увеличения размеров обрабатываемой партии. При производстве таких КМ, как Ti—TiB, Ti—6А1—4V—TiB2, используется метод смешивания порошков. Титановый порошок смешивается с порошком бора или боридов и подвергается консолидации. Для улучшения распределения бора и боридов применяется механическое измельчение, которое основано на деформации и разрушении частиц для получения их равномерного распределения в титане [9]. Перспективным методом является вакуумный дуговой переплав. Частицы TiB формируются как первичные, так и в форме игл эвтектики. При этом следует избегать формирования крупных частиц размером 100...200 мкм, так как в процессе обработки и холодной деформации возможно их растрескивание. Быстрая кристаллизация может быть использована для получения ленты из метастабиль-ного, пересыщенного бором, твердого раствора a-Ti или для получения порошка. Однако следует отметить, что методы, связанные с быстрой кристаллизацией, являются высокозатратными и чрезвычайно трудоемкими, что затрудняет их промышленное применение. Такие методы вторичного формования, как прокатка, штамповка и экструзия, вызывают потерю изотропии, а это может стать причиной проблем при определенном использовании данных КМ.
...
Если сравнивать механические и эксплуатационные свойства КМ с титановой матрицей и свойства традиционных титановых сплавов, то по ряду параметров КМ существенно их превосходят. КМ имеют повышенную жесткость, высокое сопротивление ползучести и усталостному разрушению, а также обладают износостойкостью. На рис. 3.4 сопоставлены экспериментальные результаты и данные теоретических расчетов разных авторов [9]. Исследование свойств при испытаниях на растяжение показало, что модуль Юнга возрастает с увеличением объемной доли упрочняющей фазы. Подход Эшелби (Eshelby), основанный на соотношении Эшелби (Eshelby), подтверждается данными исследований композиционных материалов, полученных методами порошковой металлур-, в которых TiB имеет случайную ориентацию. Правило смесей ра-
...
Композиционные материалы с титановой матрицей являются перспективными жаропрочными материалами для авиакосмической техники и найдут применение в новых конструкциях реактивных двигателей, где возникает необходимость в материалах, вьщерживающих температуру эксплуатации до 800 °С. Использование композиционного материала позволяет значительно снизить массу конструкции, что крайне необходимо для аэрокосмической техники. В настоящее время ведутся исследования по созданию из КМ деталей компрессора, например лопаток, турбин и др. К материалу матрицы жаропрочного КМ предъявляются следующие требования: значительное сопротивление окислению, высокая прочность при повышенных температурах, удовлетворительная пластичность при комнатной температуре. Между материалом волокон и матрицей не должно происходить химического взаимодействия при повышенных температурах. В качестве матрицы жаропрочных КМ могут быть использованы псев-до-а-титановые сплавы, например сплав IMI834. В качестве упрочните-ля выступают волокна SiC. Сплав IMI834, упрочненный волокнами SiC (SCS-6), предназначен для эксплуатации при температурах до 550 °С. При производстве данных КМ используются технологии магнетронного распыления и горячее изостатическое прессование. Для предотвращения химического взаимодействия при повышенной температуре волокна и матрицы используются защитные покрытия волокон и метод фазовой
...
сегрегации. Проблема термической стабильности для таких КМ решена до температур 700 °С. На рис. 3.5 приведены значения предела прочности при разных температурах испытания для КМ SiC/IMI834 с объемной долей волокон Vt = 40 %.
...
КМ на основе титановой матрицы, упрочненные волокнами SiC, Nb и В или волокнами В с покрытиями, могут быть использованы для изготовления деталей
...
Идея использовать интерметаллид Ti3Al в качестве дисперсной упрочняющей фазы (ос2) в жаропрочных сплавах на основе а- и (а+р)-струк-тур возникла около 30 лет назад. Жаропрочные титановые сплавы с интерметаллидным упрочнением а2-фазой предназначены для эксплуатации при температурах 600...650°С, т. е. в таком температурном интервале, когда лучшие промышленные жаропрочные сплавы, такие как ВТ18У, IMI834, Til 100, Ti6242, уже не могут быть использованы, а применение более жаропрочных сплавов на основе интерметаллида Ti3Al (типа «супер-а2») сдерживается целым рядом нерешенных технологических проблем. Однако разработанные на основе ос-фазы сплавы с интерметаллидным упрочнением а2-фазой, содержащие 8...9 % алюминия (такие, как Ti-811 - США, СТ4 - Россия и др.), не нашли практического применения, в основном из-за низкой термической стабильности. Превышение предельной растворимости А1 в ос-фазе титановых сплавов традиционно считалось неприемлемым, так как непрерывное выделение сс2-фазы в процессе длительной (более 100 ч) выдержки при температурах
...
-.600 °С, происходящее во всем объеме ос-матрицы, приводит к резкому снижению пластичности, вязкости разрушения, трещиностойкос-
...
ти. Решить данную проблему традиционными методами термической и термомеханической обработки не удалось, однако это позволяет сделать термоводородная обработка (ТВО). Такая возможность проиллюстрирована на примере опытного сплава Ti—9А1— IMo—3Zr—4Sn на основе га-фазы с интерметаллидным упрочнением а2-фазой. Целью применения ТВО является получение структурного состояния, обеспечивающего термическую стабильность и высокий комплекс механических и эксплуатационных свойств. Ранее проведенные исследования показали, что это достигается бимодальной структурой [11]. Бимодальная структура содержит две структурные составляющие ос-фазы с различной концентрацией алюминия и различной морфологии — первичную и «вторичную» а-фазы (рис. 3.6, а).
...
Механизм формирования такой структуры состоит в следующем. При насыщении сплава водородом в его структуре увеличивается объемная доля р
...
во «вторичной», что было подтверждено экспериментально методами рентгеноструктурного и электронно-микроскопического анализов [12]. Образование а2-фазы только в ограниченных микрообъемах и отсутствие выравнивающей диффузии А1 между первичной и «вторичной» а-фазой обеспечивают стабильное структурное состояние сплава при длительном термическом воздействии при температурах до 650 °С. Удовлетворительные пластические свойства, повышенное сопротивление усталости, ползучести, зарождению и распространению трещины в такой структуре должна обеспечивать мелкодисперсная «вторичная» ос-фаза с пониженным, по сравнению со средним в сплаве, содержанием алюминия. Частицы первичной а-фазы, обогащенные алюминием, в которых происходит упорядочение, повышают жаропрочность сплава.
...
Выбор концентрации водорода и температуры при наводороживаю-щем отжиге обусловлен необходимостью получения количества (3-фазы, достаточного для образования значительной объемной доли вторичной а-фазы в ходе р-нх-превращения при дегазации. Температуру вакуумного отжига выбирали, исходя из необходимости формирования нужной структуры и удаления водорода до безопасных концентраций за минимально возможное время. Следует отметить, что в структуре сплава, подвергнутого ТВО, после дополнительной ЗОО-ч выдержки при 600 °С повышается степень упорядочения первичной а-фазы (рис. 3.6, б),
...
По результатам испытаний можно сделать вывод о том, что разработанный режим ТВО обеспечивает термическую стабильность и высокий Уровень механических свойств сплава. Предел прочности после ТВО повышается на 100 МПа по сравнению с отожженным состоянием, а относительное удлинение при растяжении и ударная вязкость после ТВО и ЮО-ч изотермической выдержки при 650 °С сохраняются на удовлетворительном уровне.
...
Средняя скорость распространения трещины в образцах после ТВО составила 0,1 мкм/цикл, а после ТВО с последующей изотермической выдержкой - около 0,2 мкм/цикл. В состоянии после ТВО величина N3 составила 41000, после дополнительной выдержки при 650 °С в течение jnn4 _ 4900О
...
Исследования структуры тонких фолы подтвердили, что в исходном и состаренном состоянии частицы а2-фазы присутствуют как в теле а-пластин, так и по а/р-границе. В процессе ТВО и последующей изотермической обработки упорядочение происходит только в первичной а-фазе, обеспечивая ее упрочнение, в то время как во вторичной а-фазе уровень упругих напряжений минимален. Это состояние обеспечивает удовлетворительную трещиностойкость, параметры которой не ухудшаются при длительных выдержках в интервале температур эксплуатации.
...
КМ на основе несмешивающихся металлических компонентов. Системы на основе меди. Постоянно развивающаяся техника настоятельно требует создания новых материалов. Известно, что только потери на трение и износ ежегодно составляют многие миллиарды долларов. Теоретический анализ, выполненный специалистами НАСА в начале 60-х годов, показал, что существует особый тип систем компонентов, наиболее перспективных с этой точки зрения. Этот тип систем был назван «системами, проявляющими склонность к расслоению в жидком состоянии» или «системами несмешивающихся компонентов». Однако до недавнего времени в силу ряда специфических особенностей большое число этих систем было фактически вне практического рассмотрения, хотя только двойных систем несмешивающихся компонентов насчитывается более 500. Основные особенности данных систем, мешающие им быть «удобными» для металлургов, сводятся к следующему:
...
- сильная тенденция сплавов несмешивающихся компонентов к расслоению в жидком состоянии в широком интервале температур и концентраций.
...
В силу названных причин, в отдельных системах несмешивающихся компонентов до недавнего времени вообще не удавалось получать сплавов. Детальный анализ возможных применений сплавов на их основе, выполненный авторами работы, показал, что изучаемые сплавы могут быть использованы для создания специальных материалов разнообразного на-
...
значения, в том числе антифрикционных на базе систем Cu-Pb, Al-In Al-Pb и некоторых других. Были детально изучены все известные попытки создания сплавов на основе систем несмешивающихся компонентов
...
Анализ этих методов показал, что для производства сплавов несмешивающихся компонентов без ограничений по химическому составу количеству, с контролируемой и воспроизводимой структурой необходим поиск новых альтернативных технологических решений.
...
Структурные превращения в сплавах несмешивающихся компонентов при ускоренном охлаждении перегретого расплава и последующем отжиге. Поскольку большинство традиционных технологий несмешивающихся компонентов включают ускоренное охлаждение расплава, более подробно был изучен этот процесс. Влияние перегрева расплава, ускоренного охлаждения и последующего отжига в интервале температур твердо-жид-кофазного равновесия на структуру и свойства сплавов несмешивающихся компонентов изучали на примере сплава Си—РЬ монотектичес-кого состава.
...
Влияние перегрева изучали в интервале температур 1273... 1673 К, продолжительность выдержки расплава при заданных температурах не превышала 30 мин. После выдержки тигли с расплавом охлаждали на спокойном воздухе, при этом скорость охлаждения составляла около 10 К/с. Эксперименты показали, что независимо от перегрева сохраняется нерегулярность в форме и размерах свинцовых включений.
...
Для получения медносвинцовых сплавов в режиме закалки из жидкого состояния (ЗЖС) в качестве охлаждающей жидкости применяли ин-дий-галлиевую эвтектику, в которой при комнатной температуре закаливали медносвинцовый расплав вместе с графитовым тиглем (при этом скорость охлаждения не превышала 100... 150 К/с). Температуру нагрева под закалку варьировали в том же интервале 1273... 1673 К. Результат ЗЖС был во всех случаях принципиально одинаковым — ни в одном поле зрения по всей высоте слитка (около 50 мм) свинец не выявлялся даже при увеличениях порядка 1000. Это противоречит всем известным данным, поскольку ранее не сообщалось о возможности фиксации в относительно больших объемах такого однородного структурного состояния при относительно небольших скоростях охлаждения. Дополнительное исследование описанного эффекта позволило установить, что фактически полное подавление ликвации по массе наблюдается в моно- и замонотектических сплавах, содержащих до 50 % (масс.) свинца. Однако ни при каких условиях не удавалось наблюдать указанный эффект в домонотектических сплавах.
...
Согласно полученным данным, по сравнению с литым сплавом того же состава в меди в виде твердого раствора содержится почти в 30 раз больше свинца; при этом свинец также пересыщен медью. Следует отметить, что нигде ранее не сообщалось о фиксации такого взаимного пересыщения при относительно небольших скоростях охлаждения. Уровень микронапряжений, фиксируемый ЗЖС, согласно измерениям, выполненным с помощью прибора «Strainflex», превышает в 20 раз таковой у литого сплава. Косвенным подтверждением факта пересыщения служат также данные по измерению микротвердости, электросопротивления и плотности закаленных образцов: по сравнению с литым сплавом у закаленного микротвердость в среднем выше в 1,5 раза, электросопротивление в 1,3 раза, плотность на 7...10% ниже.
...
Исходя из приведенных выше данных об особенностях микроструктуры закаленных сплавов, можно предположить, что термодинамический стимул к структурным превращениям в них при отжиге будет значительно выше, чем у литых сплавов. Для проверки этого предположения была проведена серия отжигов закаленных сплавов в интервале температур твердо-жидкофазного равновесия. Из полученных результатов следует, что охлаждение медносвинцового расплава монотектического состава с относительно небольшой скоростью позволило зафиксировать метастабиль-ное структурное состояние, восприимчивое к термической обработке, в результате чего стал возможным контроль размеров свинцовых включений, а их форма приблизилась к сферической. Так, после ЗЖС средний размер свинцовых включений становится однозначной функцией температуры отжига (при нагреве). Для уточнения схемы структурных превращений, имеющих место при отжиге закаленного сплава, были также привлечены данные измерения электросопротивления, механических свойств, рентгеноструктурного, рентгеновского фотоэлектронного анализа и др. Снижение электросопротивления при отжиге естественно связать с выделением свинца из пересыщенного твердого раствора на основе меди, в то время как уменьшение прочности на разрыв можно объяснить только тем, что этот избыточный свинец локализуется не только изолированно в местах стыка трех зерен, но и по границам зерен меди, увеличивая тем самым число медных зерен, разделенных сеткой свинца.
...
Среди ряда уникальных свойств сплавов несмешивающихся компонентов особо следует отметить низкий коэффициент трения и высокую стойкость к износу.
...
Монотектический сплав меди со свинцом со сферическими включениями свинца. По сравнению с базовым сплавом того же состава БрСЗО новый
...
сплав обладает втрое меньшим коэффициентом трения, его высокой термической стабильностью и значительно большей износостойкостью и контактной прочностью.
...
Сплавы на основе системы А1—Sn—Pb. Сплавы на основе названной системы, содержащие около 10% Sn и 20% РЬ, обладают коэффициентом трения в три раза меньшим, чем у сплава АО-20, и значительно большей износостойкостью. Снижение прочности материала за счет введения свинца может быть с избытком компенсировано с помощью специальных методов, разработанных для повышения прочности сплавов данной группы. Так, применяя комбинированные способы упрочнения, удалось повысить прочность сплавов А1—Sn— Pb, содержащих до 35 % (масс.) РЬ, до 350 МПа.
...
Сплавы Fe—Си—РЬ с повышенным содержанием свинца. Свойства новых сплавов на основе этой системы изучали в сравнении со свойствами сплава БрАЖ-9-4. Уже при содержании свинца 7... 10% (масс.) коэффициент трения у новых материалов ниже, чем у базового сплава, и с увеличением содержания свинца эта разница возрастает, причем в режиме сухого трения роль свинца оказывается более значительной. Важно отметить, что коэффициент трения у сплава 70Fe—Си—РЬ, содержащего > 25 % (масс.) РЬ, даже в режиме сухого трения ниже, чем у базового сплава в масле. Введение свинца в железомедный сплав в количестве 10...15% (масс.) почти на 200 °С повышает критическую температуру заедания. Этой же области концентраций соответствует и максимальное значение износостойкости сплава.
...
Таким образом, в целом можно сделать вывод, что в работе выполнены исследования, являющиеся основой нового научного направления в металловедении, заключающегося в целенаправленном использовании обнаруженных закономерностей твердо-жидкофазного взаимодействия (ТЖВ) в системах несмешивающихся компонентов для контролируемого формирования структуры сплавов на их основе. Производство подобных материалов ранее было невозможно.
...
Слоистые интерметаллидные композиты (СИК) представляют собой принципиально новый класс конструкционных материалов, обладающих уникальным сочетанием физических (электрических, тепловых, магнитных и др.) и механических (жаропрочных, удельной прочности и др.) свойств. Их реализация оказалась возможной благодаря оптимальному
...
конструированию структуры в виде чередующихся по толщине сплошных основных и интерметаллидных слоев путем применения рассмот-енной выше комплексной технологии. В качестве основных слоев используются разнородные металлы из сочетаний Ti-Fe, Mg-Al, Cu-Al, ^h-Fe и др., способные за счет реактивной диффузии при нагревах образовывать интерметаллидные прослойки заданной толщины. От их объемной доли и состава зависят физические и механические свойства композитов. Так, СИК системы Ti-Fe в диапазоне рабочих температур 600...850°С обладают жаропрочностью, превышающей в 4-9 раз жаропрочность исходных металлов, что выше жаропрочности большинства дорогостоящих высоколегированных сталей. В исследованном диапазоне температур 20...400°С титан остальной композит является, по существу, «тепловым изолятором», поскольку его теплопроводность в 48—62 раза ниже, чем у стали, в 16—18 раз ниже, чем у титана. С помощью сварки взрывом, штамповки, вальцовки, гибки, термообработки и других операций существует возможность создавать плоские и объемные титано-стальные узлы и конструкции типа ребро-настил, ребро-обечайка, тавровые и двутавровые профили и т. п. Технология сварки взрывом может быть использована и при изготовлении биметаллов, например биметалла сталь 12Х18Н10Т + титан ВТ 1-0. С помощью технологии сварки взрывом возможно изготовление плоских сталеалюминиевых переходников судовых конструкций. Для этих целей можно использовать композицию АМГ5В-АД1-Ст.4С [13].
...
В Волгоградском государственном техническом университете была создана комплексная технология, которая решает проблему получения данных КМ, обладающих повышенными, а в ряде случаев уникальными физико-механическими и технологическими свойствами за счет реализации высокой прочности и оптимальной структуры соединения. Комплексная технология получения данных материалов базируется на применении сварки взрывом в сочетании с обработкой давлением и специальными видами термообработки [13]. В частности, комплексная технология обеспечивает:
...
1) равнопрочность композиционных материалов наименее прочному из соединяемых металлов после сварки взрывом и последующей прокатки;
...
2) повышение деформационной способности малопластичных металлов и композита в целом за счет совместной деформации слоев при одно- и двухосном нагружении;
...
3) высокую технологичность прокатанного композита, позволяющую осуществлять при обработке давлением глубокую вытяжку изделий слож-
...
Кроме того, данная технология содержит целый ряд других преимуществ, ее эффективность подтверждается возможностью создания новых материалов [13].
...
Современные металлополимерные материалы начали разрабатываться в начале 80-х годов. К ним относится материал АЛОР, разработанный российскими учеными. Они предназначены для изготовления элементов конструкции летательных аппаратов. АЛОР представляет собой сочетание чередующихся, адгезионно соединенных слоев органопластика и алюминиевого сплава. Равнопрочный АЛОР имеет механические свойства на уровне алюминиевого сплава, однако за счет более низкой плотности достигается выигрыш по массе. Кроме того, скорость роста усталостной трещины в АЛОРе, по сравнению с алюминиевым сплавом, значительно ниже. Прочность АЛОРа возрастает с увеличением содержания в нем органопластика.
...
Алюмостеклопластики (СИАЛы — в России и GLARE — в Западной Европе и США) являются новым перспективным семейством гибридных листовых КМ, предназначенных для конструкционного использования в основных элементах летательных аппаратов. Они включают тонкие (0,25...0,6 мм) алюминиевые листы и промежуточные тонкие (0,2...0,4 мм) слои полимерного композита, состоящего из термореактивных клеевых и термопластичных связующих с высокопрочными армирующими стеклянными волокнами. Данные материалы предназначены для замены алюминиевых конструкционных монолитных листов с целью снижения массы (на 15...40%), повышения надежности и, соответственно, безопасности, снижения стоимости эксплуатации конструкций нового поколения. Рекомендуются для применения в авиационной технике — для обшивок фюзеляжа, крыла (особенно в зонах, подверженных акустической усталости), обшивок люков, дверей. Они эффективны в качестве стоперов трешин при ремонтных работах обшивок и внутренних элементов самолета.
...
Учеными МАТИ — Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского разработан биологически и механически совместимый спонгиозоподобный слоистый композиционный материал («СПС-ТИТАН») на основе конструкционного титанового сплава ВТ6 и поверхностно структурированного сплава ВТ 1-0 с регламентированной пористостью для изготовления компонентов эндопроте-зов тазобедренного сустава (рис. 3.8).
...
Была отработана технология ионно-плазмен-ного нанесения пористых слоев из сплава ВТ1-0 на силовые конструкции бедренного компонента из сплава ВТ6 (Ti-6A1-4V), обеспечившая пористость 30...50 % с размером открытых пор от 100 до 500 мкм, которые обеспечивают надежную биологическую фиксацию изделия за счет остео-интеграции в открытые поры имплантанта спон-гиозной кости.
...
Разработан режим термоводородной обработки, обеспечивающий достижение физико-химического контакта между спонгиозоподобным титановым слоем с регламентированной пористостью и осно
...
поверхностного слоя толщиной 0,6...1,0 мм с 60 МПа (характерное для применяющихся в настоящее время ведущими фирмами мира пористых покрытий для эн-допротезов) до 200 МПа для «СПС-ТИТАНа» (рис. 3.9). Разработанная технология исключает отрыв частиц или фрагментов с поверхностного слоя от основы при эксплуатации за счет создания переходной структуры на границе раздела. «СПС-ТИТАН» реализован в конструкции серийно выпускаемого фирмой «ИМПЛАНТ-МТ» (г. Москва) импортозамещающего эндопротеза тазобедренного сустава бесцементной фиксации.
...
ких сплавов на основе титана, никеля и тугоплавких металлов за счет их твердораствор-ного упрочнения или создания гетерофазных структур практически исчерпаны. Поэтому большое внимание исследователей привлекают композиционные материалы на основе интерметаллидов, тугоплавких металлов и направленно закристаллизованных эвтектик, упрочненные дисперсными включениями, дискретными или непрерывными волокнами более тугоплавких, прочных и жестких, чем матрица, фаз, в том числе керамических.
...
композитов обеспечивают получение широкого спектра служебных свойств. Для композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, решающими моментами при выборе являются не только достигаемые высокие механические свойства, но, главное, их стабильность в течение длительного времени при высоких температурах и нагрузках, в том числе при циклических режимах. Из этого следует что при конструировании высокотемпературных композитов и подборе пар упрочняющая фаза—матрица большое значение приобретают не только прочность исходных составляющих композитов, их объемная доля, взаимное расположение и схема армирования, но и термическая стабильность компонентов композитов во взаимном контакте друг с другом, т. е. механическая совместимость (согласованность коэффициентов термического расширения) и физико-химическая совместимость (отсутствие интенсивного взаимодействия компонентов между собой, вызывающего деградацию структуры и свойств как армирующей фазы, так и матрицы). Из высокотемпературных интерметаллидов рассматриваются как перспективные NiAl [14], TiAl [15], фазы на основе системы Ti—Nb~Al [16], а также силициды Nb и Мо [15].
...
В работе [1] развит физико-химический подход к подбору компонентов для термически стабильных композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы. Результативность этого подхода продемонстрирована на ряде конкретных примеров.
...
Эффективность газотурбинных двигателей (ГТД) возрастает с повышением температуры как рабочего газа, так и горячих узлов ГТД. Успехи в создании жаропрочных сплавов на основе железа, никеля, кобальта позволяют повысить рабочие температуры деталей современных ГТД до 1000...1100 °С. Дальнейшее повышение температур возможно только за счет новых конструкторских разработок систем охлаждения двигателя и использования более тугоплавких материалов. Однако тугоплавкие металлы — ниобий, молибден, вольфрам и высокопрочные сплавы на их основе имеют высокую плотность и не обладают необходимой жаростойкостью в окислительных средах, создаваемых продуктами сгорания топлива, образующими рабочий газ в ГТД. В то же время известные жаростойкие сплавы систем Ni—Al, Fe—Cr—А1 (рис. 3.10) и малолегированные хромовые сплавы недостаточно прочны при температу-
...
ах выше 1100°С. Поэтому получили развитие работы по созданию композитов с матрицами из жаростойких сплавов на основе железа, никеля, кобальта, армированными волокнами из сплавов вольфрама, упрочненных рением, оксидом тория, алюмокремнещелочными присадками (Si02, А1203, К20), карбидами (HfC, ZrC). Для приготовления композитов использовали широкий круг методов - пропитку арматуры из вольфрамовой проволоки расплавом матрицы, плазменное напыление материала матрицы, совместную экструзию, горячее изостатическое прессование, диффузионную сварку (W-волокно/матрица-лист) - раздельно и их комбинации.
...
Наиболее удачными оказались композиты с матрицами из сплавов типа фехраль или никельхромалюминиевых сплавов с иттрием, армированные вольфрамовыми волокнами из сплава W—4Re—HfC. ЮО-ч прочность этих композитов с 35...40 % (об.) вольфрамового волокна при 1090 °С составляла 180...320 МПа, что в ~ 3 раза выше, чем у Ni-cy-персплавов. Однако в композитах с матрицей на основе железа, никеля, кобальта возникают большие термические напряжения вследствие значительной разницы температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) этих сплавов и вольфрамового волокна (механическая несовместимость). Оказалось также, что композиты этого типа малопригодны к длительной работе даже при температурах до 1100°С, так как происходит деградация структуры из-за физико-химической несовместимости материалов волокна и матрицы. Согласно двойным диаграммам состояния W—Fe (Со, Ni), при длительном нагреве интенсивно взаимодействуют №(Со,Ре)-матрицы с вольфрамовым волокном, что сопровождается его частичным растворением в матрице и образованием хрупких интерме-таллидов Wx(Ni, Fe, Со)у Кроме того, в процессе нагрева уже при кратковременной нагрузке высокая скорость зерно-граничной диффузии никеля в вольфрам приводит к снижению температуры начала рекристаллизации (гр)
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы