مركب مع مصفوفة معدنية. المواد المركبة على أساس مصفوفة معدنية

تتكون المواد المركبة من مصفوفة معدنية(عادةً A1 و Mg و Ni وسبائكها) ، مصلدة بألياف عالية القوة (مواد ليفية) أو جزيئات حرارية مشتتة بدقة, غير قابل للذوبان في المعدن الأساسي (المواد المقواة بالتشتت).المصفوفة المعدنية تربط الألياف (الجسيمات المشتتة) في كل واحد. الألياف (الجسيمات المشتتة) بالإضافة إلى مجموعة (المصفوفة) التي تشكل ذلك

أرز. واحد

1 - مادة حبيبية (مقواة بالتشتت) (لتر / د-أنا): 2 - مادة مركبة ليفية منفصلة ؛ 3 - مادة مركبة ليفية بشكل مستمر ؛ 4 - زرع مستمر للألياف ؛ 5 - تكديس الألياف ثنائي الأبعاد ؛ 6,7 - وضع الألياف الحجمي

أو تكوين آخر ، حصل على الاسم المواد المركبة(الشكل 196).

المواد المركبة الليفية.

على التين. يوضح 196 مخطط تقوية المواد المركبة الليفية. تنقسم المواد المركبة ذات الحشو الليفي (المعزز) إلى مواد منفصلة ، حيث تكون نسبة طول الألياف إلى القطر l / d ≈ 10-tL03 ، ومع الألياف المستمرة ، حيث l / d = co. يتم ترتيب الألياف المنفصلة بشكل عشوائي في المصفوفة. قطر الألياف من كسور إلى مئات الميكرومترات. كلما زادت نسبة طول الألياف إلى قطرها ، زادت درجة تقويتها.

غالبًا ما تكون المادة المركبة عبارة عن هيكل متعدد الطبقات يتم فيه تعزيز كل طبقة عدد كبيرألياف متوازية متوازية. يمكن أيضًا تقوية كل طبقة بألياف متصلة منسوجة في قماش ، وهو الشكل الأصلي ، المقابل في العرض والطول للمادة النهائية. ليس من غير المألوف أن يتم نسج الألياف في هياكل ثلاثية الأبعاد.

تختلف المواد المركبة عن السبائك التقليدية في القيم الأعلى لمقاومة الشد وحد التحمل (بنسبة 50-100٪) ، ومعامل المرونة ، ومعامل الصلابة (إلي)وتقليل القابلية للتشقق. يزيد استخدام المواد المركبة من صلابة الهيكل مع تقليل استهلاكه للمعادن.

الجدول 44

الخواص الميكانيكية للمواد المركبة معادن عادية

يتم تحديد قوة المواد المركبة (الليفية) من خلال خصائص الألياف ؛ يجب أن تعيد المصفوفة بشكل أساسي توزيع الضغوط بين عناصر التعزيز. لذلك ، يجب أن تكون قوة ومعامل مرونة الألياف أكبر بكثير من قوة ومعامل مرونة المصفوفة. تدرك ألياف التسليح الصلبة الضغوط الناشئة في التركيبة تحت التحميل ، وتعطيها القوة والصلابة في اتجاه اتجاه الألياف.

لتقوية الألومنيوم والمغنيسيوم وسبائكها ، يتم استخدام البورون (o in \ u003d 2500 - * -3500 MPa ، ه = 38h-420 GPa) والكربون (st in = 1400-g-3500 MPa ، ه 160-450 جيجا باسكال) ألياف ، وكذلك ألياف من مركبات حرارية (كربيدات ، نيتريد ، بوريدات وأكاسيد) ذات قوة عالية ومعامل مرونة. لذلك ، فإن ألياف كربيد السيليكون التي يبلغ قطرها 100 ميكرومتر لها st in = 2500- * m3500 MPa ، ه= 450 جيجا باسكال. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام أسلاك الفولاذ عالية القوة كألياف.

لتقوية التيتانيوم وسبائكه ، يتم استخدام أسلاك الموليبدينوم وألياف الياقوت وكربيد السيليكون وبوريد التيتانيوم.

يتم تحقيق زيادة في مقاومة الحرارة لسبائك النيكل من خلال تقويتها بسلك التنجستن أو الموليبدينوم. تستخدم الألياف المعدنية أيضًا في الحالات التي تتطلب توصيل حراري وكهربائي عالي. المقويات الواعدة للمواد المركبة الليفية عالية القوة وعالية المعامل هي شعيرات مصنوعة من أكسيد الألومنيوم ونتريد وكربيد السيليكون ونتريد وكربيد البورون وما إلى ذلك ، حيث يكون لها b = 15000-g-28000 MPa و ه= 400 - * - 600 جيجا باسكال.

في الجدول. يوضح الشكل 44 خصائص بعض المواد المركبة الليفية.

المواد المركبة القائمة على المعدن لها قوة عالية (st in ، a_x) ومقاومة للحرارة ، وفي نفس الوقت تكون منخفضة اللدونة. ومع ذلك ، فإن الألياف في المواد المركبة تقلل من معدل انتشار الشقوق التي تبدأ في المصفوفة وتقضي بشكل كامل تقريبًا بشكل مفاجئ.

أرز. 197. اعتماد معامل المرونة ه (أ)والمقاومة المؤقتة في (ب) مادة مركب من البورون والألمنيوم بطول (/) وعبر (2) تقوية المحور على محتوى حجم ألياف البورون

كسر هش. تباين الخواص هو سمة مميزة للمواد المركبة الليفية أحادية المحور. الخواص الميكانيكيةعلى طول وعبر الألياف وحساسية منخفضة لمركزات الإجهاد.

على التين. 197 يظهر الاعتماد و في و همادة مركب البورون والألومنيوم من محتوى ألياف البورون على طول (/) وعبر ( 2 ) محور التعزيز. كلما زاد محتوى حجم الألياف ، زاد ارتفاع a b و a_ t و هعلى طول محور التعزيز. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المصفوفة يمكنها نقل الضغوط إلى الألياف فقط عندما يكون هناك رابطة قوية في السطح البيني بين الألياف المعززة والمصفوفة. لمنع التلامس بين الألياف ، يجب أن تحيط المصفوفة بالكامل بجميع الألياف ، ويتحقق ذلك عندما لا يقل محتواها عن 15-20٪.

يجب ألا تتفاعل المصفوفة والألياف مع بعضهما البعض (يجب ألا يكون هناك انتشار متبادل) أثناء التصنيع أو التشغيل ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض في قوة المادة المركبة.

يؤخذ تباين خصائص المواد المركبة الليفية في الاعتبار عند تصميم الأجزاء لتحسين الخصائص عن طريق مطابقة مجال المقاومة مع مجالات الضغط.

تقوية سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم مع الألياف الحرارية المستمرة من البورون وكربيد السيليكون وثاني بوريد التيتانيوم وأكسيد الألومنيوم يزيد بشكل كبير من مقاومة الحرارة. تتمثل إحدى سمات المواد المركبة في انخفاض معدل التليين بمرور الوقت (الشكل 198 ، أ)مع ارتفاع درجة الحرارة.

أرز. 198- مقاومة طويلة الأمد لمادة مركَّبة من البورون والألومنيوم تحتوي على 50٪ من ألياف البورون ، مقارنةً بقوة سبائك التيتانيوم (أ) والقوة طويلة الأمد لمادة مركَّبة من النيكل مقارنةً بقوة سبائك التصلب بالترسيب ( ب):

/ - مركب البورون والألمنيوم ؛ 2 - سبائك التيتانيوم؛ 3 - المواد المركبة المعززة بالتشتت ؛ 4 - سبائك تصلب الترسيب

العيب الرئيسي للمواد المركبة ذات التعزيز أحادي وثنائي الأبعاد هو المقاومة المنخفضة للقص بين الصفائح والقص المستعرض. هذا النقص محروم من المواد في التعزيز بالجملة.

تستخدم المصفوفات البوليمر والسيراميك وغيرها على نطاق واسع.

الخصائص العامة والتصنيف

وصلت المواد المعدنية وغير المعدنية المستخدمة تقليديًا إلى حد كبير إلى حد قوتها الهيكلية. في الوقت نفسه ، يتطلب تطوير التكنولوجيا الحديثة إنشاء مواد تعمل بشكل موثوق في مجموعة معقدة من مجالات القوة ودرجة الحرارة ، تحت تأثير الوسائط العدوانية والإشعاع والفراغ العميق والضغوط العالية. في كثير من الأحيان ، يمكن أن تكون متطلبات المواد متناقضة. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام المواد المركبة.

مادة مركبةيُطلق على (CM) أو المركب نظامًا غير متجانس ضخم يتكون من مكونات غير قابلة للذوبان بشكل متبادل تختلف اختلافًا كبيرًا في الخصائص ، ويسمح لك هيكلها باستخدام مزايا كل منها.

استعار الإنسان مبدأ بناء CM من الطبيعة. المواد المركبة النموذجية هي جذوع الأشجار وسيقان النباتات وعظام الإنسان والحيوان.

تجعل CMs من الممكن الحصول على مجموعة معينة من الخصائص غير المتجانسة: القوة والصلابة العالية النوعية ، مقاومة الحرارة ، مقاومة التآكل ، خصائص الحماية من الحرارة ، إلخ. لا يمكن الحصول على طيف خصائص CM باستخدام المواد التقليدية. يتيح استخدامها إمكانية إنشاء تصميمات جديدة بشكل أساسي لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا.

بفضل CM ، أصبح من الممكن تحقيق قفزة نوعية جديدة في زيادة قوة المحرك ، وتقليل كتلة الآلات والهياكل ، وزيادة كفاءة وزن المركبات والمركبات الفضائية.

الخصائص المهمة للمواد التي تعمل في ظل هذه الظروف هي القوة المحددة σ in / والصلابة المحددة ه/ ρ ، حيث σ في - مقاومة مؤقتة ، ههو معامل المرونة العادية ، ρ هي كثافة المادة.

السبائك عالية القوة ، كقاعدة عامة ، لها ليونة منخفضة ، وحساسية عالية لمركزات الإجهاد ، ومقاومة منخفضة نسبيًا لتطور الشقوق التعب. على الرغم من أن المواد المركبة قد تحتوي أيضًا على ليونة منخفضة ، إلا أنها أقل حساسية لمركزات الإجهاد ومقاومة فشل التعب بشكل أفضل. ويرجع ذلك إلى الآلية المختلفة لتشكيل الشقوق في الفولاذ والسبائك عالية القوة. في الفولاذ عالي القوة ، يتطور الكراك ، بعد أن وصل إلى الحجم الحرج ، بمعدل تصاعدي.

في المواد المركبة ، تعمل آلية أخرى. الكراك ، الذي يتحرك في المصفوفة ، يواجه عقبة في واجهة ألياف المصفوفة. تمنع الألياف تطور الشقوق ، ويؤدي وجودها في المصفوفة البلاستيكية إلى زيادة صلابة الكسر.

وبالتالي ، فإن النظام المركب يجمع بين خاصيتين متعارضتين مطلوبتين للمواد الإنشائية - القوة العالية بسبب الألياف عالية القوة وصلابة الكسر الكافية بسبب المصفوفة البلاستيكية وآلية تبديد طاقة الكسر.

تتكون CMs من مادة مصفوفة بلاستيكية نسبيًا ومكونات أقوى وأقوى عبارة عن مواد مالئة. تعتمد خصائص CM على خصائص القاعدة والحشوات وقوة الرابطة بينهما.

تربط المصفوفة التركيبة في كتلة متراصة ، وتعطيها شكلاً وتعمل على نقل الأحمال الخارجية إلى التعزيز من الحشوات. اعتمادًا على المادة الأساسية ، يتم تمييز CMs بمصفوفة معدنية ، أو مواد مركبة معدنية (MCM) ، مع مواد مركبة من البوليمر والبوليمر (PCM) ومع مواد مركبة من السيراميك والسيراميك (CMC).

يتم لعب الدور الرائد في تقوية CMs بواسطة مواد الحشو ، وغالبًا ما يشار إليها باسم مقويات. لديهم قوة عالية وصلابة ومعامل المرونة. وفقًا لنوع حشوات التسليح ، يتم تقسيم CM إلى تشتت المعزز,ليفيو الطبقات(الشكل 28.2).

أرز. 28.2.مخططات هيكل المواد المركبة: أ) تقوية التشتت ؛ ب) ليفي في) ذو طبقات

يتم إدخال جزيئات حرارية دقيقة وموزعة بشكل موحد من الكربيدات والأكاسيد والنتريدات وما إلى ذلك ، والتي لا تتفاعل مع المصفوفة ولا تذوب فيها حتى نقطة الانصهار في المراحل ، بشكل مصطنع في CMs تصلب التشتت. كلما كانت جزيئات الحشو أصغر وأصغر المسافة بينها ، كلما كان CM أقوى. على عكس الليفية ، في CMs المعززة بالتشتت ، فإن عنصر المحمل الرئيسي هو المصفوفة. تعمل مجموعة جزيئات الحشو المشتتة على تقوية المادة بسبب مقاومة حركة الاضطرابات أثناء التحميل ، مما يعيق تشوه البلاستيك. يتم إنشاء مقاومة فعالة لحركة الخلع حتى درجة حرارة انصهار المصفوفة ، والتي تتميز بمقاومة عالية للحرارة ومقاومة الزحف.

يمكن أن تكون التعزيزات في الألياف الليفية من ألياف بأشكال مختلفة: خيوط ، أشرطة ، شبكات من نسج مختلفة. يمكن إجراء تقوية CM الليفي وفقًا لمخطط أحادي المحور وثنائي المحور وثلاثي المحاور (الشكل 28.3 ، أ).

يتم تحديد قوة وصلابة هذه المواد من خلال خصائص ألياف التسليح التي تتحمل الحمل الرئيسي. يعطي التعزيز زيادة أكبر في القوة ، لكن تقسية التشتت أسهل من الناحية التكنولوجية في التنفيذ.

المواد المركبة ذات الطبقات (الشكل 28.3 ، ب) تتكون من طبقات متناوبة من مادة الحشو والمصفوفة (نوع الشطيرة). يمكن أن يكون لطبقات الحشو في CMs اتجاهات مختلفة. من الممكن استخدام طبقات حشو بالتناوب من مواد مختلفة بخصائص ميكانيكية مختلفة. للتركيبات ذات الطبقات ، عادة ما تستخدم المواد غير المعدنية.

أرز. 28.3.مخططات التعزيز الليفية ( أ) وطبقات ( ب) المواد المركبة

المواد المركبة المعالجة بالتشتت

أثناء تقوية التشتت ، تمنع الجسيمات عمليات الانزلاق في المصفوفة. تعتمد فعالية التصلب ، بشرط الحد الأدنى من التفاعل مع المصفوفة ، على نوع الجسيمات وتركيز حجمها وكذلك انتظام التوزيع في المصفوفة. تطبيق جزيئات مشتتة من الأطوار الحرارية مثل Al 2 O 3 ، SiO 2 ، BN ، SiC ، ذات الكثافة المنخفضة ومعامل المرونة العالي. عادة ما يتم إنتاج CM بواسطة ميتالورجيا المساحيق ، ومن المزايا المهمة لها تباين الخواص في اتجاهات مختلفة.

في الصناعة ، عادة ما تستخدم CMs المقواة بالتشتت على الألومنيوم ، وفي حالات نادرة ، يتم استخدام قواعد النيكل. الممثلون المميزون لهذا النوع من المواد المركبة هم مواد من نوع SAP (مسحوق الألمنيوم الملبد) ، والتي تتكون من مصفوفة من الألومنيوم معززة بجزيئات مشتتة من أكسيد الألومنيوم. يتم الحصول على مسحوق الألمنيوم عن طريق رش المعدن المنصهر ، متبوعًا بالطحن في المطاحن الكروية بحجم حوالي 1 ميكرون في وجود الأكسجين. مع زيادة مدة الطحن ، يصبح المسحوق أدق ويزداد محتوى أكسيد الألومنيوم فيه. تتضمن التكنولوجيا الإضافية لإنتاج المنتجات والمنتجات شبه المصنعة من SAP الضغط على البارد ، والتلبيد المسبق ، والضغط الساخن ، والدرفلة أو البثق لقضبان الألمنيوم الملبد في شكل منتجات نهائية يمكن أن تخضع لمعاملة حرارية إضافية.

تتشوه السبائك من نوع SAP بشكل مرضٍ في الحالة الساخنة ، كما تتشوه السبائك التي تحتوي على 6-9٪ Al 2 O 3 عند درجة حرارة الغرفة. من بينها ، يمكن استخدام السحب البارد للحصول على رقائق بسمك يصل إلى 0.03 مم. يتم تشكيل هذه المواد بشكل جيد ولها مقاومة عالية للتآكل.

تحتوي درجات SAP المستخدمة في روسيا على 6-23٪ Al 2 O 3. يتميز SAP-1 بمحتوى 6-9 ، SAP-2 - مع 9-13 ، SAP-3 - مع 13-18٪ Al 2 O 3. مع زيادة تركيز حجم أكسيد الألومنيوم ، تزداد قوة المواد المركبة. في درجة حرارة الغرفة ، تكون خصائص قوة SAP-1 كما يلي: σ = 280 ميجا باسكال ، σ 0.2 = 220 ميجا باسكال ؛ SAP-3 كالتالي: σ في \ u003d 420 ميجا باسكال ، σ 0.2 \ u003d 340 ميجا باسكال.

تتميز المواد من نوع SAP بمقاومة عالية للحرارة وتتفوق في الأداء على جميع سبائك الألومنيوم المشغولة. حتى عند درجة حرارة 500 درجة مئوية ، لا تقل σ عن 60-110 ميجا باسكال. يتم تفسير مقاومة الحرارة من خلال التأثير المثبط للجسيمات المشتتة على عملية إعادة التبلور. خصائص قوة السبائك من نوع SAP مستقرة للغاية. لم يكن لاختبارات القوة طويلة المدى لسبائك من نوع SAP-3 لمدة عامين أي تأثير عمليًا على مستوى الخصائص في درجة حرارة الغرفة وعند التسخين إلى 500 درجة مئوية. عند 400 درجة مئوية ، تكون قوة SAP أعلى بخمس مرات من قوة الشيخوخة سبائك الألومنيوم.

تستخدم سبائك نوع SAP في تكنولوجيا الطيرانلتصنيع الأجزاء ذات القوة النوعية العالية ومقاومة التآكل ، وتعمل في درجات حرارة تصل إلى 300-500 درجة مئوية. مصنوعة منها قضبان المكبس وشفرات الضاغط وأغلفة عناصر الوقود وأنابيب المبادل الحراري.

يتم الحصول على CM عن طريق تعدين المساحيق باستخدام جزيئات مشتتة من كربيد السيليكون كربيد. يحتوي المركب الكيميائي SiC على عدد من الخصائص الإيجابية: نقطة انصهار عالية (أكثر من 2650 درجة مئوية) ، وقوة عالية (حوالي 2000 ميجا باسكال) ومعامل مرن (> 450 جيجا باسكال) ، وكثافة منخفضة (3200 كجم / م 3) وتآكل جيد مقاومة. لقد أتقنت الصناعة إنتاج مساحيق السيليكون الكاشطة.

يتم خلط مساحيق سبائك الألومنيوم وكربيد السيليكون ، وتعريضها للضغط الأولي تحت ضغط منخفض ، ثم الضغط الساخن في حاويات فولاذية في فراغ عند درجة حرارة انصهار سبيكة المصفوفة ، أي في حالة صلبة - سائلة. تتعرض قطعة العمل الناتجة إلى تشوه ثانوي من أجل الحصول على منتجات نصف نهائية بالشكل والحجم المطلوبين: الصفائح ، والقضبان ، والمقاطع الجانبية ، إلخ.

تتكون المواد المركبة من مصفوفة معدنية (غالبًا Al و Mg و Ni وسبائكها) معززة بألياف عالية القوة (مواد ليفية) أو جزيئات حرارية مشتتة بدقة لا تذوب في المعدن الأساسي (مواد مقواة بالتشتت). المصفوفة المعدنية تربط الألياف (الجسيمات المشتتة) في كل واحد. تسمى الألياف (الجسيمات المشتتة) بالإضافة إلى المادة الرابطة (المصفوفة) التي تشكل تركيبة معينة بالمواد المركبة.

المواد المركبة مع مصفوفة غير معدنية

المواد المركبة ذات المصفوفة غير المعدنية لها تطبيقات واسعة. كمصفوفات غير معدنية ، البوليمر والكربون و مواد خزفية. من بين مصفوفات البوليمر ، الأكثر استخدامًا هي الإيبوكسي والفينول فورمالديهايد والبولي أميد.

مصفوفات الكربون فحم الكوك أو البيروكربون المتحصل عليه من البوليمرات الاصطناعية المعرضة للانحلال الحراري. المصفوفة تربط التكوين ، وتعطيه الشكل. المقويات هي الألياف: الزجاج ، والكربون ، والبورون ، والعضوية ، والقائمة على الشعيرات (الأكاسيد ، والكربيدات ، والبوريدات ، والنتريد ، وغيرها) ، وكذلك المعادن (الأسلاك) التي تتمتع بقوة وصلابة عالية.

تعتمد خصائص المواد المركبة على تكوين المكونات وتركيبها والنسبة الكمية وقوة الرابطة بينها.

يمكن أن تكون مواد التسليح على شكل ألياف ، ومقطورات ، وخيوط ، وأشرطة ، وأقمشة متعددة الطبقات.

محتوى المقوى في المواد الموجهة هو 60-80 حجمًا٪ ، غير موجه (مع ألياف وشعيرات منفصلة) - 20-30٪ حجمًا. كلما زادت قوة ومعامل المرونة للألياف ، زادت قوة وصلابة المادة المركبة. تحدد خصائص المصفوفة قوة التركيبة في القص والضغط ومقاومة فشل التعب.

وفقًا لنوع المقسى ، يتم تصنيف المواد المركبة إلى ألياف زجاجية وألياف كربونية مع ألياف الكربون وألياف البورون وألياف عضوية.

في المواد المصفحة ، يتم وضع الألياف والخيوط والأشرطة المشبعة بالرابط بالتوازي مع بعضها البعض في مستوى التمديد. يتم تجميع الطبقات المسطحة في لوحات. الخصائص متباينة الخواص. بالنسبة لعمل المادة في المنتج ، من المهم مراعاة اتجاه أحمال التمثيل. يمكنك إنشاء مواد ذات خصائص متباينة الخواص ومتباينة الخواص. يمكنك وضع الألياف في زوايا مختلفة ، وتغيير خصائص المواد المركبة. تعتمد صلابة الانحناء والالتواء للمادة على ترتيب وضع الطبقات على طول سمك العبوة.

يتم استخدام وضع عناصر التسليح المكونة من ثلاثة أو أربعة خيوط أو أكثر.

يتمتع هيكل ثلاثة خيوط متعامدة بشكل متبادل بأكبر قدر من التطبيق. يمكن أن توجد المقويات في اتجاهات محورية وشعاعية ومحيطية.

يمكن أن تكون المواد ثلاثية الأبعاد بأي سمك في شكل كتل ، أسطوانات. تزيد الأقمشة الضخمة من قوة التقشير ومقاومة القص مقارنةً بالأقمشة ذات الطبقات. يتم بناء نظام من أربعة خيوط عن طريق توسيع عامل التقوية على طول أقطار المكعب. هيكل الخيوط الأربعة متوازن ، وقد زاد من صلابة القص في الطائرات الرئيسية.

ومع ذلك ، فإن إنشاء أربع مواد اتجاهية أكثر صعوبة من إنشاء ثلاثة مواد اتجاهية.

يشمل هذا النوع من المواد المركبة مواد مثل SAP (مسحوق الألمنيوم الملبد) ، وهي عبارة عن ألومنيوم مقوى بجزيئات مشتتة من أكسيد الألومنيوم. يتم الحصول على مسحوق الألمنيوم عن طريق رش المعدن المنصهر ، متبوعًا بالطحن في المطاحن الكروية بحجم حوالي 1 ميكرون في وجود الأكسجين. مع زيادة مدة الطحن ، يصبح المسحوق أدق ويزداد محتوى أكسيد الألومنيوم فيه. تتضمن التكنولوجيا الإضافية لإنتاج المنتجات والمنتجات شبه المصنعة من SAP الضغط على البارد ، والتلبيد المسبق ، والضغط الساخن ، والدرفلة أو البثق لقضبان الألمنيوم الملبد في شكل منتجات نهائية يمكن أن تخضع لمعاملة حرارية إضافية.

تُستخدم السبائك من نوع SAP في تكنولوجيا الطيران لتصنيع الأجزاء ذات القوة المحددة العالية ومقاومة التآكل ، وتعمل في درجات حرارة تصل إلى 300-500 درجة مئوية. مصنوعة منها قضبان المكبس وشفرات الضاغط وأغلفة عناصر الوقود وأنابيب المبادل الحراري.

يزيد تقوية الألومنيوم وسبائكه بسلك فولاذي من قوتها ويزيد من معامل المرونة ومقاومة التعب ويزيد من نطاق درجة حرارة المادة.

يتم التعزيز باستخدام ألياف قصيرة بواسطة طرق ميتالورجيا المساحيق ، والتي تتكون من الضغط متبوعًا بالبثق المائي أو دحرجة الفراغات. عندما يتم تقويتها بألياف مستمرة من التراكيب التي تتكون من طبقات متناوبة ورق ألومنيوموتستخدم الألياف ، والدرفلة ، والضغط الساخن ، ولحام الانفجار ، ولحام الانتشار.

من المواد الواعدة جدًا تركيبة أسلاك الألمنيوم والبريليوم ، والتي تحقق الخصائص الفيزيائية والميكانيكية العالية لتقوية البريليوم ، وقبل كل شيء ، كثافتها المنخفضة وصلابتها النوعية العالية. يتم الحصول على التركيبات مع سلك البريليوم عن طريق اللحام المنتشر للحزم من الطبقات المتناوبة من أسلاك البريليوم وألواح المصفوفة. تستخدم سبائك الألومنيوم المقواة بأسلاك الفولاذ والبريليوم في صناعة أجزاء جسم الصاروخ وخزانات الوقود.

في تركيبة "الألمنيوم - ألياف الكربون" ، فإن الجمع بين التقوية منخفضة الكثافة والمصفوفة يجعل من الممكن إنشاء مواد مركبة ذات قوة وصلابة عالية خاصة. عيب ألياف الكربون هو هشاشتها وتفاعلها العالي. يتم الحصول على تركيبة الألومنيوم والكربون عن طريق تشريب ألياف الكربون بمعدن سائل أو عن طريق طرق ميتالورجيا المساحيق. من الناحية التكنولوجية ، من الأكثر جدوى سحب حزم ألياف الكربون من خلال مصهور الألومنيوم.

يستخدم مركب الألمنيوم والكربون في تصميم خزانات الوقود للمقاتلين الحديثين. نظرًا للقوة والصلابة العالية للمواد ، يتم تقليل كتلة خزانات الوقود بنسبة 30٪. تستخدم هذه المادة أيضًا في تصنيع شفرات التوربينات لمحركات التوربينات الغازية للطائرات.

المواد المركبة مع مصفوفة غير معدنية

تستخدم المواد المركبة ذات المصفوفة غير المعدنية على نطاق واسع في الصناعة. تستخدم مواد البوليمر والكربون والسيراميك كمصفوفات غير معدنية. من بين مصفوفات البوليمر ، الأكثر استخدامًا هي الإيبوكسي والفينول فورمالديهايد والبولي أميد. مصفوفات الكربون عبارة عن فحم الكوك أو يتم الحصول عليها من البوليمرات الاصطناعية المعرضة للانحلال الحراري (التحلل ، التفكك). المصفوفة تربط التكوين ، وتعطيه الشكل. المقويات هي الألياف: الزجاج ، والكربون ، والبورون ، والعضوية ، على أساس شعيرات (أكاسيد ، كربيدات ، بوريدات ، نيتريد ، إلخ) ، وكذلك المعادن (الأسلاك) التي تتمتع بقوة وصلابة عالية.

تعتمد خصائص المواد المركبة على تكوين المكونات وتركيبها والنسبة الكمية وقوة الرابطة بينها.

محتوى مادة التقسية في المواد الموجهة هو 60-80 حجمًا. ٪ ، غير موجه (مع ألياف وشعيرات منفصلة) - 20 - 30 حجمًا. ٪. كلما زادت قوة ومعامل المرونة للألياف ، زادت قوة وصلابة المادة المركبة. تحدد خصائص المصفوفة قوة التركيبة في القص والضغط ومقاومة فشل التعب.

في المواد المصفحة ، يتم وضع الألياف والخيوط والأشرطة المشبعة بالرابط بالتوازي مع بعضها البعض في مستوى التمديد. يتم تجميع الطبقات المستوية في ألواح. الخصائص متباينة الخواص. بالنسبة لعمل المادة في المنتج ، من المهم مراعاة اتجاه أحمال التمثيل. يمكنك إنشاء مواد ذات خصائص متباينة الخواص ومتباينة الخواص. يمكنك وضع الألياف في زوايا مختلفة ، وتغيير خصائص المواد المركبة. تعتمد صلابة الانحناء والالتواء للمادة على ترتيب وضع الطبقات على طول سمك العبوة.

يتم استخدام تكديس عناصر التعزيز المكونة من ثلاثة أو أربعة خيوط أو أكثر (الشكل 7). يتمتع هيكل ثلاثة خيوط متعامدة بشكل متبادل بأكبر قدر من التطبيق. يمكن أن توجد المقويات في اتجاهات محورية وشعاعية ومحيطية.

يمكن أن تكون المواد ثلاثية الأبعاد بأي سمك في شكل كتل ، أسطوانات. تزيد الأقمشة الضخمة من قوة التقشير ومقاومة القص مقارنةً بالأقمشة ذات الطبقات. يتم بناء نظام من أربعة خيوط عن طريق وضع التعزيز على طول أقطار المكعب. هيكل الخيوط الأربعة متوازن ، وقد زاد من صلابة القص في الطائرات الرئيسية. ومع ذلك ، فإن إنشاء أربع مواد اتجاهية أكثر صعوبة من إنشاء ثلاثة مواد اتجاهية.

أرز. 7. مخطط تقوية المواد المركبة: 1 - مستطيل ، 2 - سداسي ، 3 - مائل ، 4 - بألياف منحنية ، 5 - نظام من الخيوط n

تعتبر المواد المضادة للاحتكاك المعتمدة على مادة البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) هي الأكثر فعالية من حيث الاستخدام في أشد ظروف الاحتكاك الجاف.

يتميز PTFE بمعامل احتكاك ثابت مرتفع إلى حد ما ، ومع ذلك ، أثناء الاحتكاك المنزلق ، يتم تكوين طبقة رقيقة جدًا من البوليمر عالي التوجه على سطح PTFE ، مما يساعد على معادلة معاملات الاحتكاك الثابت والديناميكي والحركة السلسة عند الانزلاق. عندما يتغير اتجاه الانزلاق ، يؤدي وجود طبقة سطحية موجهة إلى زيادة مؤقتة في معامل الاحتكاك ، والتي تتناقص قيمتها مرة أخرى مع إعادة توجيه الطبقة السطحية. أدى سلوك PTFE تحت الاحتكاك إلى استخدامه على نطاق واسع في الصناعة ، حيث يتم استخدام PTFE غير المعبأ بشكل أساسي لإنتاج المحامل. في كثير من الحالات ، يجب أن تعمل المحامل غير المشحمة بسرعات احتكاك أعلى. في الوقت نفسه ، يتميز PTFE غير المعبأ بقيم عالية من معامل الاحتكاك ومعدل التآكل. كمواد للمحامل غير المشحمة التي تعمل في مثل هذه الظروف ، فإن المواد المركبة ، التي غالبًا ما تعتمد على PTFE ، وجدت تطبيقًا واسعًا.

إن أبسط طريقة لتقليل معدل التآكل المرتفع نسبيًا لـ PTFE أثناء الاحتكاك الجاف هي إدخال حشوات المسحوق. في هذه الحالة ، تزداد مقاومة الزحف تحت الضغط ويلاحظ زيادة كبيرة في مقاومة التآكل تحت الاحتكاك الجاف. يتيح إدخال الكمية المثلى من الحشو زيادة مقاومة التآكل حتى 10 4 مرات.

تتمتع البوليمرات والمواد المركبة المبنية عليها بمجموعة فريدة من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية ، بسبب تنافسها بنجاح مع الفولاذ الإنشائي التقليدي والسبائك ، وفي بعض الحالات يكون من المستحيل توفير الخصائص الوظيفية المطلوبة وأداء المنتجات والآلات الخاصة بدون استخدام المواد البوليمرية. إن القابلية العالية للتصنيع والاستهلاك المنخفض للطاقة لتقنيات معالجة البلاستيك إلى منتجات ، جنبًا إلى جنب مع المزايا المذكورة أعلاه لـ PCM ، تجعلها مواد واعدة للغاية لأجزاء الماكينة لأغراض مختلفة.

يتم التعزيز باستخدام ألياف قصيرة بواسطة طرق ميتالورجيا المساحيق ، والتي تتكون من الضغط متبوعًا بالبثق المائي أو دحرجة الفراغات. عند التعزيز بالألياف المستمرة للتركيبات من نوع الساندويتش التي تتكون من طبقات متناوبة من رقائق الألومنيوم والألياف ، يتم استخدام الدرفلة والضغط الساخن واللحام بالانفجار ولحام الانتشار.

من المواد الواعدة جدًا تركيبة "أسلاك الألمنيوم - البريليوم" ، والتي تطبق الخصائص الفيزيائية والميكانيكية العالية لتقوية البريليوم ، وقبل كل شيء ، كثافتها المنخفضة وصلابتها النوعية العالية. يتم الحصول على التركيبات مع سلك البريليوم عن طريق اللحام المنتشر للحزم من الطبقات المتناوبة من أسلاك البريليوم وألواح المصفوفة. تستخدم سبائك الألومنيوم المقواة بأسلاك الفولاذ والبريليوم في صناعة أجزاء جسم الصاروخ وخزانات الوقود.

في تكوين "الألومنيوم - ألياف الكربون" ، يتيح لك الجمع بين التعزيز منخفض الكثافة والمصفوفة إنشاء مواد مركبة ذات قوة وصلابة عالية خاصة. عيب ألياف الكربون هو هشاشتها وتفاعلها العالي. يتم الحصول على تركيبة "الألومنيوم - الكربون" عن طريق تشريب ألياف الكربون بمعدن سائل أو عن طريق طرق ميتالورجيا المساحيق. من الناحية التكنولوجية ، من الأكثر جدوى سحب حزم ألياف الكربون من خلال مصهور الألومنيوم.

مركب "ألمنيوم - كربون" يستخدم في تصميم خزانات وقود المقاتلات الحديثة. نظرًا للقوة والصلابة العالية للمواد ، يتم تقليل كتلة خزانات الوقود بمقدار
ثلاثين٪. تستخدم هذه المادة أيضًا في تصنيع شفرات التوربينات لمحركات التوربينات الغازية للطائرات.

مركب مع مصفوفة معدنية. المواد المركبة على أساس مصفوفة معدنية

المواد المركبة الليفية.

المواد المركبة مع مصفوفة غير معدنية

المواد المركبة مع مصفوفة غير معدنية

اقرأ أيضا

القلاع في أوروبا في العصور الوسطى القلعة عبارة عن مبنى (أو مجمع من المباني) يجمع بين المهام السكنية والدفاعية.

عرض تقديمي بعنوان "في قلعة الفارس" لعرض درس في التاريخ (الصف السادس) حول الموضوع

عرض تقديمي حول موضوع "كيف أرى المستقبل"

الجرس