Kompozit materiallar metal matrisdən ibarətdir(adətən A1, Mg, Ni və onların ərintiləri), yüksək möhkəm liflər (lifli materiallar) və ya incə dispers odadavamlı hissəciklərlə bərkimiş, əsas metalda həll olunmayan (dispersiya ilə gücləndirilmiş materiallar). Metal matris lifləri (dispers hissəciklər) vahid bir bütövlükdə birləşdirir. Lif (dispers hissəciklər) və onu təşkil edən bir dəstə (matris).
düyü. bir
1 - dənəvər (dispersiya ilə gücləndirilmiş) material (l/g-Mən): 2 - diskret lifli kompozit material; 3 - davamlı lifli kompozit material; 4 - liflərin davamlı çəkilməsi; 5 - iki ölçülü lif yığma; 6,7 - liflərin həcmli döşənməsi
və ya başqa bir kompozisiya adını aldı kompozit materiallar(Şəkil 196).
Lifli kompozit materiallar.
Əncirdə. 196 lifli kompozit materialların möhkəmləndirilməsi sxemini göstərir. Lifli doldurucu (möhkəmləndirici) olan kompozit materiallar, lif uzunluğunun diametrinə nisbəti l/d ≈ 10-tL03 olan diskret və l/d = co olan davamlı lifli olanlara bölünür. Diskret liflər matrisdə təsadüfi düzülür. Liflərin diametri fraksiyalardan yüzlərlə mikrometrə qədərdir. Lifin uzunluğunun diametrinə nisbəti nə qədər böyükdürsə, möhkəmlənmə dərəcəsi də bir o qədər yüksəkdir.
Tez-tez kompozit material, hər bir təbəqənin gücləndirildiyi qatlı bir quruluşdur böyük rəqəm paralel davamlı liflər. Hər bir təbəqə, həmçinin, son materiala eninə və uzunluğuna uyğun gələn orijinal forma olan parçaya toxunmuş davamlı liflərlə gücləndirilə bilər. Liflərin üçölçülü strukturlara toxunması qeyri-adi deyil.
Kompozit materiallar adi ərintilərdən daha yüksək dartılma gücü və dözümlülük həddi (50-100%), elastiklik modulu, sərtlik əmsalı ilə fərqlənir. (Ely) və çatlamaya qarşı həssaslığı azaldır. Kompozit materialların istifadəsi strukturun sərtliyini artırır, eyni zamanda metal istehlakını azaldır.
Cədvəl 44
Kompozit materialların mexaniki xassələri metal baza
Kompozit (lifli) materialların möhkəmliyi liflərin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir; matris əsasən möhkəmləndirici elementlər arasında gərginlikləri yenidən bölüşdürməlidir. Buna görə də liflərin möhkəmliyi və elastiklik modulu matrisin möhkəmliyindən və elastiklik modulundan əhəmiyyətli dərəcədə böyük olmalıdır. Sərt möhkəmləndirici liflər yük altında olan kompozisiyada yaranan gərginliyi qəbul edir, lifin istiqaməti istiqamətində ona möhkəmlik və sərtlik verir.
Alüminium, maqnezium və onların ərintilərini gücləndirmək üçün bor istifadə olunur (o in \u003d 2500 - * -3500 MPa, E = 38h-420 GPa) və karbon (st in = 1400-g-3500 MPa, E 160-450 GPa) liflər, həmçinin yüksək möhkəmliyə və elastik modula malik odadavamlı birləşmələrdən (karbidlər, nitridlər, boridlər və oksidlər) liflər. Beləliklə, diametri 100 μm olan silisium karbid lifləri st in = 2500-*m3500 MPa, E= 450 GPa. Çox vaxt liflər kimi yüksək güclü polad tel istifadə olunur.
Titan və onun ərintilərini gücləndirmək üçün molibden məftil, sapfir lifləri, silisium karbid və titan borid istifadə olunur.
Nikel ərintilərinin istilik müqavimətinin artması, onları volfram və ya molibden tel ilə gücləndirməklə əldə edilir. Metal liflər yüksək istilik və elektrik keçiriciliyi tələb olunan hallarda da istifadə olunur. Yüksək güclü və yüksək modullu lifli kompozit materiallar üçün perspektivli sərtləşdiricilər b = 15000-g-28000 MPa və alüminium oksidi və nitrid, silisium karbid və nitrid, bor karbid və s.-dən hazırlanmış bığlardır. E= 400-*-600 GPa.
Cədvəldə. 44 bəzi lifli kompozit materialların xüsusiyyətlərini göstərir.
Metala əsaslanan kompozit materiallar yüksək möhkəmliyə (st in, a_ x) və istilik müqavimətinə malikdir, eyni zamanda aşağı plastikliyə malikdir. Bununla belə, kompozit materiallardakı liflər matrisdə başlayan çatların yayılma sürətini azaldır və qəfil çatlaqları demək olar ki, tamamilə aradan qaldırır.
düyü. 197. Elastiklik modulunun asılılığı E (a) və (b) bor-alüminium kompozit materialında (/) boyunca və enində müvəqqəti müqavimət o (2) bor lifinin həcm tərkibinə dair möhkəmləndirmə oxu
kövrək qırıq. Anizotropiya biroxlu lifli kompozit materialların fərqli xüsusiyyətidir. Mexaniki xüsusiyyətləri liflər boyunca və boyunca və stress konsentratorlarına aşağı həssaslıq.
Əncirdə. 197 asılılığı göstərir və və E(/) boyunca və () boyunca bor lifinin tərkibindən bor-alüminium kompozit material 2 ) möhkəmləndirmə oxu. Liflərin həcmi nə qədər yüksək olarsa, a b, a_ t və bir o qədər yüksəkdir E möhkəmləndirici oxu boyunca. Bununla belə, nəzərə almaq lazımdır ki, matrisin gərginlikləri liflərə yalnız möhkəmləndirici liflə matris arasındakı interfeysdə güclü bir əlaqə olduqda ötürə bilər. Liflər arasında təmasın qarşısını almaq üçün matris bütün lifləri tamamilə əhatə etməlidir ki, bu da onun məzmunu 15-20% -dən az olmadıqda əldə edilir.
İstehsal və ya istismar zamanı matris və lif bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmamalıdır (qarşılıqlı diffuziya olmamalıdır), çünki bu, kompozit materialın gücünün azalmasına səbəb ola bilər.
Müqavimət sahəsini gərginlik sahələri ilə uyğunlaşdırmaqla xassələri optimallaşdırmaq üçün hissələrin layihələndirilməsi zamanı lifli kompozit materialların xassələrinin anizotropiyası nəzərə alınır.
Alüminium, maqnezium və titan ərintilərinin bor, silisium karbid, titan diborid və alüminium oksidin davamlı odadavamlı lifləri ilə möhkəmləndirilməsi istilik müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Kompozit materialların bir xüsusiyyəti zamanla yumşalma sürətinin aşağı olmasıdır (Şəkil 198, a) temperaturun artması ilə.
düyü. 198. Tərkibində 50% bor lifi olan bor-alüminium kompozit materialının uzunmüddətli möhkəmliyi, titan ərintilərinin möhkəmliyi (a) və nikel kompozit materialının çökmə ilə bərkidici ərintilərin möhkəmliyi ilə müqayisədə (a) b):
/ - bor-alüminium kompoziti; 2 - titan ərintisi; 3 - dispersiya ilə gücləndirilmiş kompozit material; 4 - çökmə ilə bərkidici ərintilər
Bir və iki ölçülü möhkəmləndirmə ilə kompozit materialların əsas çatışmazlığı interlaminar kəsmə və eninə kəsilməyə qarşı aşağı müqavimətdir. Bu çatışmazlıq toplu möhkəmləndirmədə materiallardan məhrumdur.
- Polimer, keramika və digər matrislərdən geniş istifadə olunur.
ÜMUMİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ VƏ TƏSNİFAT
Ənənəvi olaraq istifadə olunan metal və qeyri-metal materiallar əsasən struktur möhkəmlik həddinə çatmışdır. Eyni zamanda, müasir texnologiyanın inkişafı aqressiv mühitin, radiasiyanın, dərin vakuumun və yüksək təzyiqlərin təsiri altında güc və temperatur sahələrinin mürəkkəb birləşməsində etibarlı işləyən materialların yaradılmasını tələb edir. Çox vaxt materiallara olan tələblər ziddiyyətli ola bilər. Bu problem kompozit materiallardan istifadə etməklə həll edilə bilər.
kompozit material(CM) və ya kompozit xassələri ilə çox fərqlənən qarşılıqlı həll olunmayan komponentlərdən ibarət toplu heterojen sistem adlanır, strukturu onların hər birinin üstünlüklərindən istifadə etməyə imkan verir.
İnsan CM-nin qurulması prinsipini təbiətdən götürmüşdür. Tipik kompozit materiallar ağac gövdələri, bitki gövdələri, insan və heyvan sümükləridir.
CM-lər heterojen xassələrin verilmiş kombinasiyasına malik olmağa imkan verir: yüksək xüsusi möhkəmlik və sərtlik, istilik müqaviməti, aşınma müqaviməti, istilik qoruyucu xüsusiyyətlər və s. CM xassələrinin spektrini adi materiallardan istifadə etməklə əldə etmək mümkün deyil. Onların istifadəsi əvvəllər əlçatmaz, prinsipcə yeni dizaynlar yaratmağa imkan verir.
CM sayəsində mühərrik gücünün artırılmasında, maşın və konstruksiyaların kütləsinin azaldılmasında, nəqliyyat vasitələrinin və aerokosmik vasitələrin çəki səmərəliliyinin artırılmasında yeni keyfiyyət sıçrayışı mümkün olmuşdur.
Bu şərtlər altında işləyən materialların mühüm xüsusiyyətləri xüsusi möhkəmlik σ /ρ və xüsusi sərtlikdir E/ρ, burada σ in - müvəqqəti müqavimət, E normal elastiklik modulu, ρ materialın sıxlığıdır.
Yüksək möhkəmlikli ərintilər, bir qayda olaraq, aşağı çevikliyə, gərginlik konsentratorlarına yüksək həssaslığa və yorğunluq çatlarının inkişafına nisbətən aşağı müqavimətə malikdir. Kompozit materiallar da aşağı çevikliyə malik ola bilsələr də, onlar gərginlik konsentratorlarına daha az həssasdırlar və yorğunluq çatışmazlığına daha yaxşı müqavimət göstərirlər. Bu, yüksək möhkəmlikli polad və ərintilərdə çatların əmələ gəlməsinin müxtəlif mexanizmləri ilə bağlıdır. Yüksək möhkəmlikli poladlarda kritik ölçüyə çatan çat, daha sonra mütərəqqi sürətlə inkişaf edir.
Kompozit materiallarda başqa bir mexanizm işləyir. Matrisdə hərəkət edən çat, matris-lif interfeysində bir maneə ilə qarşılaşır. Liflər çatların inkişafına mane olur və onların plastik matrisdə olması qırılma sərtliyinin artmasına səbəb olur.
Beləliklə, kompozit sistem konstruktiv materiallar üçün tələb olunan iki əks xassələri birləşdirir - yüksək möhkəm liflər sayəsində yüksək möhkəmlik və plastik matris və qırılma enerjisinin yayılması mexanizmi sayəsində kifayət qədər qırılma möhkəmliyi.
CM-lər nisbətən plastik matris material bazasından və doldurucu olan daha sərt və güclü komponentlərdən ibarətdir. CM-nin xassələri bazanın, doldurucuların xüsusiyyətlərindən və onlar arasındakı əlaqənin gücündən asılıdır.
Matris kompozisiyanı monolitə bağlayır, ona forma verir və xarici yükləri dolduruculardan möhkəmləndirməyə ötürməyə xidmət edir. Əsas materialdan asılı olaraq, CM-lər metal matris və ya metal kompozit materiallar (MCM), polimer-polimer kompozit materiallar (PCM) və keramika-keramik kompozit materiallar (CMC) ilə fərqlənir.
CM-lərin gücləndirilməsində aparıcı rolu tez-tez adlandırılan doldurucular oynayır bərkidicilər. Onlar yüksək gücə, sərtliyə və elastiklik moduluna malikdirlər. Möhkəmləndirici doldurucuların növünə görə CM-lər bölünür dispersiya ilə gücləndirilmişdir,lifli və laylı(Şəkil 28.2).
düyü. 28.2. Kompozit materialların quruluş sxemləri: a) dispersiya ilə gücləndirilmiş; b) lifli; in) qatlı
Karbidlərin, oksidlərin, nitridlərin və s.-nin incə, bərabər paylanmış odadavamlı hissəcikləri, matrislə qarşılıqlı təsir göstərməyən və fazaların ərimə nöqtəsinə qədər orada həll olunmayan hissəcikləri süni şəkildə dispersiya ilə bərkimiş CM-lərə daxil edilir. Doldurucu hissəciklər nə qədər kiçik olsa və aralarındakı məsafə nə qədər kiçik olsa, CM daha güclüdür. Liflidən fərqli olaraq, dispersiya ilə gücləndirilmiş CM-lərdə əsas daşıyıcı element matrisdir. Dispers doldurucu hissəciklərin ansamblı, plastik deformasiyaya mane olan yük altında dislokasiyaların hərəkətinə müqavimət sayəsində materialı gücləndirir. Dislokasiyaların hərəkətinə təsirli müqavimət matrisin ərimə temperaturuna qədər yaradılır, bunun sayəsində dispersiya ilə gücləndirilmiş CM-lər yüksək istilik müqaviməti və sürünmə müqaviməti ilə xarakterizə olunur.
Lifli CM-də möhkəmləndirmə müxtəlif formalı liflər ola bilər: iplər, lentlər, müxtəlif toxunuşların meshləri. Lifli CM-nin möhkəmləndirilməsi biroxlu, ikioxlu və üçoxlu sxemə əsasən həyata keçirilə bilər (Şəkil 28.3, a).
Belə materialların gücü və sərtliyi əsas yükü götürən möhkəmləndirici liflərin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Möhkəmləndirmə gücdə daha çox artım verir, lakin dispersiyanın sərtləşməsi texnoloji cəhətdən daha asandır.
Qatlı kompozit materiallar (Şəkil 28.3, b) doldurucu və matris materialının alternativ təbəqələrindən (sendviç növü) ibarətdir. Belə CM-lərdə doldurucu təbəqələr müxtəlif istiqamətlərə malik ola bilər. Müxtəlif mexaniki xüsusiyyətlərə malik olan müxtəlif materiallardan doldurucu qatlarını alternativ olaraq istifadə etmək mümkündür. Qatlı kompozisiyalar üçün adətən qeyri-metal materiallar istifadə olunur.
düyü. 28.3. Lifli möhkəmləndirmə sxemləri ( a) və laylı ( b) kompozit materiallar
DISPERSİYALA MƏRTƏKLƏŞMİŞ KOMPOZİT MATERİALLAR
Dispersiyanın gücləndirilməsi zamanı hissəciklər matrisdəki sürüşmə proseslərini bloklayır. Matrislə minimal qarşılıqlı təsir şəraitində sərtləşmənin effektivliyi hissəciklərin növündən, onların həcm konsentrasiyasından, həmçinin matrisdə paylanmanın vahidliyindən asılıdır. Al 2 O 3, SiO 2, BN, SiC kimi odadavamlı fazaların səpələnmiş hissəciklərini tətbiq edin, aşağı sıxlığa və yüksək elastiklik moduluna malikdir. CM adətən toz metallurgiyası tərəfindən istehsal olunur, bunun mühüm üstünlüyü müxtəlif istiqamətlərdə xassələrin izotropiyasıdır.
Sənayedə adətən alüminium və daha nadir hallarda nikel əsasları üzərində dispersiya ilə gücləndirilmiş CM-lərdən istifadə olunur. Bu tip kompozit materialların xarakterik nümayəndələri alüminium oksidin dağılmış hissəcikləri ilə gücləndirilmiş alüminium matrisdən ibarət SAP tipli materiallardır (sinterlənmiş alüminium tozu). Alüminium tozu, ərimiş metalın püskürtülməsi, ardınca bilyalı dəyirmanlarda oksigenin iştirakı ilə təxminən 1 mikron ölçüsünə qədər üyüdülməsi ilə əldə edilir. Taşlama müddətinin artması ilə toz daha incə olur və tərkibindəki alüminium oksidin miqdarı artır. SAP-dan məhsulların və yarımfabrikatların istehsalının sonrakı texnologiyasına soyuq presləmə, əvvəlcədən sinterləmə, isti presləmə, yuvarlanan alüminium parçanın əlavə istilik müalicəsinə məruz qala bilən hazır məhsullar şəklində ekstruziyası daxildir.
SAP tipli ərintilər isti vəziyyətdə qənaətbəxş şəkildə deformasiya olunur və 6-9% Al 2 O 3 olan ərintilər də otaq temperaturunda deformasiya olunur. Onlardan 0,03 mm-ə qədər qalınlığı olan folqa əldə etmək üçün soyuq rəsm istifadə edilə bilər. Bu materiallar yaxşı işlənmişdir və yüksək korroziyaya davamlıdır.
Rusiyada istifadə edilən SAP markaları 6-23% Al 2 O 3 ehtiva edir. SAP-1 6-9, SAP-2 - 9-13, SAP-3 - 13-18% Al 2 O 3 tərkibi ilə seçilir. Alüminium oksidin həcm konsentrasiyasının artması ilə kompozit materialların gücü artır. Otaq temperaturunda SAP-1-in möhkəmlik xüsusiyyətləri aşağıdakı kimidir: σ in = 280 MPa, σ 0,2 = 220 MPa; SAP-3 aşağıdakılardır: σ \u003d 420 MPa, σ 0,2 \u003d 340 MPa.
SAP tipli materiallar yüksək istilik müqavimətinə malikdir və bütün işlənmiş alüminium ərintilərindən üstündür. Hətta 500 °C temperaturda onların σ 60-110 MPa-dan az deyil. İstilik müqaviməti dispers hissəciklərin yenidən kristallaşma prosesinə gecikdirici təsiri ilə izah olunur. SAP tipli ərintilərin möhkəmlik xüsusiyyətləri çox sabitdir. SAP-3 tipli ərintilərin 2 il ərzində uzunmüddətli möhkəmlik sınaqları həm otaq temperaturunda, həm də 500 ° C-yə qədər qızdırıldıqda xassələrin səviyyəsinə praktiki olaraq heç bir təsir göstərməmişdir. 400 °C-də SAP gücü yaşlanmadan 5 dəfə yüksəkdir alüminium ərintiləri.
SAP tipli ərintilərdən istifadə olunur aviasiya texnologiyası 300-500 °C-ə qədər temperaturda işləyən yüksək xüsusi möhkəmliyə və korroziyaya davamlı hissələrin istehsalı üçün. Onlardan piston çubuqları, kompressor bıçaqları, yanacaq elementlərinin qabıqları və istilik dəyişdirici borular hazırlanır.
CM silisium karbid SiC-nin dağılmış hissəciklərindən istifadə edərək toz metallurgiyası ilə əldə edilir. Kimyəvi birləşmə SiC bir sıra müsbət xüsusiyyətlərə malikdir: yüksək ərimə nöqtəsi (2650 ° C-dən çox), yüksək möhkəmlik (təxminən 2000 MPa) və elastik modul (> 450 GPa), aşağı sıxlıq (3200 kq / m 3) və yaxşı korroziya. müqavimət. Aşındırıcı silisium tozlarının istehsalı sənaye tərəfindən mənimsənilib.
Alüminium ərintisi və SiC tozları qarışdırılır, aşağı təzyiq altında ilkin sıxılmaya məruz qalır, sonra matris ərintisinin ərimə temperaturunda, yəni bərk maye vəziyyətdə vakuumda polad qablarda isti preslənir. Yaranan iş parçası lazımi forma və ölçüdə yarımfabrikat əldə etmək üçün ikinci dərəcəli deformasiyaya məruz qalır: təbəqələr, çubuqlar, profillər və s.
Kompozit materiallar yüksək möhkəm liflərlə (lifli materiallar) və ya əsas metalda həll edilməyən (dispersiya ilə gücləndirilmiş materiallar) incə dispersli odadavamlı hissəciklərlə möhkəmləndirilmiş metal matrisdən (daha çox Al, Mg, Ni və onların ərintilərindən) ibarətdir. Metal matris lifləri (dispers hissəciklər) vahid bir bütövlükdə birləşdirir. Müəyyən bir kompozisiyanı təşkil edən lif (dispers hissəciklər) və bir bağlayıcı (matris) kompozit materiallar adlanır.
Qeyri-metal matrisli kompozit materiallar
Qeyri-metal matrisli kompozit materiallar geniş tətbiq tapmışdır. Qeyri-metal matrislər kimi polimer, karbon və keramika materialları. Polimer matrislərindən ən çox istifadə olunanlar epoksi, fenol-formaldehid və poliamiddir.
Kokslaşdırılmış karbon matrisləri və ya pirolizə məruz qalmış sintetik polimerlərdən alınan pirokarbon. Matris kompozisiyanı bağlayır, ona forma verir. Gücləndiricilər liflərdir: şüşə, karbon, bor, üzvi, bığlara əsaslanan (oksidlər, karbidlər, boridlər, nitridlər və s.), həmçinin yüksək möhkəmliyə və sərtliyə malik olan metal (tellər).
Kompozit materialların xassələri komponentlərin tərkibindən, onların birləşməsindən, kəmiyyət nisbətindən və aralarındakı bağlanma gücündən asılıdır.
Möhkəmləndirici materiallar liflər, yedəklər, iplər, lentlər, çox qatlı parçalar şəklində ola bilər.
Orientasiya edilmiş materiallarda sərtləşdiricinin tərkibi 60-80 vol.%, qeyri-orientasiyalı (diskret liflər və bığlarla) - 20-30 vol.% təşkil edir. Liflərin gücü və elastiklik modulu nə qədər yüksəkdirsə, kompozit materialın möhkəmliyi və sərtliyi bir o qədər yüksəkdir. Matrisin xassələri kəsmə və sıxılmada kompozisiyanın gücünü və yorğunluq çatışmazlığına qarşı müqavimətini müəyyən edir.
Sərtləşdiricinin növünə görə kompozit materiallar şüşə liflərə, karbon lifli karbon liflərinə, bor liflərinə və orqan liflərinə bölünür.
Laminatlı materiallarda, bir bağlayıcı ilə hopdurulmuş liflər, iplər, lentlər döşəmə müstəvisində bir-birinə paralel olaraq qoyulur. Düz təbəqələr plitələrə yığılır. Xüsusiyyətləri anizotropikdir. Məhsuldakı materialın işləməsi üçün hərəkət edən yüklərin istiqamətini nəzərə almaq vacibdir. Həm izotrop, həm də anizotrop xüsusiyyətlərə malik materiallar yarada bilərsiniz. Kompozit materialların xüsusiyyətlərini dəyişdirərək, lifləri müxtəlif açılarda qoya bilərsiniz. Materialın əyilmə və burulma sərtliyi paketin qalınlığı boyunca təbəqələrin qoyulması qaydasından asılıdır.
Üç, dörd və ya daha çox ipdən ibarət möhkəmləndirici elementlərin çəkilməsi istifadə olunur.
Üç qarşılıqlı perpendikulyar ipin quruluşu ən çox tətbiq olunur. Sərtləşdiricilər eksenel, radial və dairəvi istiqamətlərdə yerləşdirilə bilər.
Üç ölçülü materiallar bloklar, silindrlər şəklində istənilən qalınlıqda ola bilər. Həcmli parçalar təbəqəli parçalarla müqayisədə soyma gücünü və kəsilmə müqavimətini artırır. Kubun diaqonalları boyunca gücləndirici maddənin genişləndirilməsi ilə dörd ipdən ibarət bir sistem qurulur. Dörd ipin quruluşu balanslaşdırılmışdır, əsas təyyarələrdə kəsmə sərtliyini artırmışdır.
Bununla belə, dörd istiqamətli material yaratmaq üç istiqamətli material yaratmaqdan daha çətindir.
Bu tip kompozit materiallara alüminium oksidin dağılmış hissəcikləri ilə gücləndirilmiş alüminium olan SAP (sinterlənmiş alüminium tozu) kimi materiallar daxildir. Alüminium tozu, ərimiş metalın püskürtülməsi, ardınca bilyalı dəyirmanlarda oksigenin iştirakı ilə təxminən 1 mikron ölçüsünə qədər üyüdülməsi ilə əldə edilir. Taşlama müddətinin artması ilə toz daha incə olur və tərkibindəki alüminium oksidin miqdarı artır. SAP-dan məhsulların və yarımfabrikatların istehsalının sonrakı texnologiyasına soyuq presləmə, əvvəlcədən sinterləmə, isti presləmə, yuvarlanan alüminium parçanın əlavə istilik müalicəsinə məruz qala bilən hazır məhsullar şəklində ekstruziyası daxildir.
SAP tipli ərintilər aviasiya texnologiyasında 300-500 °C-ə qədər temperaturda işləyən yüksək xüsusi möhkəmliyə və korroziyaya davamlı hissələrin istehsalı üçün istifadə olunur. Onlardan piston çubuqları, kompressor bıçaqları, yanacaq elementlərinin qabıqları və istilik dəyişdirici borular hazırlanır.
Alüminium və onun ərintilərinin polad məftillə möhkəmləndirilməsi onların gücünü artırır, elastiklik modulunu, yorğunluğa qarşı müqavimətini artırır və materialın temperatur diapazonunu uzadır.
Qısa liflərlə möhkəmləndirmə presdən sonra hidroekstruziya və ya blankların yuvarlanmasından ibarət toz metallurgiya üsulları ilə həyata keçirilir. Alternativ təbəqələrdən ibarət sendviç tipli kompozisiyaların davamlı lifləri ilə gücləndirildikdə alüminium folqa və liflər, yayma, isti presləmə, partlayış qaynağı, diffuziya qaynağı istifadə olunur.
Çox perspektivli material berillium armaturunun yüksək fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərini və ilk növbədə onun aşağı sıxlığını və yüksək xüsusi sərtliyini reallaşdıran alüminium-berillium məftil tərkibidir. Berilyum məftilli kompozisiyalar, berilyum məftilinin və matris təbəqələrinin alternativ təbəqələrindən paketlərin diffuziya qaynağı ilə əldə edilir. Polad və berilyum məftillərlə gücləndirilmiş alüminium ərintiləri raketin gövdə hissələrini və yanacaq çənlərini hazırlamaq üçün istifadə olunur.
"Alüminium - karbon lifi" tərkibində aşağı sıxlıqlı armatur və matrisin birləşməsi yüksək xüsusi möhkəmliyə və sərtliyə malik kompozit materiallar yaratmağa imkan verir. Karbon liflərinin dezavantajı onların kövrəkliyi və yüksək reaktivliyidir. Alüminium-karbon tərkibi karbon liflərinin maye metal ilə hopdurulması və ya toz metallurgiya üsulları ilə əldə edilir. Texnoloji cəhətdən, karbon liflərinin dəstələrini alüminium əriməsi vasitəsilə çəkmək ən sadədir.
Alüminium-karbon kompoziti müasir qırıcıların yanacaq çənlərinin dizaynında istifadə olunur. Materialın yüksək xüsusi gücü və sərtliyi sayəsində yanacaq çənlərinin kütləsi 30% azalır. Bu material həm də təyyarə qaz turbin mühərrikləri üçün turbin qanadlarının istehsalı üçün istifadə olunur.
Qeyri-metal matrisli kompozit materiallar
Qeyri-metal matrisli kompozit materiallar sənayedə geniş istifadə olunur. Qeyri-metal matrislər kimi polimer, karbon və keramika materiallardan istifadə olunur. Polimer matrislərdən ən çox istifadə olunanları epoksi, fenol-formaldehid və poliamiddir. Karbon matrisləri kokslanır və ya pirolizə (parçalanma, parçalanma) məruz qalan sintetik polimerlərdən alınır. Matris kompozisiyanı bağlayır, ona forma verir. Gücləndiricilər liflərdir: şüşə, karbon, bor, üzvi, bığlara əsaslanan (oksidlər, karbidlər, boridlər, nitridlər və s.), eləcə də yüksək möhkəmliyə və sərtliyə malik olan metal (tellər).
Kompozit materialların xassələri komponentlərin tərkibindən, onların birləşməsindən, kəmiyyət nisbətindən və aralarındakı bağlanma gücündən asılıdır.
İstiqamətləndirilmiş materiallarda sərtləşdiricinin tərkibi 60-80 vol. %, qeyri-oriented (diskret liflər və bığ ilə) - 20 - 30 vol. %. Liflərin gücü və elastiklik modulu nə qədər yüksəkdirsə, kompozit materialın möhkəmliyi və sərtliyi bir o qədər yüksəkdir. Matrisin xassələri kəsmə və sıxılmada kompozisiyanın gücünü və yorğunluq çatışmazlığına qarşı müqavimətini müəyyən edir.
Sərtləşdiricinin növünə görə kompozit materiallar şüşə liflərə, karbon lifli karbon liflərinə, bor liflərinə və orqan liflərinə bölünür.
Laminatlı materiallarda, bir bağlayıcı ilə hopdurulmuş liflər, iplər, lentlər döşəmə müstəvisində bir-birinə paralel olaraq qoyulur. Planar təbəqələr plitələrə yığılır. Xüsusiyyətləri anizotropikdir. Məhsuldakı materialın işləməsi üçün hərəkət edən yüklərin istiqamətini nəzərə almaq vacibdir. Həm izotrop, həm də anizotrop xüsusiyyətlərə malik materiallar yarada bilərsiniz. Kompozit materialların xüsusiyyətlərini dəyişdirərək, lifləri müxtəlif açılarda qoya bilərsiniz. Materialın əyilmə və burulma sərtliyi paketin qalınlığı boyunca təbəqələrin qoyulması qaydasından asılıdır.
Üç, dörd və ya daha çox ipdən ibarət möhkəmləndirici elementlərin yığılması istifadə olunur (şəkil 7). Üç qarşılıqlı perpendikulyar ipin quruluşu ən çox tətbiq olunur. Sərtləşdiricilər eksenel, radial və dairəvi istiqamətlərdə yerləşdirilə bilər.
Üç ölçülü materiallar bloklar, silindrlər şəklində istənilən qalınlıqda ola bilər. Həcmli parçalar təbəqəli parçalarla müqayisədə soyma gücünü və kəsilmə müqavimətini artırır. Armaturun kubun diaqonalları boyunca yerləşdirilməsi ilə dörd ipdən ibarət bir sistem qurulur. Dörd ipin quruluşu balanslaşdırılmışdır, əsas təyyarələrdə kəsmə sərtliyini artırmışdır. Bununla belə, dörd istiqamətli material yaratmaq üç istiqamətli material yaratmaqdan daha çətindir.
düyü. 7. Kompozit materialların möhkəmləndirilməsi sxemi: 1-düzbucaqlı, 2-altıbucaqlı, 3- əyri, 4- əyri liflərlə, 5- n sapdan ibarət sistem
Quru sürtünmənin ən ağır şərtlərində istifadə baxımından ən təsirli olan politetrafloroetilen (PTFE) əsasında sürtünməyə qarşı materiallardır.
PTFE kifayət qədər yüksək statik sürtünmə əmsalı ilə xarakterizə olunur, lakin sürüşmə sürtünməsi zamanı PTFE-nin səthində yüksək yönümlü polimerin çox nazik təbəqəsi əmələ gəlir ki, bu da sürüşmə zamanı statik və dinamik sürtünmə əmsallarını və hamar hərəkəti bərabərləşdirməyə kömək edir. Sürüşmə istiqaməti dəyişdirildikdə, istiqamətlənmiş səth filminin olması sürtünmə əmsalının müvəqqəti artmasına səbəb olur, səth təbəqəsi yenidən istiqamətləndirildikdə dəyəri yenidən azalır. Sürtünmə altında PTFE-nin bu davranışı, doldurulmamış PTFE-nin əsasən rulmanların istehsalı üçün istifadə edildiyi sənayedə geniş istifadəsinə səbəb oldu. Bir çox hallarda, yağlanmayan rulmanlar daha yüksək sürtünmə sürətində işləməlidir. Eyni zamanda, doldurulmamış PTFE yüksək sürtünmə əmsalı və aşınma dərəcəsi ilə xarakterizə olunur. Belə şəraitdə işləyən yağlanmayan podşipniklər üçün materiallar kimi, əksər hallarda PTFE-yə əsaslanan kompozit materiallar geniş tətbiq tapmışdır.
Quru sürtünmə zamanı PTFE-nin nisbətən yüksək aşınma dərəcəsini azaltmağın ən sadə yolu tozlu doldurucuların tətbiqidir. Bu halda, sıxılma altında sürünmə müqaviməti artır və quru sürtünmə altında aşınma müqavimətinin əhəmiyyətli dərəcədə artması müşahidə olunur. Optimal miqdarda doldurucunun tətbiqi aşınma müqavimətini 104 dəfəyə qədər artırmağa imkan verir.
Polimerlər və onların əsasında hazırlanmış kompozit materiallar unikal fiziki və mexaniki xassələrə malikdir, buna görə də ənənəvi konstruksiya poladları və ərintiləri ilə uğurla rəqabət aparır və bəzi hallarda xüsusi məmulatların və maşınların tələb olunan funksional xüsusiyyətlərini və məhsuldarlığını təmin etmək mümkün olmur. polimer materiallardan istifadə etmədən. Plastiklərin məhsula çevrilməsi texnologiyalarının yüksək istehsal qabiliyyəti və aşağı enerji sərfiyyatı PCM-in yuxarıda qeyd olunan üstünlükləri ilə birlikdə onları müxtəlif təyinatlı maşın hissələri üçün çox perspektivli materiallara çevirir.
Bu tip kompozit materiallara alüminium oksidin dağılmış hissəcikləri ilə gücləndirilmiş alüminium olan SAP (sinterlənmiş alüminium tozu) kimi materiallar daxildir. Alüminium tozu, ərimiş metalın püskürtülməsi, ardınca bilyalı dəyirmanlarda oksigenin iştirakı ilə təxminən 1 mikron ölçüsünə qədər üyüdülməsi ilə əldə edilir. Taşlama müddətinin artması ilə toz daha incə olur və tərkibindəki alüminium oksidin miqdarı artır. SAP-dan məhsulların və yarımfabrikatların istehsalının sonrakı texnologiyasına soyuq presləmə, əvvəlcədən sinterləmə, isti presləmə, yuvarlanan alüminium parçanın əlavə istilik müalicəsinə məruz qala bilən hazır məhsullar şəklində ekstruziyası daxildir.
SAP tipli ərintilər aviasiya texnologiyasında 300-500 °C-ə qədər temperaturda işləyən yüksək xüsusi möhkəmliyə və korroziyaya davamlı hissələrin istehsalı üçün istifadə olunur. Onlardan piston çubuqları, kompressor bıçaqları, yanacaq elementlərinin qabıqları və istilik dəyişdirici borular hazırlanır.
Alüminium və onun ərintilərinin polad məftillə möhkəmləndirilməsi onların gücünü artırır, elastiklik modulunu, yorğunluğa qarşı müqavimətini artırır və materialın temperatur diapazonunu uzadır.
Qısa liflərlə möhkəmləndirmə presdən sonra hidroekstruziya və ya blankların yuvarlanmasından ibarət toz metallurgiya üsulları ilə həyata keçirilir. Alüminium folqa və liflərin alternativ təbəqələrindən ibarət sendviç tipli kompozisiyaların davamlı lifləri ilə möhkəmləndirildikdə, yayma, isti presləmə, partlayış qaynağı və diffuziya qaynağı istifadə olunur.
Çox perspektivli material berillium armaturunun yüksək fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərini və ilk növbədə onun aşağı sıxlığını və yüksək xüsusi sərtliyini həyata keçirən "alüminium - berillium məftil" kompozisiyasıdır. Berilyum məftilli kompozisiyalar, berilyum məftilinin və matris təbəqələrinin alternativ təbəqələrindən paketlərin diffuziya qaynağı ilə əldə edilir. Polad və berilyum məftillərlə gücləndirilmiş alüminium ərintiləri raketin gövdə hissələrini və yanacaq çənlərini hazırlamaq üçün istifadə olunur.
"Alüminium - karbon lifləri" tərkibində aşağı sıxlıqlı armatur və matrisin birləşməsi yüksək xüsusi möhkəmliyə və sərtliyə malik kompozit materiallar yaratmağa imkan verir. Karbon liflərinin dezavantajı onların kövrəkliyi və yüksək reaktivliyidir. "Alüminium - karbon" tərkibi karbon liflərinin maye metal ilə hopdurulması və ya toz metallurgiya üsulları ilə əldə edilir. Texnoloji cəhətdən, karbon liflərinin dəstələrini alüminium əriməsi vasitəsilə çəkmək ən sadədir.
Müasir qırıcıların yanacaq çənlərinin dizaynında kompozit "alüminium-karbon" istifadə olunur. Materialın yüksək xüsusi gücü və sərtliyi sayəsində yanacaq çənlərinin kütləsi azalır
otuz %. Bu material həm də təyyarə qaz turbin mühərrikləri üçün turbin qanadlarının istehsalı üçün istifadə olunur.
