Materialet e përbëra përbëhen nga një matricë metalike(zakonisht A1, Mg, Ni dhe lidhjet e tyre), e ngurtësuar me fibra me rezistencë të lartë (materiale fibroze) ose grimca zjarrduruese të shpërndara imët, i pazgjidhshëm në metalin bazë (materiale të forcuara me dispersion). Matrica metalike lidh fijet (grimcat e shpërndara) në një tërësi të vetme. Fibra (grimca të shpërndara) plus një tufë (matricë) që e përbëjnë atë
Oriz. një
1 - material granular (i përforcuar me dispersion). (l/d- Unë): 2 - material kompozit fijor diskret; 3 - material i përbërë vazhdimisht fibroz; 4 - shtrimi i vazhdueshëm i fibrave; 5 - grumbullimi i fibrave dydimensionale; 6,7 - shtrimi vëllimor i fibrave
ose një përbërje tjetër, mori emrin materiale të përbëra(Fig. 196).
Materialet e përbëra fibroze.
Në fig. 196 tregon skemën e përforcimit të materialeve të përbëra fibroze. Materialet e përbëra me mbushës fijor (përforcues) ndahen në diskrete, në të cilat raporti i gjatësisë së fibrës me diametrin është l/d ≈ 10-tL03 dhe me fibër të vazhdueshme, në të cilën l/d = co. Fijet diskrete janë rregulluar rastësisht në matricë. Diametri i fibrave është nga fraksionet në qindra mikrometra. Sa më i madh të jetë raporti i gjatësisë me diametrin e fibrës, aq më e lartë është shkalla e forcimit.
Shpesh një material i përbërë është një strukturë me shtresa në të cilën çdo shtresë është e përforcuar një numër i madh fijet e vazhdueshme paralele. Çdo shtresë mund të përforcohet gjithashtu me fibra të vazhdueshme të endura në një pëlhurë, e cila është forma origjinale, që korrespondon në gjerësi dhe gjatësi me materialin përfundimtar. Nuk është e pazakontë që fibrat të thuren në struktura tredimensionale.
Materialet e përbëra ndryshojnë nga lidhjet konvencionale në vlerat më të larta të forcës në tërheqje dhe kufirit të qëndrueshmërisë (me 50-100%), modulin e elasticitetit, koeficientin e ngurtësisë. (Ely) dhe reduktuar ndjeshmërinë ndaj plasaritjes. Përdorimi i materialeve të përbëra rrit ngurtësinë e strukturës duke reduktuar konsumin e saj metalik.
Tabela 44
Vetitë mekanike të materialeve të përbëra në bazë metalike
Forca e materialeve të përbëra (fibroze) përcaktohet nga vetitë e fibrave; matrica duhet të rishpërndajë kryesisht sforcimet ndërmjet elementëve përforcues. Prandaj, forca dhe moduli i elasticitetit të fibrave duhet të jetë dukshëm më i madh se forca dhe moduli i elasticitetit të matricës. Fijet e ngurtë përforcuese perceptojnë sforcimet që lindin në përbërje nën ngarkim, i japin asaj forcë dhe ngurtësi në drejtim të orientimit të fibrës.
Për të forcuar aluminin, magnezin dhe lidhjet e tyre, përdoret bor (o në \u003d 2500 - * -3500 MPa, E = 38h-420 GPa) dhe karboni (st in = 1400-g-3500 MPa, E 160-450 GPa) fibra, si dhe fibra nga komponime zjarrduruese (karbide, nitride, boride dhe okside) me forcë të lartë dhe modul elastik. Pra, fibrat e karbitit të silikonit me një diametër prej 100 μm kanë st in = 2500-*m3500 MPa, E= 450 GPa. Shpesh, tela çeliku me rezistencë të lartë përdoret si fije.
Për të përforcuar titanin dhe lidhjet e tij, përdoren tela molibden, fibra safiri, karabit silikoni dhe boridi i titanit.
Rritja e rezistencës ndaj nxehtësisë së lidhjeve të nikelit arrihet duke i përforcuar ato me tel tungsteni ose molibden. Fijet metalike përdoren edhe në rastet kur kërkohet përçueshmëri e lartë termike dhe elektrike. Ngurtësues premtues për materialet kompozite fibroze me rezistencë të lartë dhe me modul të lartë janë mustaqet e bëra nga oksidi dhe nitridi i aluminit, karbidi dhe nitridi i silikonit, karabi i borit, etj., që kanë një b = 15000-g-28000 MPa dhe E= 400-*-600 GPa.
Në tabelë. 44 tregon vetitë e disa materialeve të përbëra fibroze.
Materialet e përbëra me bazë metali kanë qëndrueshmëri të lartë (st in, a_ x) dhe rezistencë ndaj nxehtësisë, në të njëjtën kohë kanë plasticitet të ulët. Megjithatë, fibrat në materialet e përbëra zvogëlojnë shpejtësinë e përhapjes së çarjeve që fillojnë në matricë dhe eliminojnë pothuajse plotësisht të papriturat.
Oriz. 197. Varësia e modulit të elasticitetit E (a) dhe rezistencë e përkohshme o në (b) materiali i përbërë bor-alumin përgjatë (/) dhe përtej (2) boshti i përforcimit në përmbajtjen vëllimore të fibrës së borit
frakturë e brishtë. Anizotropia është një tipar dallues i materialeve të përbëra fibroze njëaksiale. vetitë mekanike përgjatë dhe përgjatë fibrave dhe ndjeshmëri e ulët ndaj përqendruesve të stresit.
Në fig. 197 tregon varësinë dhe në dhe E material i përbërë bor-alumin nga përmbajtja e fibrës së borit përgjatë (/) dhe përgjatë ( 2 ) boshti i armaturës. Sa më e lartë të jetë përmbajtja vëllimore e fibrave, aq më e lartë është a b, a_ t dhe E përgjatë boshtit të armaturës. Megjithatë, duhet të merret parasysh se matrica mund të transferojë sforcimet tek fibrat vetëm kur ka një lidhje të fortë në ndërfaqen midis fibrës përforcuese dhe matricës. Për të parandaluar kontaktin midis fibrave, matrica duhet të rrethojë plotësisht të gjitha fibrat, gjë që arrihet kur përmbajtja e saj është jo më pak se 15-20%.
Matrica dhe fibra nuk duhet të ndërveprojnë me njëra-tjetrën (nuk duhet të ketë difuzion të ndërsjellë) gjatë prodhimit ose funksionimit, pasi kjo mund të çojë në një ulje të forcës së materialit të përbërë.
Anizotropia e vetive të materialeve të përbëra fibroze merret parasysh kur projektohen pjesë për të optimizuar vetitë duke përputhur fushën e rezistencës me fushat e stresit.
Përforcimi i lidhjeve të aluminit, magnezit dhe titanit me fibra të vazhdueshme zjarrduruese të borit, karbitit të silikonit, diboridit të titanit dhe oksidit të aluminit rrit ndjeshëm rezistencën ndaj nxehtësisë. Një tipar i materialeve të përbëra është shkalla e ulët e zbutjes me kalimin e kohës (Fig. 198, a) me një rritje të temperaturës.
Oriz. 198. Fortësia afatgjatë e një materiali të përbërë bor-alumin që përmban 50% fibër bor, në krahasim me forcën e lidhjeve të titanit (a) dhe forcën afatgjatë të një materiali të përbërë nikelit në krahasim me forcën e lidhjeve të forcimit të reshjeve ( b):
/ - kompozit bor-alumin; 2 - aliazh titani; 3 - material kompozit i përforcuar me dispersion; 4 - lidhjet e forcimit të reshjeve
Disavantazhi kryesor i materialeve të përbëra me përforcim një dhe dy-dimensional është rezistenca e ulët ndaj prerjes ndërfletore dhe prerjes tërthore. Kjo mangësi është e privuar nga materialet në përforcimin me shumicë.
- Matricat polimer, qeramike dhe të tjera përdoren gjerësisht.
KARAKTERISTIKAT E PËRGJITHSHME DHE KLASIFIKIMI
Materialet metalike dhe jometalike të përdorura tradicionalisht kanë arritur në masë të madhe kufirin e tyre të forcës strukturore. Në të njëjtën kohë, zhvillimi i teknologjisë moderne kërkon krijimin e materialeve që funksionojnë në mënyrë të besueshme në një kombinim kompleks të fushave të forcës dhe temperaturës, nën ndikimin e mediave agresive, rrezatimit, vakumit të thellë dhe presioneve të larta. Shpesh, kërkesat për materialet mund të jenë kontradiktore. Ky problem mund të zgjidhet duke përdorur materiale të përbëra.
material i përbërë(CM) ose i përbërë quhet një sistem heterogjen në masë i përbërë nga përbërës të pazgjidhshëm reciprokisht që ndryshojnë shumë në vetitë, struktura e të cilave ju lejon të përdorni avantazhet e secilit prej tyre.
Njeriu e huazoi parimin e ndërtimit të CM nga natyra. Materialet tipike të përbëra janë trungjet e pemëve, kërcellet e bimëve, kockat e njeriut dhe të kafshëve.
CM-të bëjnë të mundur që të ketë një kombinim të caktuar të vetive heterogjene: forcë dhe ngurtësi specifike të lartë, rezistencë ndaj nxehtësisë, rezistencë ndaj konsumit, veti mbrojtëse ndaj nxehtësisë, etj. Spektri i vetive CM nuk mund të merret duke përdorur materiale konvencionale. Përdorimi i tyre bën të mundur krijimin e modeleve më parë të paarritshme, thelbësisht të reja.
Falë CM, një hap i ri cilësor është bërë i mundur në rritjen e fuqisë së motorit, uljen e masës së makinerive dhe strukturave dhe rritjen e efikasitetit të peshës së automjeteve dhe mjeteve të hapësirës ajrore.
Karakteristikat e rëndësishme të materialeve që veprojnë në këto kushte janë forca specifike σ në /ρ dhe ngurtësia specifike E/ρ, ku σ in - rezistencë e përkohshme, Eështë moduli i elasticitetit normal, ρ është dendësia e materialit.
Lidhjet me rezistencë të lartë, si rregull, kanë duktilitet të ulët, ndjeshmëri të lartë ndaj përqendruesve të stresit dhe rezistencë relativisht të ulët ndaj zhvillimit të çarjeve të lodhjes. Megjithëse materialet e përbëra mund të kenë gjithashtu duktilitet të ulët, ato janë shumë më pak të ndjeshme ndaj përqendruesve të stresit dhe i rezistojnë më mirë dështimit të lodhjes. Kjo është për shkak të mekanizmit të ndryshëm të formimit të çarjeve në çeliqet dhe lidhjet me rezistencë të lartë. Në çeliqet me rezistencë të lartë, një çarje, pasi ka arritur një madhësi kritike, zhvillohet më pas me një ritëm progresiv.
Në materialet e përbëra, funksionon një mekanizëm tjetër. Plasaritja, duke lëvizur në matricë, ndeshet me një pengesë në ndërfaqen matricë-fibër. Fijet pengojnë zhvillimin e çarjeve dhe prania e tyre në matricën plastike çon në një rritje të rezistencës ndaj thyerjes.
Kështu, sistemi i përbërë kombinon dy veti të kundërta të kërkuara për materialet strukturore - forcë e lartë për shkak të fibrave me rezistencë të lartë dhe rezistencë të mjaftueshme ndaj thyerjes për shkak të matricës plastike dhe mekanizmit të shpërndarjes së energjisë së thyerjes.
CM-të përbëhen nga një bazë materiale matrice relativisht plastike dhe komponentë më të fortë dhe më të fortë që janë mbushës. Vetitë e CM varen nga vetitë e bazës, mbushësit dhe forca e lidhjes ndërmjet tyre.
Matrica e lidh përbërjen në një monolit, i jep asaj një formë dhe shërben për të transferuar ngarkesa të jashtme në përforcim nga mbushësit. Në varësi të materialit bazë, CM-të dallohen me matricë metalike, ose materiale të përbëra metalike (MCM), me materiale kompozite polimer - polimer (PCM) dhe me materiale kompozite qeramike - qeramike (CMC).
Rolin kryesor në forcimin e CM-ve e luajnë mbushësit, shpesh të referuar si forcuesit. Ata kanë forcë të lartë, fortësi dhe modul elasticiteti. Sipas llojit të mbushësve përforcues, CM-të ndahen në i përforcuar nga dispersioni,fibroze dhe shtresore(Fig. 28.2).
Oriz. 28.2. Skemat e strukturës së materialeve të përbëra: a) i përforcuar me dispersion; b) fibroze; në) shtresore
Grimcat zjarrduruese të imta, të shpërndara në mënyrë uniforme të karbiteve, oksideve, nitrideve, etj., të cilat nuk ndërveprojnë me matricën dhe nuk treten në të deri në pikën e shkrirjes së fazave, futen artificialisht në CM të ngurtësuara me dispersion. Sa më të vogla të jenë grimcat mbushëse dhe sa më e vogël të jetë distanca midis tyre, aq më i fortë është CM. Ndryshe nga fibroze, në CM-të e forcuara nga dispersioni, elementi kryesor mbajtës është matrica. Ansambli i grimcave mbushëse të shpërndara forcon materialin për shkak të rezistencës ndaj lëvizjes së dislokimeve nën ngarkim, gjë që pengon deformimin plastik. Rezistenca efektive ndaj lëvizjes së dislokimit krijohet deri në temperaturën e shkrirjes së matricës, për shkak të së cilës CM-të e forcuara nga dispersioni karakterizohen nga rezistencë e lartë ndaj nxehtësisë dhe rezistencë ndaj zvarritjes.
Përforcimi në CM fibroze mund të jenë fibra të formave të ndryshme: fije, shirita, rrjeta të endjeve të ndryshme. Përforcimi i CM fibroze mund të kryhet sipas një skeme njëaksiale, biaksiale dhe triaksiale (Fig. 28.3, a).
Forca dhe ngurtësia e materialeve të tilla përcaktohet nga vetitë e fibrave përforcuese që marrin ngarkesën kryesore. Përforcimi jep një rritje më të madhe të forcës, por forcimi i dispersionit është teknologjikisht më i lehtë për t'u zbatuar.
Materialet e përbëra me shtresa (Fig. 28.3, b) përbëhen nga shtresa të alternuara të materialit mbushës dhe matricës (lloji sanduiç). Shtresat mbushëse në CM të tilla mund të kenë orientime të ndryshme. Është e mundur të përdoren në mënyrë alternative shtresat e mbushësit nga materiale të ndryshme me veti mekanike të ndryshme. Për kompozimet me shtresa, zakonisht përdoren materiale jo metalike.
Oriz. 28.3. Skemat e përforcimit fijor ( a) dhe me shtresa ( b) materiale të përbëra
MATERIALE TË PËRBËRSHME TË FORTUARA NË SHPËRFAQJE
Gjatë forcimit të dispersionit, grimcat bllokojnë proceset e rrëshqitjes në matricë. Efektiviteti i ngurtësimit, në kushtet e ndërveprimit minimal me matricën, varet nga lloji i grimcave, përqendrimi i tyre në vëllim, si dhe nga uniformiteti i shpërndarjes në matricë. Aplikoni grimca të shpërndara të fazave zjarrduruese si Al 2 O 3 , SiO 2 , BN, SiC, që kanë një densitet të ulët dhe një modul të lartë elasticiteti. CM zakonisht prodhohet nga metalurgjia pluhur, një avantazh i rëndësishëm i së cilës është izotropia e vetive në drejtime të ndryshme.
Në industri, zakonisht përdoren CM të forcuara nga dispersioni në alumin dhe, më rrallë, bazat e nikelit. Përfaqësues karakteristikë të këtij lloji të materialeve të përbëra janë materialet e tipit SAP (pluhur alumini i sinteruar), të cilat përbëhen nga një matricë alumini e përforcuar me grimca të shpërndara të oksidit të aluminit. Pluhuri i aluminit përftohet duke spërkatur metalin e shkrirë, i ndjekur nga bluarja në mullinj me top në një madhësi prej rreth 1 mikron në prani të oksigjenit. Me një rritje të kohëzgjatjes së bluarjes, pluhuri bëhet më i imët dhe përmbajtja e oksidit të aluminit në të rritet. Teknologjia e mëtejshme për prodhimin e produkteve dhe produkteve gjysëm të gatshme nga SAP përfshin presimin e ftohtë, parasinterimin, presimin e nxehtë, rrotullimin ose nxjerrjen e biletës së aluminit të sinteruar në formën e produkteve të gatshme që mund t'i nënshtrohen trajtimit shtesë të nxehtësisë.
Lidhjet e tipit SAP deformohen në mënyrë të kënaqshme në gjendje të nxehtë, dhe lidhjet me 6–9% Al 2 O 3 deformohen gjithashtu në temperaturën e dhomës. Prej tyre, vizatimi i ftohtë mund të përdoret për të marrë fletë metalike me trashësi deri në 0,03 mm. Këto materiale janë të përpunuara mirë dhe kanë rezistencë të lartë korrozioni.
Notat SAP të përdorura në Rusi përmbajnë 6–23% Al 2 O 3 . SAP-1 dallohet me përmbajtje 6-9, SAP-2 - me 9-13, SAP-3 - me 13-18% Al 2 O 3. Me një rritje të përqendrimit të vëllimit të oksidit të aluminit, forca e materialeve të përbëra rritet. Në temperaturën e dhomës, karakteristikat e forcës së SAP-1 janë si më poshtë: σ in = 280 MPa, σ 0,2 = 220 MPa; SAP-3 janë si më poshtë: σ në \u003d 420 MPa, σ 0,2 \u003d 340 MPa.
Materialet e tipit SAP kanë rezistencë të lartë ndaj nxehtësisë dhe i tejkalojnë të gjitha lidhjet e aluminit të farkëtuar. Edhe në një temperaturë prej 500 °C, σ e tyre nuk është më pak se 60-110 MPa. Rezistenca ndaj nxehtësisë shpjegohet me efektin ngadalësues të grimcave të shpërndara në procesin e rikristalizimit. Karakteristikat e forcës së lidhjeve të tipit SAP janë shumë të qëndrueshme. Testet afatgjata të forcës së lidhjeve të tipit SAP-3 për 2 vjet praktikisht nuk patën asnjë efekt në nivelin e vetive si në temperaturën e dhomës ashtu edhe kur nxehen në 500 °C. Në 400 °C, forca e SAP është 5 herë më e lartë se ajo e plakjes lidhjet e aluminit.
Lidhjet e tipit SAP përdoren në teknologjia e aviacionit për prodhimin e pjesëve me rezistencë të lartë specifike dhe rezistencë ndaj korrozionit, që funksionojnë në temperatura deri në 300–500 °C. Prej tyre bëhen shufra pistoni, tehe kompresori, predha të elementeve të karburantit dhe tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë.
CM përftohet nga metalurgjia pluhur duke përdorur grimca të shpërndara të karabit të silikonit SiC. Komponimi kimik SiC ka një numër karakteristikash pozitive: pikë e lartë shkrirjeje (më shumë se 2650 ° C), forcë e lartë (rreth 2000 MPa) dhe modul elastik (> 450 GPa), densitet të ulët (3200 kg / m 3) dhe korrozion i mirë. rezistencës. Prodhimi i pluhurave të silikonit gërryes është zotëruar nga industria.
Pluhurat e aliazhit të aluminit dhe SiC përzihen, i nënshtrohen ngjeshjes paraprake nën presion të ulët, pastaj shtypjes së nxehtë në kontejnerë çeliku në vakum në temperaturën e shkrirjes së lidhjes së matricës, d.m.th., në një gjendje të ngurtë-të lëngshme. Pjesa e punës që rezulton i nënshtrohet deformimit dytësor për të marrë produkte gjysëm të gatshme të formës dhe madhësisë së kërkuar: fletë, shufra, profile, etj.
Materialet e përbëra përbëhen nga një matricë metalike (më shpesh Al, Mg, Ni dhe lidhjet e tyre) të përforcuar me fibra me rezistencë të lartë (materiale fibroze) ose grimca zjarrduruese të shpërndara imët që nuk treten në metalin bazë (materiale të forcuara me dispersion). Matrica metalike lidh fijet (grimcat e shpërndara) në një tërësi të vetme. Fibra (grimcat e shpërndara) plus një lidhës (matricë) që përbëjnë një përbërje të veçantë quhen materiale të përbëra.
Materiale të përbëra me matricë jometalike
Materialet e përbëra me një matricë jometalike kanë gjetur aplikim të gjerë. Si matrica jometalike, polimer, karboni dhe materialeve qeramike. Nga matricat polimere, më të përdorurat janë epoksi, fenol-formaldehidi dhe poliamidi.
Matricat e karbonit të koksuara ose pirokarbone të përftuara nga polimere sintetike që i nënshtrohen pirolizës. Matrica lidh përbërjen, duke i dhënë formë. Forcuesit janë fijet: qelqi, karboni, bor, organik, me bazë mustaqet (okside, karbide, boride, nitride dhe të tjera), si dhe metal (tela), të cilat kanë forcë dhe ngurtësi të lartë.
Vetitë e materialeve të përbëra varen nga përbërja e përbërësve, kombinimi i tyre, raporti sasior dhe forca e lidhjes ndërmjet tyre.
Materialet përforcuese mund të jenë në formën e fibrave, tërheqjeve, fijeve, shiritave, pëlhurave me shumë shtresa.
Përmbajtja e ngurtësuesit në materialet e orientuara është 60-80 vol.%, në jo-orientuar (me fibra diskrete dhe mustaqe) - 20-30 vol.%. Sa më e lartë të jetë forca dhe moduli i elasticitetit të fibrave, aq më e lartë është forca dhe ngurtësia e materialit të përbërë. Vetitë e matricës përcaktojnë forcën e përbërjes në prerje dhe shtypje dhe rezistencën ndaj dështimit të lodhjes.
Sipas llojit të ngurtësuesit, materialet e përbëra klasifikohen në fibra qelqi, fibra karboni me fibra karboni, fibra bori dhe fibra organesh.
Në materialet e laminuara, fijet, fijet, shiritat e ngopur me një lidhës vendosen paralelisht me njëri-tjetrin në planin e shtrimit. Shtresat e sheshta janë mbledhur në pllaka. Vetitë janë anizotropike. Për punën e materialit në produkt, është e rëndësishme të merret parasysh drejtimi i ngarkesave që veprojnë. Ju mund të krijoni materiale me veti izotropike dhe anizotropike. Ju mund t'i vendosni fijet në kënde të ndryshme, duke ndryshuar vetitë e materialeve të përbëra. Ngurtësia e përkuljes dhe rrotullimit të materialit varet nga rendi i vendosjes së shtresave përgjatë trashësisë së paketimit.
Përdoret shtrimi i elementëve përforcues të tre, katër ose më shumë fijeve.
Struktura e tre fijeve të ndërsjella pingul ka aplikimin më të madh. Ngurtësuesit mund të vendosen në drejtime boshtore, radiale dhe rrethore.
Materialet tredimensionale mund të jenë të çdo trashësie në formën e blloqeve, cilindrave. Pëlhurat e mëdha rrisin forcën e lëvores dhe rezistencën ndaj prerjes në krahasim me pëlhurat me shtresa. Një sistem me katër fije është ndërtuar duke zgjeruar agjentin përforcues përgjatë diagonaleve të kubit. Struktura e katër fijeve është e balancuar, ka një ngurtësi prerëse të rritur në rrafshet kryesore.
Sidoqoftë, krijimi i katër materialeve të drejtimit është më i vështirë sesa krijimi i tre materialeve të drejtuara.
Ky lloj i materialeve të përbëra përfshin materiale të tilla si SAP (pluhur alumini i sinteruar), të cilët janë të përforcuar me alumin me grimca të shpërndara të oksidit të aluminit. Pluhuri i aluminit përftohet duke spërkatur metalin e shkrirë, i ndjekur nga bluarja në mullinj me top në një madhësi prej rreth 1 mikron në prani të oksigjenit. Me një rritje të kohëzgjatjes së bluarjes, pluhuri bëhet më i imët dhe përmbajtja e oksidit të aluminit në të rritet. Teknologjia e mëtejshme për prodhimin e produkteve dhe produkteve gjysëm të gatshme nga SAP përfshin presimin e ftohtë, parasinterimin, presimin e nxehtë, rrotullimin ose nxjerrjen e biletës së aluminit të sinteruar në formën e produkteve të gatshme që mund t'i nënshtrohen trajtimit shtesë të nxehtësisë.
Lidhjet e tipit SAP përdoren në teknologjinë e aviacionit për prodhimin e pjesëve me rezistencë të lartë specifike dhe rezistencë ndaj korrozionit, që funksionojnë në temperatura deri në 300-500 °C. Prej tyre bëhen shufra pistoni, tehe kompresori, predha të elementeve të karburantit dhe tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë.
Përforcimi i aluminit dhe lidhjeve të tij me tela çeliku rrit forcën e tyre, rrit modulin e elasticitetit, rezistencën ndaj lodhjes dhe zgjeron gamën e temperaturës së materialit.
Përforcimi me fibra të shkurtra kryhet me metoda të metalurgjisë pluhur, të përbërë nga shtypja e ndjekur nga hidroekstrudimi ose rrotullimi i boshllëqeve. Kur përforcohet me fibra të vazhdueshme të kompozimeve të tipit sanduiç që përbëhen nga shtresa të alternuara letër alumini dhe përdoren fibrat, rrotullimi, presimi i nxehtë, saldimi me shpërthim, saldimi me difuzion.
Një material shumë premtues është përbërja e telit alumin-beril, i cili realizon vetitë e larta fizike dhe mekanike të përforcimit të beriliumit dhe, para së gjithash, densitetin e tij të ulët dhe ngurtësinë e lartë specifike. Përbërjet me tela beriliumi përftohen me saldim me difuzion të paketimeve nga shtresa të alternuara të telit të beriliumit dhe fletëve të matricës. Lidhjet e aluminit të përforcuara me tela çeliku dhe beriliumi përdoren për të bërë pjesë të trupit të raketës dhe rezervuarë karburanti.
Në përbërjen "alumin - fibër karboni", kombinimi i armaturës me densitet të ulët dhe matricës bën të mundur krijimin e materialeve të përbëra me forcë dhe ngurtësi specifike të lartë. Disavantazhi i fibrave të karbonit është brishtësia e tyre dhe reaktiviteti i lartë. Përbërja alumin-karbon përftohet nga ngopja e fibrave të karbonit me metal të lëngshëm ose me metoda të metalurgjisë pluhur. Teknologjikisht, është më e thjeshta e mundshme të tërhiqen tufa me fibra karboni përmes një shkrirjeje alumini.
Kompoziti alumini-karbon përdoret në projektimin e rezervuarëve të karburantit të luftëtarëve modernë. Për shkak të forcës së lartë specifike dhe ngurtësisë së materialit, masa e rezervuarëve të karburantit zvogëlohet me 30%. Ky material përdoret gjithashtu për prodhimin e fletëve të turbinave për motorët e turbinave me gaz të avionëve.
Materiale të përbëra me matricë jometalike
Materialet e përbëra me një matricë jo metalike përdoren gjerësisht në industri. Materialet polimer, karboni dhe qeramika përdoren si matrica jometalike. Nga matricat polimer, më të përdorurat janë epoksi, fenol-formaldehidi dhe poliamidi. Matricat e karbonit koksohen ose merren nga polimere sintetike që i nënshtrohen pirolizës (zbërthimi, shpërbërja). Matrica lidh përbërjen, duke i dhënë formë. Forcuesit janë fijet: qelqi, karboni, bor, organik, me bazë mustaqet (okside, karbide, boride, nitride, etj.), si dhe metal (tela), të cilët kanë forcë dhe ngurtësi të lartë.
Vetitë e materialeve të përbëra varen nga përbërja e përbërësve, kombinimi i tyre, raporti sasior dhe forca e lidhjes ndërmjet tyre.
Përmbajtja e ngurtësuesit në materialet e orientuara është 60–80 vol. %, në jo-orientuar (me fibra diskrete dhe mustaqe) - 20 - 30 vol. %. Sa më e lartë të jetë forca dhe moduli i elasticitetit të fibrave, aq më e lartë është forca dhe ngurtësia e materialit të përbërë. Vetitë e matricës përcaktojnë forcën e përbërjes në prerje dhe shtypje dhe rezistencën ndaj dështimit të lodhjes.
Sipas llojit të ngurtësuesit, materialet e përbëra klasifikohen në fibra qelqi, fibra karboni me fibra karboni, fibra bori dhe fibra organesh.
Në materialet e laminuara, fijet, fijet, shiritat e ngopur me një lidhës vendosen paralelisht me njëri-tjetrin në planin e shtrimit. Shtresat planare janë mbledhur në pllaka. Vetitë janë anizotropike. Për punën e materialit në produkt, është e rëndësishme të merret parasysh drejtimi i ngarkesave që veprojnë. Ju mund të krijoni materiale me veti izotropike dhe anizotropike. Ju mund t'i vendosni fijet në kënde të ndryshme, duke ndryshuar vetitë e materialeve të përbëra. Ngurtësia e përkuljes dhe rrotullimit të materialit varet nga rendi i vendosjes së shtresave përgjatë trashësisë së paketimit.
Përdoret stivimi i elementëve përforcues të tre, katër ose më shumë fijeve (Fig. 7). Struktura e tre fijeve të ndërsjella pingul ka aplikimin më të madh. Ngurtësuesit mund të vendosen në drejtime boshtore, radiale dhe rrethore.
Materialet tredimensionale mund të jenë të çdo trashësie në formën e blloqeve, cilindrave. Pëlhurat e mëdha rrisin forcën e lëvores dhe rezistencën ndaj prerjes në krahasim me pëlhurat me shtresa. Një sistem me katër fije ndërtohet duke vendosur përforcimin përgjatë diagonaleve të kubit. Struktura e katër fijeve është e balancuar, ka një ngurtësi prerëse të rritur në rrafshet kryesore. Sidoqoftë, krijimi i katër materialeve të drejtimit është më i vështirë sesa krijimi i tre materialeve të drejtuara.
Oriz. 7. Skema e përforcimit të materialeve të përbëra: 1 - drejtkëndëshe, 2 - gjashtëkëndore, 3 - e zhdrejtë, 4 - me fibra të lakuara, 5 - një sistem prej n fijesh
Më efektive për sa i përket përdorimit në kushtet më të rënda të fërkimit të thatë janë materialet kundër fërkimit të bazuara në politetrafluoroetilen (PTFE).
PTFE karakterizohet nga një koeficient mjaft i lartë i fërkimit statik, megjithatë, gjatë fërkimit rrëshqitës, në sipërfaqen e PTFE formohet një shtresë shumë e hollë e polimerit shumë të orientuar, e cila ndihmon në barazimin e koeficientëve të fërkimit statik dhe dinamik dhe lëvizjen e qetë kur rrëshqet. Kur ndryshohet drejtimi i rrëshqitjes, prania e një filmi sipërfaqësor të orientuar shkakton një rritje të përkohshme të koeficientit të fërkimit, vlera e të cilit zvogëlohet përsëri kur shtresa sipërfaqësore riorientohet. Kjo sjellje e PTFE nën fërkim ka çuar në përdorimin e tij të gjerë në industri, ku PTFE i pambushur përdoret kryesisht për prodhimin e kushinetave. Në shumë raste, kushinetat jo të lubrifikuara duhet të funksionojnë me shpejtësi më të larta fërkimi. Në të njëjtën kohë, PTFE e pambushur karakterizohet nga vlera të larta të koeficientit të fërkimit dhe shkallës së konsumit. Si materiale për kushinetat jo të lubrifikuara që funksionojnë në kushte të tilla, materialet e përbëra, më së shpeshti të bazuara në PTFE, kanë gjetur aplikim të gjerë.
Mënyra më e thjeshtë për të reduktuar shkallën relativisht të lartë të konsumit të PTFE gjatë fërkimit të thatë është futja e mbushësve pluhur. Në këtë rast, rezistenca e zvarritjes nën ngjeshje rritet dhe vërehet një rritje e konsiderueshme e rezistencës ndaj konsumit nën fërkim të thatë. Futja e sasisë optimale të mbushësit bën të mundur rritjen e rezistencës ndaj konsumit deri në 10 4 herë.
Polimeret dhe materialet e përbëra të bazuara në to kanë një grup unik të vetive fizike dhe mekanike, për shkak të të cilave ata konkurrojnë me sukses me çeliqet dhe lidhjet strukturore tradicionale, dhe në disa raste është e pamundur të sigurohen karakteristikat e kërkuara funksionale dhe performanca e produkteve dhe makinerive speciale. pa përdorimin e materialeve polimerike. Prodhueshmëria e lartë dhe konsumi i ulët i energjisë i teknologjive për përpunimin e plastikës në produkte, të kombinuara me avantazhet e lartpërmendura të PCM, i bëjnë ato materiale shumë premtuese për pjesë makinerish për qëllime të ndryshme.
Ky lloj i materialeve të përbëra përfshin materiale të tilla si SAP (pluhur alumini i sinteruar), të cilët janë të përforcuar me alumin me grimca të shpërndara të oksidit të aluminit. Pluhuri i aluminit përftohet duke spërkatur metalin e shkrirë, i ndjekur nga bluarja në mullinj me top në një madhësi prej rreth 1 mikron në prani të oksigjenit. Me një rritje të kohëzgjatjes së bluarjes, pluhuri bëhet më i imët dhe përmbajtja e oksidit të aluminit në të rritet. Teknologjia e mëtejshme për prodhimin e produkteve dhe produkteve gjysëm të gatshme nga SAP përfshin presimin e ftohtë, parasinterimin, presimin e nxehtë, rrotullimin ose nxjerrjen e biletës së aluminit të sinteruar në formën e produkteve të gatshme që mund t'i nënshtrohen trajtimit shtesë të nxehtësisë.
Lidhjet e tipit SAP përdoren në teknologjinë e aviacionit për prodhimin e pjesëve me rezistencë të lartë specifike dhe rezistencë ndaj korrozionit, që funksionojnë në temperatura deri në 300-500 °C. Prej tyre bëhen shufra pistoni, tehe kompresori, predha të elementeve të karburantit dhe tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë.
Përforcimi i aluminit dhe lidhjeve të tij me tela çeliku rrit forcën e tyre, rrit modulin e elasticitetit, rezistencën ndaj lodhjes dhe zgjeron gamën e temperaturës së materialit.
Përforcimi me fibra të shkurtra kryhet me metoda të metalurgjisë pluhur, të përbërë nga shtypja e ndjekur nga hidroekstrudimi ose rrotullimi i boshllëqeve. Kur përforcohet me fibra të vazhdueshme të kompozimeve të tipit sanduiç që përbëhen nga shtresa të alternuara të letrës dhe fibrave të aluminit, përdoren rrotullime, shtypje të nxehtë, saldim me shpërthim dhe saldim me difuzion.
Një material shumë premtues është përbërja "teli alumini - berilium", i cili zbaton vetitë e larta fizike dhe mekanike të përforcimit të beriliumit, dhe para së gjithash, densitetin e tij të ulët dhe ngurtësinë e lartë specifike. Përbërjet me tela beriliumi përftohen me saldim me difuzion të paketimeve nga shtresa të alternuara të telit të beriliumit dhe fletëve të matricës. Lidhjet e aluminit të përforcuara me tela çeliku dhe beriliumi përdoren për të bërë pjesë të trupit të raketës dhe rezervuarë karburanti.
Në përbërjen "fibra alumini - karboni" kombinimi i përforcimit me densitet të ulët dhe matricës ju lejon të krijoni materiale të përbëra me forcë dhe ngurtësi specifike të lartë. Disavantazhi i fibrave të karbonit është brishtësia e tyre dhe reaktiviteti i lartë. Përbërja "alumin - karbon" përftohet nga ngopja e fibrave të karbonit me metal të lëngshëm ose me metoda të metalurgjisë pluhur. Teknologjikisht, është më e thjeshta e mundshme të tërhiqen tufa me fibra karboni përmes një shkrirjeje alumini.
Kompoziti "alumin - karboni" përdoret në projektimin e rezervuarëve të karburantit të luftëtarëve modernë. Për shkak të forcës së lartë specifike dhe ngurtësisë së materialit, masa e rezervuarëve të karburantit zvogëlohet me
tridhjetë %. Ky material përdoret gjithashtu për prodhimin e fletëve të turbinave për motorët e turbinave me gaz të avionëve.
