Kompozit materiallar metall matritsadan iborat(odatda A1, Mg, Ni va ularning qotishmalari), yuqori quvvatli tolalar (tolali materiallar) yoki nozik dispersli o'tga chidamli zarralar bilan qotib qolgan, asosiy metallda erimaydi (dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar). Metall matritsa tolalarni (tarqalgan zarrachalarni) bir butunga bog'laydi. Elyaf (tarqalgan zarralar) va uni tashkil etuvchi bir guruh (matritsa).
Guruch. bitta
1 - donador (dispersiya bilan mustahkamlangan) material (l/k-Men): 2 - diskret tolali kompozit material; 3 - uzluksiz tolali kompozitsion material; 4 - tolalarni uzluksiz yotqizish; 5 - ikki o'lchovli tolali stacking; 6,7 - tolalarni hajmli yotqizish
yoki boshqa kompozitsiya nomini oldi kompozit materiallar(196-rasm).
Tolali kompozit materiallar.
Shaklda. 196 tolali kompozit materiallarni mustahkamlash sxemasini ko'rsatadi. Tolali plomba (mustahkamlovchi) bo'lgan kompozit materiallar diskretlarga bo'linadi, ularda tola uzunligining diametriga nisbati l / d ≈ 10-tL03 va uzluksiz tolali bo'lgan l / d = co. Diskret tolalar matritsada tasodifiy joylashtirilgan. Elyaflarning diametri fraksiyalardan yuzlab mikrometrgacha. Uzunlikning tolaning diametriga nisbati qanchalik katta bo'lsa, mustahkamlash darajasi shunchalik yuqori bo'ladi.
Ko'pincha kompozitsion material qatlamli struktura bo'lib, unda har bir qatlam mustahkamlanadi katta raqam parallel uzluksiz tolalar. Har bir qatlam matoga to'qilgan uzluksiz tolalar bilan ham mustahkamlanishi mumkin, bu asl shakli, kengligi va uzunligi yakuniy materialga mos keladi. Tolalar uch o'lchamli tuzilmalarga to'qilgan bo'lishi odatiy hol emas.
Kompozit materiallar an'anaviy qotishmalardan yuqoriroq kuchlanish va chidamlilik chegarasi (50-100%), elastiklik moduli, qattiqlik koeffitsienti bilan farq qiladi. (Ely) va yorilishga moyilligi kamayadi. Kompozit materiallardan foydalanish strukturaning qattiqligini oshiradi, shu bilan birga uning metall sarfini kamaytiradi.
44-jadval
Kompozit materiallarning mexanik xususiyatlari metall asos
Kompozit (tolali) materiallarning mustahkamligi tolalarning xususiyatlari bilan belgilanadi; matritsa asosan mustahkamlovchi elementlar orasidagi kuchlanishlarni qayta taqsimlashi kerak. Shuning uchun tolalarning mustahkamligi va elastiklik moduli matritsaning mustahkamligi va elastiklik modulidan sezilarli darajada katta bo'lishi kerak. Qattiq mustahkamlovchi tolalar yuk ostida tarkibda paydo bo'ladigan kuchlanishlarni sezadi, unga tolalar yo'nalishi bo'yicha mustahkamlik va qattiqlik beradi.
Alyuminiy, magniy va ularning qotishmalarini mustahkamlash uchun bor ishlatiladi (o in \u003d 2500 - * -3500 MPa, E = 38h-420 GPa) va uglerod (st in = 1400-g-3500 MPa, E 160-450 GPa) tolalar, shuningdek, yuqori mustahkamlik va elastik modulli o'tga chidamli birikmalardan (karbidlar, nitridlar, boridlar va oksidlar) tolalar. Shunday qilib, diametri 100 mkm bo'lgan kremniy karbid tolalari st in = 2500-*m3500 MPa, E= 450 GPa. Ko'pincha tolalar sifatida yuqori quvvatli po'lat sim ishlatiladi.
Titan va uning qotishmalarini mustahkamlash uchun molibden sim, safir tolalari, kremniy karbid va titan borid ishlatiladi.
Nikel qotishmalarining issiqlikka chidamliligini oshirish ularni volfram yoki molibden sim bilan mustahkamlash orqali erishiladi. Metall tolalar yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi talab qilinadigan hollarda ham qo'llaniladi. Yuqori quvvatli va yuqori modulli tolali kompozit materiallar uchun istiqbolli sertleştiriciler alyuminiy oksidi va nitridi, kremniy karbid va nitridi, bor karbid va boshqalardan tayyorlangan, b = 15000-g-28000 MPa va E= 400-*-600 GPa.
Jadvalda. 44 ba'zi tolali kompozit materiallarning xususiyatlarini ko'rsatadi.
Metallga asoslangan kompozitsion materiallar yuqori quvvatga (st in, a_ x) va issiqlikka chidamliligiga ega, shu bilan birga ular past plastiklikka ega. Biroq, kompozit materiallardagi tolalar matritsada boshlangan yoriqlarning tarqalish tezligini pasaytiradi va to'satdan deyarli butunlay yo'q qiladi.
Guruch. 197. Elastiklik modulining bog'liqligi E (a) va (b) bor-alyuminiy kompozit materialida (/) va bo'ylab vaqtinchalik qarshilik (2) bor tolasining hajmi bo'yicha mustahkamlash o'qi
mo'rt sinish. Anizotropiya bir o'qli tolali kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati hisoblanadi. mexanik xususiyatlar tolalar bo'ylab va bo'ylab va stress konsentratorlariga nisbatan past sezuvchanlik.
Shaklda. 197 bog'liqlikni ko'rsatadi va in va E Bor-alyuminiy kompozit materiali bo'ylab (/) va bo'ylab () bor tolasi tarkibidan 2 ) mustahkamlash o'qi. Tolalarning hajmli tarkibi qanchalik yuqori bo'lsa, a b, a_ t va shuncha yuqori bo'ladi E mustahkamlash o'qi bo'ylab. Shu bilan birga, shuni hisobga olish kerakki, matritsa kuchlanishlarni tolalarga faqat mustahkamlovchi tola va matritsa orasidagi interfeysda kuchli bog'lanish mavjud bo'lganda o'tkazishi mumkin. Elyaflar orasidagi aloqani oldini olish uchun matritsa barcha tolalarni to'liq o'rab olishi kerak, bu uning tarkibi 15-20% dan kam bo'lmaganda erishiladi.
Ishlab chiqarish yoki ishlatish jarayonida matritsa va tolalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmasligi kerak (o'zaro diffuziya bo'lmasligi kerak), chunki bu kompozit materialning mustahkamligini pasayishiga olib kelishi mumkin.
Tolali kompozit materiallarning xususiyatlarining anizotropiyasi qarshilik maydonini kuchlanish maydonlari bilan moslashtirish orqali xususiyatlarni optimallashtirish uchun qismlarni loyihalashda hisobga olinadi.
Alyuminiy, magniy va titanium qotishmalarini bor, kremniy karbid, titanium diborid va alyuminiy oksidining uzluksiz refrakter tolalari bilan mustahkamlash issiqlikka chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati vaqt o'tishi bilan yumshatishning past tezligidir (198-rasm, a) haroratning oshishi bilan.
Guruch. 198. 50% bor tolasi bo'lgan bor-alyuminiy kompozit materialning uzoq muddatli mustahkamligi, titanium qotishmalarining mustahkamligi (a) va nikel kompozit materialining uzoq muddatli mustahkamligi bilan solishtirganda cho'kma qattiqlashtiruvchi qotishmalarning mustahkamligi ( b):
/ - bor-alyuminiy kompozitsiyasi; 2 - titan qotishmasi; 3 - dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit material; 4 - yog'ingarchilik bilan qattiqlashtiruvchi qotishmalar
Bir va ikki o'lchovli armatura bilan kompozit materiallarning asosiy kamchiliklari interlaminar kesish va ko'ndalang kesishga nisbatan past qarshilikdir. Bu kamchilik ommaviy mustahkamlashda materiallardan mahrum.
- Polimer, keramika va boshqa matritsalar keng qo'llaniladi.
UMUMIY XUSUSIYATLAR VA TASNIFI
An'anaviy ravishda ishlatiladigan metall va metall bo'lmagan materiallar asosan strukturaviy quvvat chegarasiga yetdi. Shu bilan birga, zamonaviy texnologiyalarning rivojlanishi agressiv muhit, radiatsiya, chuqur vakuum va yuqori bosim ta'sirida kuch va harorat maydonlarining murakkab kombinatsiyasida ishonchli ishlaydigan materiallarni yaratishni talab qiladi. Ko'pincha materiallarga qo'yiladigan talablar bir-biriga zid bo'lishi mumkin. Ushbu muammoni kompozit materiallar yordamida hal qilish mumkin.
kompozit material(CM) yoki kompozitsion, tuzilishi ularning har birining afzalliklaridan foydalanishga imkon beradigan, bir-biridan katta farq qiladigan o'zaro erimaydigan komponentlardan tashkil topgan ommaviy heterojen tizim deb ataladi.
Inson CMni qurish tamoyilini tabiatdan olgan. Odatda kompozit materiallar daraxt tanasi, o'simlik poyalari, odam va hayvon suyaklaridir.
CMlar heterojen xususiyatlarning berilgan kombinatsiyasiga ega bo'lish imkonini beradi: yuqori o'ziga xos kuch va qattiqlik, issiqlikka chidamlilik, aşınma qarshilik, issiqlikdan himoya qilish xususiyatlari va boshqalar. CM xususiyatlarining spektrini an'anaviy materiallar yordamida olish mumkin emas. Ulardan foydalanish ilgari erishib bo'lmaydigan, tubdan yangi dizaynlarni yaratishga imkon beradi.
CM tufayli dvigatel quvvatini oshirish, mashinalar va tuzilmalar massasini kamaytirish, transport vositalari va aerokosmik transport vositalarining og'irlik samaradorligini oshirishda yangi sifat sakrashi mumkin bo'ldi.
Ushbu sharoitlarda ishlaydigan materiallarning muhim xarakteristikalari o'ziga xos kuch s in /r va o'ziga xos qattiqlikdir E/r, bu erda s in - vaqtinchalik qarshilik, E normal elastiklik moduli, r materialning zichligi.
Yuqori quvvatli qotishmalar, qoida tariqasida, past süneklik, stressni kontsentratorlarga nisbatan yuqori sezuvchanlik va charchoq yoriqlari rivojlanishiga nisbatan nisbatan past qarshilikka ega. Kompozit materiallar ham past egiluvchanlikka ega bo'lishi mumkin bo'lsa-da, ular stress konsentratorlariga nisbatan kamroq sezgir va charchoqning buzilishiga yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Bu yuqori quvvatli po'lat va qotishmalarda yoriqlar paydo bo'lishining turli mexanizmlari bilan bog'liq. Yuqori quvvatli po'latlarda, kritik o'lchamga etgan yoriq, keyinchalik progressiv tezlikda rivojlanadi.
Kompozit materiallarda boshqa mexanizm ishlaydi. Matritsada harakatlanuvchi yoriq matritsa-tolali interfeysda to'siqga duch keladi. Elyaflar yoriqlar rivojlanishiga to'sqinlik qiladi va ularning plastik matritsada mavjudligi sinish chidamliligining oshishiga olib keladi.
Shunday qilib, kompozit tizim konstruktiv materiallar uchun zarur bo'lgan ikkita qarama-qarshi xususiyatni birlashtiradi - yuqori quvvatli tolalar tufayli yuqori quvvat va plastik matritsa va sinish energiyasini yo'qotish mexanizmi tufayli etarli darajada sinish chidamliligi.
CMlar nisbatan plastik matritsali material bazasidan va plomba moddalari bo'lgan qattiqroq va kuchliroq qismlardan iborat. CM ning xossalari asos, plomba moddalari va ular orasidagi bog'lanish kuchiga bog'liq.
Matritsa kompozitsiyani monolitga bog'laydi, unga shakl beradi va tashqi yuklarni plomba moddalardan mustahkamlashga o'tkazishga xizmat qiladi. Asosiy materialga qarab, CMlar metall matritsa yoki metall kompozit materiallar (MCM), polimer - polimer kompozit materiallar (PCM) va keramika - keramik kompozit materiallar (CMC) bilan ajralib turadi.
CMlarni mustahkamlashda etakchi rolni ko'pincha deb ataladigan plomba moddalari o'ynaydi qattiqlashtiruvchi moddalar. Ular yuqori quvvat, qattiqlik va elastiklik moduliga ega. Kuchaytiruvchi plombalarning turiga ko'ra, CMlar bo'linadi dispersiya bilan mustahkamlangan,tolali va qatlamli(28.2-rasm).
Guruch. 28.2. Kompozit materiallarning tuzilishi sxemalari: a) dispersiya bilan mustahkamlangan; b) tolali; ichida) qatlamli
Karbidlar, oksidlar, nitridlar va boshqalarning nozik, bir xil taqsimlangan o'tga chidamli zarralari matritsa bilan o'zaro ta'sir qilmaydi va unda fazalarning erish nuqtasiga qadar erimaydi, sun'iy ravishda dispersiya bilan qotib qolgan CMlarga kiritiladi. To'ldiruvchi zarrachalar qanchalik kichik bo'lsa va ular orasidagi masofa qanchalik kichik bo'lsa, CM kuchliroq bo'ladi. Elyaflardan farqli o'laroq, dispersiya bilan mustahkamlangan CMlarda, asosiy rulman elementi matritsadir. Dispers plomba zarralari ansambli materialni yuk ostida dislokatsiyalar harakatiga qarshilik tufayli mustahkamlaydi, bu plastik deformatsiyaga to'sqinlik qiladi. Dislokatsiya harakatiga samarali qarshilik matritsaning erish haroratiga qadar yaratiladi, buning natijasida dispersiya bilan mustahkamlangan CMlar yuqori issiqlikka chidamlilik va o'rmalanish qarshiligi bilan ajralib turadi.
Tolali CMda mustahkamlash har xil shakldagi tolalar bo'lishi mumkin: iplar, lentalar, turli to'quv to'rlari. Tolali CMni mustahkamlash bir o'qli, ikki va uch eksenli sxema bo'yicha amalga oshirilishi mumkin (28.3-rasm, a).
Bunday materiallarning mustahkamligi va qattiqligi asosiy yukni oladigan mustahkamlovchi tolalarning xususiyatlari bilan belgilanadi. Armatura kuchning ko'proq o'sishini beradi, ammo dispersiyani qotib qolish texnologik jihatdan osonroqdir.
Qatlamli kompozit materiallar (28.3-rasm, b) plomba va matritsa materialining o'zgaruvchan qatlamlaridan (sendvich turi) iborat. Bunday CMlardagi plomba qatlamlari turli yo'nalishlarga ega bo'lishi mumkin. Turli xil mexanik xususiyatlarga ega bo'lgan turli materiallardan plomba qatlamlarini navbat bilan ishlatish mumkin. Qatlamli kompozitsiyalar uchun odatda metall bo'lmagan materiallar ishlatiladi.
Guruch. 28.3. Elyafni mustahkamlash sxemalari ( a) va qatlamli ( b) kompozit materiallar
DISPERSIYA QATTIQLANGAN KOMPOZIT MATERIALLAR
Dispersiyani mustahkamlash vaqtida zarralar matritsadagi sirpanish jarayonlarini bloklaydi. Qattiqlashuvning samaradorligi, matritsa bilan minimal o'zaro ta'sir qilish sharti bilan, zarrachalar turiga, ularning hajm konsentratsiyasiga, shuningdek matritsada taqsimlanishning bir xilligiga bog'liq. Al 2 O 3, SiO 2, BN, SiC kabi o'tga chidamli fazalarning dispers zarralarini qo'llang, zichligi past va elastiklik moduli yuqori. CM odatda chang metallurgiyasi tomonidan ishlab chiqariladi, uning muhim afzalligi turli yo'nalishdagi xususiyatlarning izotropiyasidir.
Sanoatda odatda alyuminiy va kamdan-kam hollarda nikel asoslarida dispersiya bilan mustahkamlangan CMlar qo'llaniladi. Ushbu turdagi kompozit materiallarning xarakterli vakillari alyuminiy oksidining dispers zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy matritsadan iborat SAP tipidagi materiallar (sinterlangan alyuminiy kukunlari) hisoblanadi. Alyuminiy kukuni eritilgan metallni purkash orqali olinadi, so'ngra shar tegirmonlarida kislorod ishtirokida taxminan 1 mikron o'lchamiga qadar maydalanadi. Maydalash davomiyligi oshishi bilan kukun mayda bo'ladi va undagi alyuminiy oksidi miqdori ortadi. SAP dan mahsulot va yarim tayyor mahsulotlarni ishlab chiqarishning keyingi texnologiyasi sovuq presslash, oldindan sinterlash, issiq presslash, prokat yoki sinterlangan alyuminiy ignabargli tayyor mahsulot shaklida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni o'z ichiga oladi.
SAP tipidagi qotishmalar issiq holatda qoniqarli deformatsiyalanadi va 6-9% Al 2 O 3 bo'lgan qotishmalar xona haroratida ham deformatsiyalanadi. Ulardan qalinligi 0,03 mm gacha bo'lgan folga olish uchun sovuq chizish ishlatilishi mumkin. Ushbu materiallar yaxshi ishlangan va yuqori korroziyaga chidamliligiga ega.
Rossiyada ishlatiladigan SAP navlari 6-23% Al 2 O 3 ni o'z ichiga oladi. SAP-1 tarkibi 6-9, SAP-2 - 9-13, SAP-3 - 13-18% Al 2 O 3 bilan ajralib turadi. Alyuminiy oksidining hajm konsentratsiyasining oshishi bilan kompozit materiallarning mustahkamligi oshadi. Xona haroratida SAP-1 ning mustahkamlik xususiyatlari quyidagicha: s in = 280 MPa, s 0,2 = 220 MPa; SAP-3 quyidagilardan iborat: s \u003d 420 MPa, s 0,2 \u003d 340 MPa.
SAP tipidagi materiallar yuqori issiqlikka chidamliligiga ega va barcha ishlangan alyuminiy qotishmalaridan ustun turadi. 500 ° C haroratda ham ularning s 60-110 MPa dan kam emas. Issiqlikka chidamlilik dispers zarrachalarning qayta kristallanish jarayoniga sekinlashtiruvchi ta'siri bilan izohlanadi. SAP tipidagi qotishmalarning mustahkamlik xususiyatlari juda barqaror. SAP-3 tipidagi qotishmalarning 2 yil davomida uzoq muddatli mustahkamlik sinovlari xona haroratida ham, 500 ° C gacha qizdirilganda ham xususiyatlar darajasiga deyarli ta'sir ko'rsatmadi. 400 °C da SAP kuchi qariganidan 5 baravar yuqori alyuminiy qotishmalari.
SAP tipidagi qotishmalar ishlatiladi aviatsiya texnologiyasi 300-500 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan yuqori o'ziga xos kuch va korroziyaga chidamli qismlarni ishlab chiqarish uchun. Ulardan piston rodlari, kompressor pichoqlari, yonilg'i elementlarining qobiqlari va issiqlik almashinuvi quvurlari tayyorlanadi.
CM silikon karbid SiC ning dispers zarralari yordamida kukunli metallurgiyada olinadi. SiC kimyoviy birikmasi bir qator ijobiy xususiyatlarga ega: yuqori erish nuqtasi (2650 ° C dan yuqori), yuqori quvvat (taxminan 2000 MPa) va elastik modul (> 450 GPa), past zichlik (3200 kg / m 3) va yaxshi korroziya. qarshilik. Abraziv kremniy kukunlari ishlab chiqarish sanoat tomonidan o'zlashtirildi.
Alyuminiy qotishmasi va SiC kukunlari aralashtiriladi, past bosim ostida oldindan siqiladi, so'ngra matritsa qotishmasining erish haroratida vakuumda po'lat idishlarda issiq presslanadi, ya'ni qattiq suyuqlik holatida. Olingan ish qismi kerakli shakl va o'lchamdagi yarim tayyor mahsulotlarni olish uchun ikkilamchi deformatsiyaga uchraydi: choyshablar, novdalar, profillar va boshqalar.
Kompozit materiallar yuqori mustahkam tolalar (tolali materiallar) yoki asosiy metallda erimaydigan (dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar) nozik dispersli o'tga chidamli zarrachalar bilan mustahkamlangan metall matritsadan (ko'pincha Al, Mg, Ni va ularning qotishmalaridan) iborat. Metall matritsa tolalarni (tarqalgan zarrachalarni) bir butunga bog'laydi. Muayyan tarkibni tashkil etuvchi tola (tarqalgan zarralar) va biriktiruvchi (matritsa) kompozit materiallar deb ataladi.
Metall bo'lmagan matritsali kompozitsion materiallar
Metall bo'lmagan matritsali kompozit materiallar keng qo'llanilishini topdi. Metall bo'lmagan matritsalar sifatida polimer, uglerod va keramik materiallar. Polimer matritsalaridan epoksi, fenol-formaldegid va poliamid eng ko'p qo'llaniladi.
Kokslangan uglerod matritsalari yoki pirolizga uchragan sintetik polimerlardan olingan pirokarbon. Matritsa kompozitsiyani bog'lab, unga shakl beradi. Kuchaytirgichlar tolalar: shisha, uglerod, bor, organik, mo'ylovlarga asoslangan (oksidlar, karbidlar, boridlar, nitridlar va boshqalar), shuningdek, yuqori mustahkamlik va qattiqlikka ega bo'lgan metall (simlar).
Kompozit materiallarning xossalari tarkibiy qismlarning tarkibiga, ularning kombinatsiyasiga, miqdoriy nisbatiga va ular orasidagi bog'lanish kuchiga bog'liq.
Mustahkamlovchi materiallar tolalar, tirgaklar, iplar, lentalar, ko'p qatlamli matolar shaklida bo'lishi mumkin.
Yo'naltirilgan materiallarda qattiqlashtiruvchining miqdori 60-80 vol.%, yo'naltirilmagan (diskret tolalar va mo'ylovli) - 20-30 vol.% ni tashkil qiladi. Elyaflarning mustahkamligi va elastiklik moduli qanchalik baland bo'lsa, kompozit materialning mustahkamligi va qattiqligi shunchalik yuqori bo'ladi. Matritsaning xususiyatlari kesish va siqilishdagi kompozitsiyaning kuchini va charchoqning buzilishiga chidamliligini aniqlaydi.
Qattiqlashtiruvchi turiga ko'ra, kompozit materiallar shisha tolalarga, uglerod tolali uglerod tolalariga, bor tolalariga va organ tolalariga bo'linadi.
Laminatsiyalangan materiallarda birlashtiruvchi bilan singdirilgan tolalar, iplar, lentalar yotqizish tekisligida bir-biriga parallel ravishda yotqiziladi. Yassi qatlamlar plitalarga yig'iladi. Xususiyatlari anizotropikdir. Mahsulotdagi materialning ishlashi uchun harakat qiluvchi yuklarning yo'nalishini hisobga olish muhimdir. Siz izotrop va anizotrop xususiyatlarga ega materiallarni yaratishingiz mumkin. Kompozit materiallarning xususiyatlarini o'zgartirib, turli burchaklardagi tolalarni yotqizishingiz mumkin. Materialning egilishi va burilish qattiqligi paketning qalinligi bo'ylab qatlamlarni yotqizish tartibiga bog'liq.
Uch, to'rt yoki undan ortiq ipning mustahkamlovchi elementlarini yotqizish qo'llaniladi.
Uchta o'zaro perpendikulyar iplarning tuzilishi eng katta qo'llanilishiga ega. Qattiqlashtiruvchilar eksenel, radial va aylana yo'nalishlarida joylashgan bo'lishi mumkin.
Uch o'lchamli materiallar bloklar, silindrlar shaklida har qanday qalinlikda bo'lishi mumkin. Katta hajmli matolar qatlamli matolarga nisbatan po'stloq kuchini va kesishga chidamliligini oshiradi. Kubning diagonallari bo'ylab mustahkamlovchi vositani kengaytirish orqali to'rtta ipdan iborat tizim quriladi. To'rt ipning tuzilishi muvozanatli, asosiy tekisliklarda kesish qat'iyligini oshirdi.
Biroq, to'rtta yo'nalishli materiallarni yaratish uchta yo'nalishli materiallarni yaratishdan ko'ra qiyinroq.
Ushbu turdagi kompozit materiallar alyuminiy oksidining tarqalgan zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy bo'lgan SAP (sinterlangan alyuminiy kukuni) kabi materiallarni o'z ichiga oladi. Alyuminiy kukuni eritilgan metallni purkash orqali olinadi, so'ngra shar tegirmonlarida kislorod ishtirokida taxminan 1 mikron o'lchamiga qadar maydalanadi. Maydalash davomiyligi oshishi bilan kukun mayda bo'ladi va undagi alyuminiy oksidi miqdori ortadi. SAP dan mahsulot va yarim tayyor mahsulotlarni ishlab chiqarishning keyingi texnologiyasi sovuq presslash, oldindan sinterlash, issiq presslash, prokat yoki sinterlangan alyuminiy ignabargli tayyor mahsulot shaklida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni o'z ichiga oladi.
SAP tipidagi qotishmalar aviatsiya texnologiyasida 300-500 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan yuqori o'ziga xos kuch va korroziyaga chidamli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ulardan piston rodlari, kompressor pichoqlari, yonilg'i elementlarining qobiqlari va issiqlik almashinuvi quvurlari tayyorlanadi.
Alyuminiy va uning qotishmalarini po'lat sim bilan mustahkamlash ularning mustahkamligini oshiradi, elastiklik modulini, charchoqqa chidamliligini oshiradi va materialning harorat oralig'ini kengaytiradi.
Qisqa tolalar bilan mustahkamlash presslashdan so'ng gidroekstruziya yoki blankalarni siljitishdan iborat chang metallurgiya usullari bilan amalga oshiriladi. Muqobil qatlamlardan tashkil topgan sendvich tipidagi kompozitsiyalarning uzluksiz tolalari bilan mustahkamlanganda alyuminiy folga va tolalar, prokat, issiq presslash, portlash payvandlash, diffuzion payvandlash qo'llaniladi.
Juda istiqbolli material - berilliy armaturaning yuqori jismoniy va mexanik xususiyatlarini va birinchi navbatda, uning past zichligi va yuqori o'ziga xos qattiqligini amalga oshiradigan alyuminiy-berilliy simli kompozitsion. Beriliy simli kompozitsiyalar berilliy simli va matritsali varaqlarning o'zgaruvchan qatlamlaridan paketlarni diffuziya bilan payvandlash orqali olinadi. Po'lat va berilliy simlar bilan mustahkamlangan alyuminiy qotishmalari raketa korpusining qismlari va yonilg'i baklarini tayyorlash uchun ishlatiladi.
"Alyuminiy - uglerod tolasi" tarkibida past zichlikdagi armatura va matritsaning kombinatsiyasi yuqori o'ziga xos kuch va qattiqlikka ega bo'lgan kompozit materiallarni yaratishga imkon beradi. Uglerod tolalarining kamchiliklari ularning mo'rtligi va yuqori reaktivligidir. Alyuminiy-uglerod tarkibi uglerod tolalarini suyuq metall bilan singdirish yoki chang metallurgiya usullari bilan olinadi. Texnologik jihatdan, alyuminiy eritmasi orqali uglerod tolalari to'plamlarini tortib olish eng osondir.
Alyuminiy-uglerodli kompozit zamonaviy jangchilarning yonilg'i baklarini loyihalashda qo'llaniladi. Materialning yuqori o'ziga xos kuchi va qattiqligi tufayli yonilg'i baklarining massasi 30% ga kamayadi. Ushbu material samolyot gaz turbinali dvigatellari uchun turbinali pichoqlarni ishlab chiqarish uchun ham ishlatiladi.
Metall bo'lmagan matritsali kompozitsion materiallar
Metall bo'lmagan matritsali kompozit materiallar sanoatda keng qo'llaniladi. Metall bo'lmagan matritsalar sifatida polimer, uglerod va keramik materiallar ishlatiladi. Polimer matritsalaridan epoksi, fenol-formaldegid va poliamid eng ko'p qo'llaniladi. Uglerod matritsalari kokslanadi yoki pirolizga (parchalanish, parchalanish) duchor bo'lgan sintetik polimerlardan olinadi. Matritsa kompozitsiyani bog'lab, unga shakl beradi. Kuchaytirgichlar tolalardir: shisha, uglerod, bor, organik, mo'ylovlarga asoslangan (oksidlar, karbidlar, boridlar, nitridlar va boshqalar), shuningdek, yuqori mustahkamlik va qattiqlikka ega bo'lgan metall (simlar).
Kompozit materiallarning xossalari tarkibiy qismlarning tarkibiga, ularning kombinatsiyasiga, miqdoriy nisbatiga va ular orasidagi bog'lanish kuchiga bog'liq.
Yo'naltirilgan materiallarda sertleştirici tarkibi 60-80 vol. %, yo'naltirilmagan (diskret tolalar va mo'ylovlar bilan) - 20 - 30 vol. %. Elyaflarning mustahkamligi va elastiklik moduli qanchalik baland bo'lsa, kompozit materialning mustahkamligi va qattiqligi shunchalik yuqori bo'ladi. Matritsaning xususiyatlari kesish va siqilishdagi kompozitsiyaning kuchini va charchoqning buzilishiga chidamliligini aniqlaydi.
Qattiqlashtiruvchi turiga ko'ra, kompozit materiallar shisha tolalarga, uglerod tolali uglerod tolalariga, bor tolalariga va organ tolalariga bo'linadi.
Laminatsiyalangan materiallarda birlashtiruvchi bilan singdirilgan tolalar, iplar, lentalar yotqizish tekisligida bir-biriga parallel ravishda yotqiziladi. Planar qatlamlar plitalarga yig'iladi. Xususiyatlari anizotropikdir. Mahsulotdagi materialning ishlashi uchun harakat qiluvchi yuklarning yo'nalishini hisobga olish muhimdir. Siz izotrop va anizotrop xususiyatlarga ega materiallarni yaratishingiz mumkin. Kompozit materiallarning xususiyatlarini o'zgartirib, turli burchaklardagi tolalarni yotqizishingiz mumkin. Materialning egilishi va burilish qattiqligi paketning qalinligi bo'ylab qatlamlarni yotqizish tartibiga bog'liq.
Uch, to'rt yoki undan ortiq ipning mustahkamlovchi elementlarini stacking ishlatiladi (7-rasm). Uchta o'zaro perpendikulyar iplarning tuzilishi eng katta qo'llanilishiga ega. Qattiqlashtiruvchilar eksenel, radial va aylana yo'nalishlarida joylashgan bo'lishi mumkin.
Uch o'lchamli materiallar bloklar, silindrlar shaklida har qanday qalinlikda bo'lishi mumkin. Katta hajmli matolar qatlamli matolarga nisbatan po'stloq kuchini va kesishga chidamliligini oshiradi. Kubning diagonallari bo'ylab mustahkamlashni joylashtirish orqali to'rtta ipdan iborat tizim quriladi. To'rt ipning tuzilishi muvozanatli, asosiy tekisliklarda kesish qat'iyligini oshirdi. Biroq, to'rtta yo'nalishli materiallarni yaratish uchta yo'nalishli materiallarni yaratishdan ko'ra qiyinroq.
Guruch. 7. Kompozit materiallarni mustahkamlash sxemasi: 1 - to'rtburchaklar, 2 - olti burchakli, 3 - qiya, 4 - kavisli tolalar bilan, 5 - n ta iplar tizimi
Quruq ishqalanishning eng og'ir sharoitlarida foydalanish nuqtai nazaridan eng samarali politetrafloroetilen (PTFE) asosidagi ishqalanishga qarshi materiallardir.
PTFE ancha yuqori statik ishqalanish koeffitsienti bilan ajralib turadi, ammo toymasin ishqalanish paytida PTFE yuzasida juda yupqa yuqori yo'naltirilgan polimer qatlami hosil bo'ladi, bu statik va dinamik ishqalanish koeffitsientlarini tenglashtirishga va sirpanish paytida silliq harakatga yordam beradi. Sirpanish yo'nalishi o'zgartirilganda, yo'naltirilgan sirt plyonkasi mavjudligi ishqalanish koeffitsientining vaqtincha o'sishiga olib keladi, uning qiymati sirt qatlami qayta yo'naltirilganda yana kamayadi. PTFE ning ishqalanish ostidagi bunday harakati sanoatda keng qo'llanilishiga olib keldi, bu erda to'ldirilmagan PTFE asosan podshipniklar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ko'pgina hollarda, moylanmagan rulmanlar yuqori ishqalanish tezligida ishlashi kerak. Shu bilan birga, to'ldirilmagan PTFE ishqalanish koeffitsienti va aşınma tezligining yuqori qiymatlari bilan tavsiflanadi. Bunday sharoitlarda ishlaydigan moylanmagan podshipniklar uchun materiallar sifatida, ko'pincha PTFE asosidagi kompozit materiallar keng qo'llanilishini topdi.
Quruq ishqalanish paytida PTFE ning nisbatan yuqori aşınma tezligini kamaytirishning eng oddiy usuli chang plomba moddalarini kiritishdir. Bunday holda, siqilish ostida o'rmalanish qarshiligi ortadi va quruq ishqalanish ostida aşınma qarshiligining sezilarli darajada oshishi kuzatiladi. To'ldiruvchining optimal miqdorini joriy etish aşınma qarshiligini 10 4 martagacha oshirish imkonini beradi.
Polimerlar va ular asosidagi kompozit materiallar noyob fizik-mexanik xususiyatlar to'plamiga ega, buning natijasida ular an'anaviy konstruktiv po'latlar va qotishmalar bilan muvaffaqiyatli raqobatlashadi va ba'zi hollarda maxsus mahsulotlar va mashinalarning zarur funktsional xususiyatlarini va ishlashini ta'minlash mumkin emas. polimer materiallardan foydalanmasdan. Plastmassalarni mahsulotga qayta ishlash texnologiyalarining yuqori ishlab chiqarish qobiliyati va kam energiya iste'moli PCM ning yuqorida aytib o'tilgan afzalliklari bilan birgalikda ularni turli maqsadlar uchun mashina qismlari uchun juda istiqbolli materiallarga aylantiradi.
Ushbu turdagi kompozit materiallar alyuminiy oksidining tarqalgan zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy bo'lgan SAP (sinterlangan alyuminiy kukuni) kabi materiallarni o'z ichiga oladi. Alyuminiy kukuni eritilgan metallni purkash orqali olinadi, so'ngra shar tegirmonlarida kislorod ishtirokida taxminan 1 mikron o'lchamiga qadar maydalanadi. Maydalash davomiyligi oshishi bilan kukun mayda bo'ladi va undagi alyuminiy oksidi miqdori ortadi. SAP dan mahsulot va yarim tayyor mahsulotlarni ishlab chiqarishning keyingi texnologiyasi sovuq presslash, oldindan sinterlash, issiq presslash, prokat yoki sinterlangan alyuminiy ignabargli tayyor mahsulot shaklida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni o'z ichiga oladi.
SAP tipidagi qotishmalar aviatsiya texnologiyasida 300-500 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan yuqori o'ziga xos kuch va korroziyaga chidamli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ulardan piston rodlari, kompressor pichoqlari, yonilg'i elementlarining qobiqlari va issiqlik almashinuvi quvurlari tayyorlanadi.
Alyuminiy va uning qotishmalarini po'lat sim bilan mustahkamlash ularning mustahkamligini oshiradi, elastiklik modulini, charchoqqa chidamliligini oshiradi va materialning harorat oralig'ini kengaytiradi.
Qisqa tolalar bilan mustahkamlash presslashdan so'ng gidroekstruziya yoki blankalarni siljitishdan iborat chang metallurgiya usullari bilan amalga oshiriladi. Alyuminiy folga va tolalarning o'zgaruvchan qatlamlaridan tashkil topgan sendvich tipidagi kompozitsiyalarning uzluksiz tolalari bilan mustahkamlashda prokat, issiq presslash, portlash payvandlash va diffuziya payvandlash qo'llaniladi.
Beriliy armaturasining yuqori fizik-mexanik xususiyatlarini va birinchi navbatda uning past zichligi va yuqori o'ziga xos qattiqligini amalga oshiradigan "alyuminiy - berilliy sim" kompozitsiyasi juda istiqbolli materialdir. Beriliy simli kompozitsiyalar berilliy simli va matritsali varaqlarning o'zgaruvchan qatlamlaridan paketlarni diffuziya bilan payvandlash orqali olinadi. Po'lat va berilliy simlar bilan mustahkamlangan alyuminiy qotishmalari raketa korpusining qismlari va yonilg'i baklarini tayyorlash uchun ishlatiladi.
"Alyuminiy - uglerod tolalari" kompozitsiyasida past zichlikdagi armatura va matritsaning kombinatsiyasi yuqori o'ziga xos kuch va qattiqlikka ega kompozitsion materiallarni yaratishga imkon beradi. Uglerod tolalarining kamchiliklari ularning mo'rtligi va yuqori reaktivligidir. "Alyuminiy - uglerod" tarkibi uglerod tolalarini suyuq metall bilan singdirish yoki chang metallurgiya usullari bilan olinadi. Texnologik jihatdan, alyuminiy eritmasi orqali uglerod tolalari to'plamlarini tortib olish eng osondir.
Kompozit "alyuminiy - uglerod" zamonaviy qiruvchi samolyotlarning yonilg'i baklarini loyihalashda qo'llaniladi. Materialning yuqori o'ziga xos kuchi va qattiqligi tufayli yonilg'i baklarining massasi kamayadi
o'ttiz%. Ushbu material samolyot gaz turbinali dvigatellari uchun turbinali pichoqlarni ishlab chiqarish uchun ham ishlatiladi.
