Свойства и применение композиционных материалов - Новые материалы в металлургии
Физико-механические свойства основных компонентов КМ на основе алюминиевой матрицы приведены.
Хорошая совместимость матрицы с армирующим элементом, высокие прочностные свойства борного волокна и удовлетворительная пластичность материала матрицы определяют высокие удельные значения прочности и жесткости металлического КМ (отношение временного сопротивления и модуля упругости к плотности) в сочетании с хорошей технологичностью и конструкционной надежностью изделий из этого материала.
Для создания металлических КМ с еще более малой плотностью применяется магний. Композиционные материалы на основе магния на 30 % легче, чем сплавы алюминия. У металлических КМ на основе магния хорошие удельные свойства, стабильный температурный коэффициент линейного расширения в широком диапазоне температур, что достигается за счет комбинаций свойств матрицы и волокна и может регулироваться в зависимости от конкретных условий использования. Магний - один из легких металлов, для которого не возникает проблем взаимодействия с углеродными, борными волокнами и волокнами из карбида кремния. Перспективная система углеродные волокна-магний обладает самыми высокими удельными характеристиками: Еуд = 23,5*103 км, = 115 км. Некоторые свойства металлических КМ на основе магниевой матрицы приведены.
Системы углеродные волокна-алюминий и углеродные волокна-магний перспективны для использования в авиационной технике, а также в космосе, благодаря высоким значениям удельной прочности и жесткости, малому температурному коэффициенту линейного расширения и сравнительно высокой теплопроводности.
Металлы с высокой пластичностью и прочностью хорошо совмещаются с высокопрочными и жесткими волокнами с низкой плотностью и пластичностью, образуя КМ с повышенной жесткостью и малой массой. Примером такой комбинации может быть титан, армированный волокнами бора или карбида кремния. Однако такие системы имеют пониженную усталостную прочность из-за остаточных напряжений и химического взаимодействия между волокнами и матрицей при высоких температурах изготовления. Кроме того, механическая обработка КМ на основе титановой матрицы представляет большие трудности. Недостатком этого вида КМ является также высокая реакционная способность титановой матрицы. Свойства металлических КМ на основе титановой матрицы приведены.
На рисунке 13.4 приведены типичные свойства композиционного материала на основе алюминиевого сплава, армированного борным волокном, покрытым карбидом кремния.
Зависимость временного сопротивления (а) и модуля упругости (б) бороалюминиевого композитного материала вдоль (1) и поперек (2) оси армирования от объемного содержания борного волокна
Прочность и модуль упругости, а также сопротивление материалов удару для однонаправленных композиционных материалов на основе алюминия, магния и титана повышаются по мере увеличения в композиции объемного содержания волокон.
Для очень высоких температур, например в камерах сгорания реактивных двигателей, используются системы, содержащие молибденовую и вольфрамовую проволоку в матрицах из титана и суперсплавов. Наибольшей прочностью при температуре 1093°С обладает проволока из сплава W - Re - Hf - C: = 2,2 ГПа, что в 6 раз больше прочности никелевых или кобальтовых суперсплавов при такой же температуре.
Большие перспективы открываются с развитием процессов объемного армирования металлических КМ. В частности, для металлических КМ объемное армирование дает существенный выигрыш в ударной вязкости. Система Аl2О3/Аl трехмерного армирования поглощает почти такую же энергию удара, как и чистый металл. Армирование по толщине, обеспечиваемое трехмерной волокнистой структурой, предотвращает расслоение и ограничивает распространение трещин.
К недостаткам металлических КМ относится их сравнительно высокая стоимость и сложность изготовления, однако, уникальные свойства этих материалов делают их незаменимыми в ряде конструкций.
В авиации и ракетно-космической технике наиболее широко используют КМ с борными волокнами. Детали из боропластика и бороалюминия применяют такие крупные фирмы США, как "Локхид", "Боинг", "Дженерал Дайнемикс". Из них изготавливают горизонтальные и вертикальные стабилизаторы, рули, элементы хвостового оперения лонжероны, лопасти винтов, обшивку крыльев и др. Детали из бороалюминия по сравнению с титановыми сплавами дают снижение массы на 30 - 40 %, обеспечивая более высокую длительную и усталостную прочность при нагреве до 500°С.
Еще более эффективно применение бороалюминия в ракетно-космической технике. Его использование для изготовления крупных деталей для ракет "Атлас", космических кораблей "Аполлон", "Шаттл" позволило уменьшить их массу на 20 - 50 %. Это, в свою очередь, увеличило полезную нагрузку, а для военных самолетов - дальность полета, объем вооружения и т. д.
Фирма "Toyota" (Япония) изготовила металлические КМ для деталей автомобилестроения. Алюминий армировали смесью коротких волокон Аl2О3 и SiO2(диаметр около 3 мкм и длина до 10 мкм) в различных соотношениях. С увеличением массовой доли волокон Аl2О3 возрастает прочность и модуль упругости, при росте доли волокон SiO2 повышается износостойкость. Этот материал использовали вместо никелевых сплавов для изготовления накладок поршней, что позволило поднять температуру в камере сгорания двигателя и его мощность. За счет увеличения износостойкости поршней пробег автомобиля увеличен до 300 тыс. км.
Похожие статьи
-
Волокнистые композиционные материалы - Новые материалы в металлургии
Помимо обеспечения прочности и монолитности конструкции матрица должна иметь необходимую пластичность и быть работоспособной в той температурной области,...
-
Магний - металл серебристо-белого цвета с плотностью 1,74 Мг/м3 и температурой плавления 651 С; имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую...
-
Дисперсноупрочненные композиционные материалы - Новые материалы в металлургии
При дисперсном упрочнении частицы блокируют процессы скольжения в матрице. Эффективность упрочнения при условии минимального взаимодействия с матрицей...
-
Общая характеристика и классификация - Новые материалы в металлургии
Композиционным материалом (КМ) или Композитом называют объемную гетерогенную систему, состоящую из сильно различающихся по свойствам, взаимно...
-
Композиционные материалы - Неметаллические материалы
Композиционные или композитные материалы - материалы будущего. После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их...
-
Исходя из области применения радиопоглощающих полимерных материалов, можно утверждать, что наряду с радиофизическими характеристиками огромное значение...
-
Для исследования радиофизических свойств радиопоглощающих полимерных материалов в настоящей работе было рассмотрено влияния весовой концентрации...
-
Анализ конструкции (объекта дипломного проектирования) на предмет снижения ее массы, применения новых материалов, совершенствования конструктивных...
-
Исследование радиофизических свойств ненаполненных полимерных пленок В настоящее время существует потребность в создании радиопоглощающих материалов для...
-
Физико-механические свойства углепластиков - Свойства и применение углепластиков
Уровень свойств углепластиков зависит от характеристик применяемых углеродных волокон, вида и текстурной формы армирующего наполнителя, упругопрочностных...
-
Применение углепластиков - Свойства и применение углепластиков
Углепластик (карбон) имеет невероятно широкую сферу применения. Углеродные материалы и изделия из них можно встретить в самых разнообразных отраслях...
-
Конструкционные материалы - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими...
-
Истинная плотность полуводного гипса 2,65-2,75 г/см3. По срокам схватывания гипс делят на 3 группы (А, Б, В) Вид гипса Начало схватывания Конец...
-
Пластмассовые антифрикционные материалы - Пластмассы. Их свойства и области применения
Из-за малого сходства с металлами и из-за больших упругих деформаций пластмассы в узлах трения менее чувствительны к схватыванию и задиранию, что резко...
-
Введение - Свойства и применение углепластиков
Композиционные материалы - это искусственные материалы, полу-чаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица...
-
Серый чугун. Свойства, марки и области применения - Технологии машиностроения
Наиболее широкое распространение в литейном производстве получил сплав железа с углеродом и кремнием, известный под названием серого чугуна. Этот чугун...
-
Основные сведения - Свойства и применение углепластиков
Углепластики - композиты, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна. Этот сравнительно новый класс ПКМ получил в последние годы наиболее...
-
Материалы - Выбор вида шланга для применения в конкретном производстве
Основные свойства материалов Основные свойства химических высокомолекулярных материалов, из которых изготавливаются гибкие шланги. Поливинилхлорид (ПВХ)...
-
Цветные сплавы, твердые сплавы, композиционные материалы
ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ, ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Цепь работы: ознакомление с основными марками цветных сплавов и композиционных материалов, их...
-
Для технологического процесса изготовления пластмасс наиболее важны физические и механические свойства пластических масс. В связи с этим рассмотрим...
-
Сплавы алюминия - Металлургия аллюминия
Всем известна тонкая алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая - для изготовления...
-
Слюда. Химический состав, свойства и области применения - Диэлектрические материалы для изоляции
Слюда является обычным породообразующим минералом многих изверженных, метаморфических и некоторых осадочных горных пород. Это один из наиболее...
-
Пластмассы. Основные характеристики пластмасс - Пластмассы. Их свойства и области применения
Пластические массы (пластмассы, пластики) -- материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления...
-
1. Отработана методика получения и определены оптимальные с технологической точки зрения рецепты для разработки монолитных и пористых поливинилхлоридных...
-
Материал детали и его химико - механические свойства В качестве материалов для изготовления корпусов редукторов применяют алюминиевые литейные сплавы...
-
Достоинства и недостатки карбона - Свойства и применение углепластиков
Более высокая цена карбона по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном объясняется более сложной, энергоемкоймногоэтапной технологией, дорогими...
-
Связующие - Свойства и применение углепластиков
В качестве матриц (связующих) при изготовлении судовых конструкций используются преимущественно эпоксидные н полиэфирные синтетические смолы [6]....
-
Состав материалов должен обеспечивать получение в отливке заданных физико-механических и физико-химических свойств; свойства и структура должны быть...
-
Детали, изготовленные из карбонокомпозитов и кевларокомпозитов, полностью заменили традиционные силовые элементы конструкции в высокотехнологичных...
-
Пластмассовые уплотнители и амортизаторы. - Пластмассы. Их свойства и области применения
Детали уплотнений из пластмасс находят очень широкое применение. Это объясняется тем, что пластмассы обеспечивают не только высокую герметичность...
-
Интенсивное развитие радиоэлектронной техники обусловило постоянное присутствие повышенного уровня электромагнитного излучения (ЭМИ) в окружающей среде...
-
Как правило, в общем случае РПМ - это композит, состоящий из проводящего наполнителя и диэлектрической матрицы. Проводник при этом находится в...
-
Технология пластизолей на основе поливинилхлорида позволяет получать весьма широкий круг самых разнообразных полимерных материалов, в том числе...
-
Технологические свойства, Список используемой литературы - Область применения цементуемых сталей
Температура ковки, 0 С: начала 1250, конца 780 - 760. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм производится на воздухе, сечения 101 - 300 мм - в мульде....
-
Общие сведения Формовочными материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на...
-
Аннотация На обеспечение высоких эксплуатационных свойств жаростойких материалов влияет большое количество различных факторов. В статье проведен анализ...
-
Сферы применения титана и титановых сплавов - Титан и титановые сплавы
Авиационная промышленность - основной потребитель титановой продукции. Именно развитие авиационной техники дало толчок титановому производству. По своим...
-
Бериллий и сплавы на его основе, Свойства бериллия, Бериллиевые сплавы - Сплавы цветных металлов
Свойства бериллия Бериллий - металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Помимо очень высоких удельных прочности и жесткости, бериллий имеет большую...
-
Резервуар предназначен для работы в условиях Крайнего Севера, Западной Сибири и Дальнего Востока. Для этих районов характерны длительные периоды с...
-
Свойства титана Титан - металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации. Отличительными особенностями являются хорошие механические свойства,...
Свойства и применение композиционных материалов - Новые материалы в металлургии