Композиционные материалы

Твердые сплавы

Кроме металлических конструкционных материалов в данной работе рассматриваются и материалы, полученные методами порошковой металлургии, где исходными материалами являются порошки с размером частиц от 1 мм и до долей микрон.

Важнейшими характеристиками порошков являются: текучесть, прессуемость и спекаемость. На свойства порошков, их поведение при прессовании и спекании оказывают влияние следующие факторы: 1) размер частиц; 2) форма частиц; 3) плотность порошков, зависящая от внутренней пористости; содержание окислов и т.д.; 4) химическая активность порошков, суммирующая поверхностную и внутреннюю энергию. Например, металлические порошки, отличаясь высокой химической активностью, интенсивно поглощают газы из окружающей среды, хорошо спекаются, но плохо прессуются.

В технике получили широкое применение твердые сплавы на основе карбидов тугоплавких металлов - вольфрама, титана, тантала. Они применяются в качестве материала для изготовления режущей части инструментов, имеющих высокую износостойкость и теплостойкость (способность сохранять твердость при нагреве до 1000 °С). Эти качества в значительной степени зависят от величины зерна карбидов и количества связующего элемента - кобальта. При равном содержании кобальта повышенную прочность будут иметь сплавы с более крупными карбидными частицами. Сплавы с небольшим количеством кобальта имеют высокую твердость и износостойкость, но повышенную хрупкость и используются для чистового точения. Сплавы с повышенным содержанием кобальта применяют для черновой обработки, так как они характеризуются высокой эксплуатационной прочностью, но невысокой износостойкостью.

Применяют следующие типы твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала со связующим элементом - кобальтом: ВК-(WC+Со), ТТК-(WC+TiС+ТаС+Со), ТК-(WС+ТiС+Со). Марки сплавов смотри в таблице Б.12.

Сплавы группы "ВК" применяют для изготовления инструмента для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, фарфора, стекла. Сплавы группы "ТК" - для обработки вязких материалов: сталей, латуней и т.п. Сплавы группы "ТТК" - для обработки горных пород, бурении нефтяных скважин.

Композиционные материалы – материалы, состоящие из искусственно объединённых в монолит двух и более веществ с различными технологическими свойствами. При этом имеется граница раздела между составляющими данного материала. Свойства материала определяются каждым компонентом. Аналогов в природе этому материалу нет, он – создание человека. Так как многие материалы в виде волокон (тонких нитей) обладают очень высокими механическими свойствами в широком диапазоне температур, то появилась возможность создания высокопрочных ком­позиций, где прочность и другие механические свойства зависят от свойств волокон и силы связи на границе раздела матрица-волокно. Матрица передает волокнам приложенную нагрузку посредством касательных сил, действующих на поверхность раздела.

В технике применяют различные композиты, представляющие металлическую матрицу, армированную высокопрочными волокнами - неметаллическими нитевидными монокристаллами (усами) или металлической проволокой.

Волокна из неметаллических материалов получают из окиси алюминия, нитридов бора, окиси хрома, двуокиси кремния, углерода и т.д. По масштабам производства среди всех неметаллических материалов первое место занимают углеродные волокна, превосходящие по своим механическим свойствам все жаростойкие волокнистые материалы.

Нитевидные монокристаллы - "усы" представляют собой иглообразные высокопрочные материалы с большим отношением длины к диаметру. Обычно применяют кристаллы длиной 100-2500 мкм и диаметром 1-10 мкм. Прочность монокристаллов во многих случаях приближается к теоретической. Производство монокристаллов сложно и требует больших материальных затрат.

Металлические волокна дешевы, технологичны, имеют стабильные свойства, но низкие характеристики прочности и жаропрочности. В качестве металлических волокон применяют проволоку из стали, титана и его сплавов, никеля, бериллия, вольфрама, молибдена, железоникелевых и кобальтовых сплавов и др.

Дата добавления: 2015-07-02