На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Ваграночное производство

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 20.05.2012. Сдан: 2010. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


       Содержание 
 

       1 Металлические матрицы……………………………………………………3
       2 Достоинства и недостатки жидкофазных  способов получения металлических   композиционных материалов………………………………………7
       2.1 Смачивание поверхности и пропитка  твердых тел……………………..8
       3 Применение композитов на основе металлической матрицы…………..11
       Библиографический список…………………………………………………13  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Металлические матрицы

1.1. Основы технологии изготовления

  Технологии  получения композитов с металлическими матрицами построены в основном на использовании препрегов. Препреги представляют собой однослойные ленты различных размеров с одним рядом армирующих волокон или ткани, пропитанных или покрытых матричным металлом (сплавом) с одной или обеих сторон. Используются также жгуты волокон, пропитанные металлом, и индивидуальные волокна, покрытые матричным металлом, сплавом или его компонентами. Впоследствии препреги используют для получения компактных заготовок: листов, полос: плит, труб и т. п., которые подвергаются процессам формообразования, раскроя, сварки, механической обработки. В некоторых случаях этапы компактирования и формообразования совмещаются — такие процессы изготовления изделий считаются одностадийными.
  Препреги  могут изготавливаться с помощью  различных методов нанесения  металла на армирующие элементы: плазменного напыления, порошковой технологии, пропитки, протяжки волокон через расплав, а также посредством прокатки и горячего прессования. Выделяют четыре основные группы способов получения препрегов, полуфабрикатов и изделий из КМ с металлическими матрицами: парогазофазные, жидкофазные, твердожидкофазные и твердофазные.
  Парогазофазные  способы используются в основном для нанесения на волокна, жгуты, ленты и ткани барьерных и технологических покрытий, которые должны быть равномерно распределены по поверхности каждого волокна. Барьерные покрытия предназначены для защиты волокна от деградации в результате физико-химического взаимодействия с металлической матрицей. Эти покрытия представляют собой термодинамически стойкие химические соединения, играющие роль диффузионных барьеров. Состав этих соединений обычно включает бориды, нитриды, карбиды, окислы и выбирается в зависимости от характера физико-химической и термомеханической совместимости армирующих волокон и матричных сплавов. Выбранное соединение осаждается на поверхность непрерывно движущихся волокон, образуя плотное покрытие. Толщина покрытия может меняться от сотен ангстрем до нескольких микрон.
  Технологические покрытия предназначены для улучшения  смачивания волокон матричными металлическими расплавами и повышения адгезии, а также для формирования на поверхности волокон металлических слоев, необходимых либо для пластифицирования волокон, либо для последующего формирования КМ.
К жидкофазным  способам относят:
    протяжку волокон, жгутов и тканей через расплавы металлов и матричных сплавов для пластифицирования волокон и получения препрегов;
    пропитку пакетов препрегов металлическими расплавами на стадиях изготовления полуфабрикатов и изделий в автоклавах под небольшим избыточным давлением, а также методами литейной технологии;
    плазменное и некоторые другие виды газотермического распыления металлов.
  Твердожидкофазные способы применяются для производства полуфабрикатов и изделий из КМ методами горячего прессования, волочения и прокатки пакетов препрегов. Особенно эффективны они при армировании КМ тканями из многофиламентных жгутов, а также при сложном характере армирования, когда требуется дозирование объема жидкой фазы, необходимой для равномерной пропитки волоконного каркаса металлом.
  К твердофазным способам относят горячее  прессование при статическом, динамическом и импульсном давлении в вакууме  или среде защитных газов, а также  прокатку, волочение, экструзию и  сварку давлением. 

Метод плазменного напыления
  Существует  два варианта получения КМ с использованием плазменного напыления матричного сплава на армирующие волокна:
    непрерывное волокно с фиксированным шагом наматывают на приемный барабан, затем на волокно напыляют матричный сплав;
    на поверхность барабана укладывают фольгу из матричного сплава, наматывают на нее с заданным шагом волокно и проводят напыление сплава.
  Особенностью (и основным преимуществом) технологии плазменного напыления является кратковременность (10-2 ... 10-4 сек) термического и механического взаимодействия частиц распыленной матрицы на армирующие волокна. Благодаря малому размеру напыляемых частиц (10—100 мкм) удается сохранить прочность волокон и ограничить развитие диффузионных процессов, приводящих к образованию хрупких фаз на межфазной границе.
  Напыляемые  частицы разгоняются в плазменной струе до 50-150 м/сек, при соударении с волокнами интенсивно деформируются  и проникают между ними, образуя  мелкокристаллическую пористую матрицу. Удар расплавленной частицы о  поверхность волокна сопровождается ударным (напорным) давлением до 2000 МПа. Образование прочного соединения волокна с матрицей в этом процессе происходит уже в твердом состоянии после практически мгновенной кристаллизации тонкого пограничного слоя частицы.
Пластическое  деформирование
  В большинстве случаев конструкционные композиты с металлической матрицей получают пластическим деформированием сборных заготовок из полуфабрикатов. Основная задача такого деформирования — преобразование неплотной заготовки в компактный полуфабрикат или изделие с прочным соединением матрицы с армирующими волокнами без нарушения сплошности и термического разупрочнения арматуры.
  При пластическом компактировании композитов необходимо учитывать ряд требований к параметрам технологического процесса. Такие требования обычно формулируются в виде критериев — условий типа равенств или неравенств, связывающих параметры композита и процесса компактирования.
Критерий  полного уплотнения. Во многих случаях критерий, определяющий параметры процесса, имеет вид
 
где Јfc — безразмерный параметр, характеризующий степень деформации заготовки; кпр — коэффициент неплотности заготовки (отношение суммарного объема неплотностей к объему, ограниченному контуром заготовки). Коэффициент неплотности специально расчитывается для каждого типа армирования композита.
Применяется также  критерий вида
Рк > о~с,
где Рк — давление компактирования полуфабриката; <тс — среднее напряжение течения матрицы в структурной ячейке композита.
Критерий  сохранения сплошности волокон    имеет вид
Рк < о-/,
где Рк — давление компактирования; a f — величина, характеризующая сопротивление волокон разрушению при поперечном сжатии. В том случае, когда в качестве армирующих элементов используется металлическая микропроволока, за Of принимается предел текучести металла при температуре процесса компактирования. 

Критерий  прочного соединения компонентов   определяет условие вида
где tfc — длительность процесса компактирования; tc — время, необходимое для формирования прочного соединения компонентов композита.
В общем случае процесс формирования прочного соединения разнородных материалов можно разделить на три стадии, каждая из которых характеризуется собственной длительностью: стадия образования физического контакта (сближение атомов соединяемых поверхностей), характеризующегося действием на межкомпонентных границах сил Ван-дер-Ваальса и слабым химическим взаимодействием; стадия образования «активных центров» на контактирующих поверхностях за счет скопления дислокаций и т. п. деформационных явлений, благодаря которым формируется прочная химическая связь между компонентами; стадия реакционного взаимодействия, образования промежуточных фазовых прослоек и т. п. в зоне контакта компонентов композита.
При компактировании  композитов время tc практически полностью определяется длительностью второй стадии.
Критерий  предотвращения термического разупрочнения волокон   связан с определением оптимальной температуры процесса компактирования, от которой зависят также и значения других критериальных параметров, в т. ч., перечисленные выше. Критериальное выражение имеет вид
Тк < Т*,
где Tk — температура деформирования заготовки; Т* — критическая температура, при которой начинается активное разупрочнение волокон;
  Этот  критерий ограничивает рост температуры  с целью повышения деформационных характеристик матрицы и облегчения процесса компактирования. Для хрупких волокон допускается снижение прочностных свойств при компактировании не более чем на 5%, в редких случаях — на 10%.

1.2.    Основные типы металлических матриц

  При производстве металлокомпозитов для формования матриц используются многие металлы. В табл. 1.5 приведены механические характеристики некоторых их них, применяемых наиболее широко. В табл. 1.6 представлены механические характеристики металлических волокон (микропроволок) используемых для армирования металлических матриц.
    Таблица 1. Основные механические характеристики металлов 

  р, кг/м аь, МПа Я,ГПа
сталь 7800-7850 770-2200 180-210
алюминий 2700-2850 260-700 70-72
титан 4500 1000-1200 ПО
магний 1800 260 40
бериллий 1850 620 320
никель 8900 400-500 200
 
 
Таблица 2. Основные механические характеристики металлических волокон 

  d, мкм р, кг/м аь, МПа Я,ГПа
сталь 20-1500 7800 1500-4400 180-200
алюминий 150 2700 290 70
титан 100-800 4500 1400-1500 120
бериллий 50-500 1800-1850 1100-1450 240-310
вольфрам 20-50 19000-19300 3300-4000 410
молибден 25-250 10200 1800-2200 360
  В таблицах 1.5 и 1.6 представлены следующие  характеристики: р — плотность, аь — предел прочности при растяжении, Е — модуль упругости при растяжении, d — диаметр волокон. 
 

Матрицы на основе алюминия
  Основным  требованием к матрицам на основе алюминия и его сплавов является совместимость с материалом армирующих волокон при температурах- 33-
получения и эксплуатации КМ. Для них характерны высокие значения прочности и пластичности при нормальной и повышенной температурах, высокие технологические свойства и коррозионная стойкость. Алюминиевые матрицы армируются высокопрочными и высокомодульными волокнами, что позволяет повышать жесткость и прочность КМ. Для армирования применяются волокна стали, бора, борсика, углерода, карбида кремния, вольфрама, молибдена, бериллия, титана, диоксида кремния и других материалов. Такие композиты используются в основном в авиационной и космической технике, а также при изготовлении деталей двигателей.
 
Матрицы на основе магния
  Магниевые сплавы отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, высокими демпфирующими способностями, хорошо поддаются резанию. Существенным достоинством магниевых матриц является то, что они практически не вступают в химические реакции с основными классами армирующих волокон. Недостатком таких матриц является пониженная коррозионная стойкость, что требует применения специальных мер по защите поверхности изделий из таких материалов. Магниевые матрицы армируются волокнами бора, углеродными, карбида кремния, стали, титана, тантала, оксида алюминия. Для создания изделий из композитов на основе магниевых матриц используются такие технологии, как диффузионная сварка, литье, пропитка. Такие изделия применяются при изготовлении деталей летательных аппаратов и ядерных реакторов.
 
Матрицы на основе титана
  Комплекс  физико-механических свойств, присущих титану и его сплавам (высокая  прочность, коррозионная стойкость, нехладноломкость, немагнитность, низкая плотность, сравнительно невысокие тепло- и электропроводность, невысокий коэффициент температурного расширения и др.), делает эти материалы одними из наиболее перспективных для использования в авиационной и космической технике. Армирование титана и его сплавов высокомодульными волокнами позволяет значительно повысить жесткость этих материалов. Такие материалы характеризуются высокой удельной прочностью, жаростойкостью, малой анизотропией свойств. Для армирования используют бор, борсик, бериллий, карбид кремния.
  Матрицы на основе меди
  Характерные черты меди и ее сплавов — высокие тепло- и электропроводность, высокая коррозионная стойкость, пластичность. Основным недостатком подобных материалов является их низкая прочность при повышенных температурах. С целью уменьшения этого недостатка медь армируют волокнами вольфрама, железа, графита и других материалов. КМ на основе меди в основном применяются в электротехнике в качестве заменителей чистой меди и ее сплавов.
Матрицы на основе никеля
  Никель  и его сплавы в основном армируются волокнами тугоплавких металлов, керамическими и углеродными волокнами с целью повышения жаропрочности никеля и его сплавов. Армирование обычно проводится жидкофазными методами, особое внимание уделяется предотвращению химического взаимодействия матрицы с армирующими волокнами. Применяются такие материалы в основном для изготовления высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей: сопловых лопаток, деталей камер сгорания, тепловых экранов и т. п.
Матрицы на основе кобальта
  Кобальт для изготовления КМ используется довольно редко, что объясняется его высокой стоимостью и малыми объемами, поступающими в производство. Механические свойства кобальта зависят от способа его получения и режимов термообработки. Материалы на основе кобальта находят применение в двигателестроении при изготовлении деталей, работающих в условиях высоких температур: лопаток газовых турбин, деталей камер сгорания, топливных насосов турбин, конструктивных элементов сопел двигателей. Для армирования используются в основном вольфрам и молибден, реже — оксид алюминия, карбид кремния, углеродные волокна.

1.3    Некоторые свойства металлокомпозитов

  Одним из наиболее распростаненных конструкционных  металлокомпозитов является бороалюминий. Объемное содержание волокон бора в  таких материалах составляет около 50%. Материал такого состава способен выдерживать достаточно высокие нагрузки в течение длительного времени (100 часов —500° С - 400 МПа или 100 часов - 300° С - 600 МПа). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2. Достоинства и недостатки жидкофазных способов получения металлических композиционных материалов
       Одним из наиболее перспективных технологических  процессов получения композиционных материалов является метод пропитки.
        В качестве основных достоинств метода пропитки, отмечаются:
    возможность получения изделий сложной формы;
    повышенная производительность процесса;
    слабое силовое воздействие на хрупкие компоненты композита;
    возможность использования жгутовых и тканых армирующих  материалов;
    возможность максимальной автоматизации и реализации непрерывных технологических процессов.
       Недостатки  технологии следующие:
    сравнительно высокие температуры нагрева материалов;
    необходимость строгого регулирования степени взаимодействия жидкой и твердой фаз в ходе технологического цикла (из-за 
    большой скорости протекания диффузионных и химических процессов на границе раздела фаз);

    ограниченность круга компонентов в связи с необходимостью смачивания и большой разницей в температурах плавления.
       Некоторые композиты можно получить лишь методом пропитки, применение для этого других методов либо невозможно, либо нерационально. Метод пропитки используют для изготовления металлов, армированных углеродными волокнами, ряда псевдосплавов и керметов, предназначенных для высокотемпературной эксплуатации. Методом пропитки можно изготовить не каждый композиционный материал с металлической матрицей. Существенные ограничения накладывает межфазное взаимодействие. Для систем, образованных из компонентов, не растворимых один в другом в жидком и твердом состояниях, этот метод обычно эффективен, если обеспечивается смачивание более тугоплавкого компонента расплавом менее тугоплавкого. Однако круг таких композиций ограничен. Возникают проблемы смачивания, совместимости компонентов, структурной стабильности.[3] 

       2.1 Смачивание поверхности  и пропитка твердых  тел 

       Межфазное взаимодействие определяет и даже прогнозирует свойства композиционных материалов. Эти взаимодействия не должны ухудшать свойства компонентов, слагающих композит. Они должны четко контролировать все процессы, происходящие на межфазных границах композита.
       Межфазные взаимодействия описываются такими понятиями, как адгезия и смачивание. Адгезия – это процесс, сопровождающий взаимодействие приведенных в контакт  поверхностей. Если одним из компонентов, участвующих в контакте, является жидкая фаза, то этот процесс называется смачиванием.
       Поверхности, которые приводятся в контакт  при адгезии, называются субстратами. Субстраты – это, как правило, твердые вещества – полимеры, металлы, керамика, стекла. Жидкая фаза, участвующая в процессе адгезии, называется адгезивом – это растворы, расплавы, смолы, клеи. Адгезивы обеспечивают соединение субстратов.
       Процесс образования соединения в значительной степени определяется площадью контактов. Формирование контакта ускоряется при повышении давления между субстратами, при увеличении времени контакта, а также при снижении вязкости адгезива.
       Достижению  максимального контакта препятствует развитость микрорельефа, которая устраняется  предварительной подготовкой поверхности субстрата к контакту. Смачивание является следствием адгезии, поэтому скорость установления межфазного контакта определяется величиной угла смачивания  ?, который образуется каплей адгезива на субстрате.
        Краевой угол является мерой смачивания, а его величина зависит от соотношения поверхностных энергий.
       В процессе адгезии в равновесных  условиях выполняется уравнение  Юнга:
       ? = ?s ?sl / ?l
       где             ?s – вектор поверхностной энергии твердого тела
                         ?sl – вектор поверхностной энергии границы жидкость-твердое
                                тело
                         ?l – вектор поверхностной энергии жидкой фазы
       Если  твердые тела смачиваются адгезивом, то они называются лиофильными,   а по  отношению к   воде    –    гидрофильными. В   этом    случае    0? < ? <90?. Если твердые тела не смачиваются адгезивом, то ? > 90?, и они называются лиофобные и гидрофобные. [2]
       Различают следующие варианты взаимодействия капли с поверхностью твердого тела:
      несмачивание (90° < ? < 180°);
      ограниченное смачивание (0 < ? < 90°)
      полное смачивание, когда равновесный краевой угол ? —> 0. Случай полного смачивания наблюдается, когда работа адгезии в 2 и более раза превышает поверхностное натяжение жидкости.
       В реальных случаях краевой угол смачивания может заметно отличаться от равновесного. На величину смачивания существенно влияют шероховатость поверхности, полиморфные превращения фаз, участвующих в смачивании, и другие факторы, выводящие систему из термодинамического равновесия. Например, оксидная пленка, образующаяся на поверхности твердых тел, может как увеличивать, так и уменьшать угол смачивания. В ряде случаев оксидная пленка разрушается, как это происходит при контакте молибдена и вольфрама с жидким оловом. При сравнительно низких температурах в этих системах формируются большие краевые углы, но при достаточном нагреве оксиды вольфрама и молибдена сублимируют, и смачивание резко улучшается. 

       Пропитка  материала может происходить  самопроизвольно, под действием  капиллярного давления. Капиллярное давление обусловливает подъем смачивающей и опускание несмачивающей жидкости в капиллярной трубке.
       Смачивающая жидкость под действием капиллярных  сил всегда перемещается от низшего потенциала к высшему, т. Е. происходит перекачка жидкости из широких капилляров в, узкие. Это означает, что в пористом материале пропитывающая жидкость будет перемещаться из крупных пор в мелкие. И, наоборот, несмачивающая жидкость перемещается от высшего потенциала к низшему.[3] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3 Применение композитов на основе металлической матрицы 

       Композиционные  материалы относятся к группе высокотехнологичных материалов. Как  правило, своим появлением они обязаны  развитию таких высокоразвитых отраслей промышленного производства, как  авиа- и ракетостроение, судостроение. В то же время после обработки технологий изготовления, снижения стоимости до приемлемого уровня композиционные материалы постепенно используют и другие отрасли. В частности, они широко применяются для изготовления товаров народного потребления. Анализ условий работы современных проектируемых конструкций и темпов внедрения в производство композиционных материалов, достигнутых в последние десятилетия, позволяет обоснованно считать, что композиты можно называть материалами 21 века.[3]  
       Композиционные материалы на основе металлической матрицы находят широкое применение в различных отраслях производства.
       Волокнистые композиционные материалы с металлической  матрицей применяются при низких, высоких, сверхвысоких температурах в  агрессивных средах при статических, циклических, ударных, вибрационных и других нагрузках. Использование металлических волокнистых композитов на основе алюминия в конструкциях летательных аппаратов позволяют достичь важного эффекта – снижения массы. Алюминиевый сплав, армированный стекловолокном, содержащий оксид урана, обладает повышенной прочностью и используется в ядерных реакторах. Область применения волокнистых металлических композитов определяется не только механическими, но физическими свойствами (электрическими, магнитными, акустическими). Введение арматуры из вольфрама и молибдена в медную и серебряную матрицы позволяет получать износостойкие электрические контакты для сверхмощных высоковольтных выключателей.
       Никелевые дисперсно-упрочненные композиционные материалы применяются для изготовления деталей двигателей, работающих при невысоких напряжениях. Молибденовые дисперсно-упрочненные композиционные материалы применяются для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах. Вольфрамовые дисперсно-упрочненные композиционные материалы применяются в электротехнике и электронике.
       Псевдосплав Fe-Cu применяется для изготовления крупных деталей машин, подверженных ударным нагрузкам. Из псевдосплава Fe-Pb изготавливают подшипники скольжения. Из Mo-Cu, Mo-Ag, Ni-Ag изготавливают электроконтакты.[2]
       Металлические композиционные материалы на основе Ti благодаря высокой удельной прочности широко используются в сомолетостроении и космической технике.
       Активно ведутся работы по использованию  металлических композиционных материалов для изготовления тяжело нагруженных деталей двигателей автомобилей.
       Перспективы широкого применения металлических  композиционных материалов связывают  с разработкой новых видов  армирующих и матричных материалов, разработкой и усовершенствованием  существующих технологических процессов, значительным снижением стоимости получаемых композитов.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.