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:


реферат Особенности производства и сырьевого состава композиционных материалов на основе металлической матрицы

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 17.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального обучения
Новосибирский Государственный Технический Университет 
 

Кафедра Технологии организации пищевых  производств 

Расчетно-графическая  работа по дисциплине «Эксплуатационные материалы»
«Особенности  производства и сырьевого состава  композиционных материалов на основе металлической матрицы» 
 
 

Выполнил: Черепанова Н.А.
Факультет: МА
Группа: ЭМ-912
Проверил:
Преподаватель-внутр.совм. Рогова О.В. 
 
 
 

Новосибирск 2011
 


Оглавление
Введение. 3
Общая характеристика и  классификация. 5
Волокнистые  композиционные  материалы. 7
Дисперсно-упрочненные  композиционные  материалы. 10
Слоистые  композиционные  материалы 16
Способы получения 21
Применение. 25
Выводы. 26
Список  литературы 27 

  

Введение.

     Традиционно применяемые металлические и  неметаллические материалы в  значительной мере достигли своего предела  конструктивной прочности. Вместе с  тем развитие современной техники  требует создания материалов, надежно  работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных  сред, излучений, глубокого вакуума  и высоких давлений. Зачастую требования, предъявляемые к материалам, могут  носить противоречивый характер. Решение  этой задачи можно осуществить путем  использования композиционных материалов.
     Композиционным  материалом (КМ) или композитом называют объемную гетерогенную систему, состоящую из сильно различающихся по свойствам, взаимно нерастворимых компонентов, строение которой позволяет использовать преимущества каждого из них.
     Принцип построения КМ человек заимствовал  у природы. Типичными композиционными  материалами являются стволы деревьев, стебли растений, кости человека и  животных.
     КМ  позволяют иметь заданное сочетание  разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости, жаропрочности, износостойкости, теплозащитных свойств  и др. Спектр свойств КМ невозможно получить при использовании обычных  материалов. Их применение дает возможность  создавать ранее недоступные, принципиально  новые конструкции.
     Успешному развитию современных композиционных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых  стеклопластиков, обладающих высокой  удельной прочностью (1940-50); открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования  их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950-60); разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960-70).
     Важными характеристиками материалов, работающих в этих условиях, являются удельная прочность ?в/? и удельная жесткость Е/?, где ?в — временное сопротивление, Е — модуль нормальной упругости, ? – плотность материала.
     Композиционные  материалы  состоят  из  металлической  матрицы    полимерной, керамической  или  другой, упрочнённой  высокопрочными  волокнами (волокнистые  материалы) или  тугоплавкими тонкодисперсными  частицами, не  растворяющимися  в  основном  металле (дисперстно-упрочненные  материалы).
     Для использования данного вида материала, необходимо знать его свойства и  строение.
     Рассмотрим:
      Классификацию композиционных материалов на основе металлической матрицы
      Строение
      Способы получения
      Отрасли применения
 
 


Общая характеристика и классификация.

     Традиционные  методы металловедения путем легирования  и термомеханической обработки  позволяют существенно повысить прочность металлов и сплавов. Однако они не могут изменить модуль упругости  высокопрочного материала. По удельной прочности и жесткости композиционные материалы превосходят все известные  конструкционные сплавы (рис1).
     

     Рис1 Взаимосвязь удельной прочности и удельного модуля упругости некоторых  
неармированных и композиционных материалов, армированных волокнами [50 об. %]:  
1 — алюминий; 2 — титан и сталь;  
3 — титан, армированный бериллиевой  
проволокой; 4 — титан, армированный волокнами SiC;  
5 — титан, армированный волокнами борсика (SiC/B/W);  
6 — алюминий, армированный борными волокнами;  
7 — эпоксидная смола, армированная волокнами графита;  
8 — эпоксидная смола, армированная борными волокнами

     Высокопрочные сплавы, как правило, имеют низкую пластичность, высокую чувствительность к концентраторам напряжений и сравнительно низкое сопротивление развитию трещин усталости. Хотя композиционные материалы  могут иметь также невысокую  пластичность, они значительно менее  чувствительны к концентраторам напряжений и лучше сопротивляются усталостному разрушению. Это объясняется разным механизмом образования трещин у высокопрочных сталей и сплавов. В высокопрочных сталях трещина, достигнув критического размера, в дальнейшем развивается прогрессирующим темпом.
     В композиционных материалах действует  другой механизм. Трещина, двигаясь в  матрице, встречает препятствие  на границе раздела матрица—волокно. Волокна тормозят развитие трещин, и их присутствие в пластичной матрице приводит к росту вязкости разрушения.
     Таким образом, в композиционной системе  сочетаются два противоположных  свойства, необходимых для конструкционных  материалов — высокая прочность  за счет высокопрочных волокон и  достаточная вязкость разрушения благодаря  пластичной матрице и механизму  рассеяния энергии разрушения.
     КМ  состоят из сравнительно пластичного  матричного материала-основы и более  твердых и прочных компонентов, являющихся наполнителя-ми. Свойства КМ зависят от свойств основы, наполнителей и прочности связи между ними.
     Матрица связывает композицию в монолит, придает ей форму и служит для  передачи внешних нагрузок арматуре из наполнителей
     Ведущую роль в упрочнении КМ играют наполнители, часто называемые упрочнителями. Они имеют высокую прочность, твердость и модуль упругости. По типу упрочняющих наполнителей КМ подразделяют на дисперсноупрочненные, волокнистые и слоистые (рис.2).
     

     Рис.2. Схемы строения композиционных материалов:  
а) дисперсноупрочненные; б) волокнистые; в) слоистые

Волокнистые  композиционные  материалы.

     Композиционные  материалы  с  волокнистым  наполнителем (упрочнителем) по  механизму  армирующего  действия  делят  на  дискретные с l / d ? 10…10? , где  l – длина  волокна, d – диаметр  волокна и  с  непрерывным  волокном, в  которых  l / d > ?. Дискретные  волокна  располагаются  в  матрице  хаотично. Диаметр  волокон 0.1…100  мкм.
     Часто  композит  представляет  собой  слоистую  структуру, в  которой  каждый  слой  армирован  большим  числом  параллельных   непрерывных  волокон. Нередко  волокна  сплетаются  в  трёхмерные  структуры.
     Композиционные  материалы  отличаются  от  обычных  сплавов  более  высокими  значениями модуля  упругости (E), коэффициента  жесткости (Е / ?)  и  пониженной  склонностью  трещинообразованию. Применение  композитов  повышает  жесткость  конструкции  при  одновременном  снижении  ее  металлоемкости.
     Прочность  композитов (волокнистых) определяется  свойствами  волокон: матрица  должна  перераспределять  напряжения  между  армирующими  элементами. Поэтому  прочность  и  модуль  упругости  волокон  должны  быть  значительно  больше, чем  прочность  и  модуль  упругости  матрицы.
     Один  из  примеров  волокнистых  композиционных  материалов — композиционные  материалы  на  основе  алюминия, магния  и  их  сплавы. Для  упрочнения  Al , Mg  и  их  сплавов  применяют  борные (?в = 2500…3500 Мпа, Е = 380…420 Гпа) и  углеродные (?в = 1400…3500 Мпа, Е = 160…450 Гпа) волокна, а  также  волокна  из  тугоплавких  соединений (карбидов, нитридов, боридов  и  оксидов). Нередко  используют  в  качестве  волокон  проволоку  из  высокопрочных  сталей. Для  армирования  Ti  и  его  сплавов  применяют  молибденовую  проволоку, волокна  сапфира (разновидность  минерала  корунда (Al? O?)); отличается  синей  или  голубой  окраской (примеси  Ti , Fe). Драгоценный  камень  1-ого класса. Синтетический  сапфир ? лейкосапфир, карбиды Si, бориды Ti. Свойства  некоторых  волокнистых  композиционных  материалов  приведены  в  таблице. 
     Металлические  волокна  используют  и  в  тех  случаях ,  когда  требуются  высокие  тепло  и  электропроводность.
     Перспективными  упрочнителями  для  высокопрочных  и  волокнистых высокомодульных  композитов  являются  нитевидные  кристаллы  из  оксида  и  нитрида  Al ,  карбида  и  нитрида  Si ,  карбида  бора  и  др.,  имеющие  ?в = 15000…28000  Мпа  и  Е = 400…600 Гпа.
 


       Таблица1
     Механические  свойства  некоторых  композиционных материалов.
     Материал      ?b,Мпа             Е,     Гпа
     В–Al: (ВКА-1А)      1300      600      220
     B-Mg: (ВКМ-1)      1300      500      220
     Al – C: (ВКУ-1)      900      300      220
     Al-сталь:      (КАС-1А)
     1700      350      110
     Ni –W:(ВКН-1)      700      150      ?
   
     Композиты  на  металлической  основе, обладая  высокой  прочностью (?в  и  ?-1 )  и  жаропрочностью, в  то  же  время  малопластичные. Но  волокна  в  них  уменьшают  скорость  распространения  трещин, зарождающихся  в  матрице, и  практически  полностью  исключают  внезапное  хрупкое  разрушение.
     Прочность и жесткость таких материалов определяется свойствами армирующих волокон, воспринимающих основную нагрузку. Армирование  дает больший прирост прочности, но дисперсное упрочнение технологически легче осуществимо.
     Основной  недостаток  композитов  с  одномерным  и  двумерным  армированием  является  низкое  сопротивление  межслойному  сдвигу  и  поперечному  обрыву, чего  лишены  материалы  с  объемным  армированием.

Дисперсно-упрочненные  композиционные  материалы.

     В дисперсноупрочненные КМ искусственно вводят мелкие, равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и др., не взаимодействующие  с матрицей и не растворяющиеся в  ней вплоть до температуры плавления  фаз. Чем мельче частицы наполнителя  и меньше расстояние между ними, тем прочнее КМ. В  отличие  от  волокнистых  композитов, в  дисперсно-упрочненных  материалах, матрица  является  основным  элементом, несущим  нагрузку, а  дисперсные  частицы  тормозят  в  ней  движение  дислокации, то  есть  являющиеся  ее  упрочняющей  фазой. Высокая  прочность  достигается  при  размере  частиц  10…500 нм  при  среднем  расстоянии  между  частицами  100…500 нм  и  равномерном  их  распределении  в  матрице. Оптимальное  содержание  2  фазы  для  различных  материалов  неодинаково, но  обычно  не  превышает  5…10 %
     Использование  в  качестве  упрочняющих  фаз  стабильных  тугоплавких  соединений (оксиды  тория, гафния, индия) сложные  соединения  оксидов  и  РЗМ), не растворяющихся  в  матричном  металле, позволяет  сохранить  высокую  прочность  материала  до  0.9…0.95  Тпх. Поэтому  такие  материалы  применяют  как  жаропрочные. Дисперсно-упрочненные  композиты  могут  быть  получены  на  основе  большинства  применяемых  в  технике  металлов  и  сплавов.
     В промышленности обычно применяют дисперсноупрочненные КМ на алюминиевой и, реже, никелевой  основах.
     Характерными  представителями этого вида композиционных материалов являются материалы типа САП (спеченная алюминиевая пудра), которые состоят из алюминиевой  матрицы, упрочненной дисперсными  частицами оксида алюминия, тормозящих  движение  дислокации, повышающих  прочность  сплава. Содержание Плотность  этих  материалов  равна  плотности Al; они  не  уступают  ему  по  коррозийной  стойкости; по  длительности  прочности  они  превосходят  деформированные  алюминиевые  сплавы. САП-1: ?в= 300 Мпа, ?= 8%. САП-3: ?в= 400 Мпа, ?=3%.
     Алюминиевый порошок получают распылением расплавленного металла с последующим измельчением в шаровых мельницах до размера  около 1 мкм в присутствии кислорода. С увеличением длительности помола пудра становится мельче и в ней  повышается содержание оксида алюминия. Дальнейшая технология производства изделий  и полуфабрикатов из САП включает холодное прессование, предварительное  спекание, горячее прессование, прокатку или выдавливание спеченной алюминиевой  заготовки в форме готовых  изделий, которые можно подвергать дополнительной термической обработке.
     Сплавы  типа САП удовлетворительно деформируются  в горячем состоянии, а сплавы с 6–9 % Al2O3 — и при комнатной температуре. Из них холодным волочением можно получить фольгу толщиной до 0,03 мм. Эти материалы хорошо обрабатываются резанием и обладают высокой коррозионной стойкостью.
     Марки САП, применяемые в России, содержат 6–23 % Al2O3. Различают САП-1 с содержанием 6–9, САП-2 — с 9–13, САП-3 — с 13–18 % Al2O3. С увеличением объемной концентрации оксида алюминия возрастает прочность композиционных материалов. При комнатной температуре характеристики прочности САП-1 таковы: ?в = 280 МПа, ?0,2 = 220 МПа; САП-3 таковы: ?в = 420 МПа, ?0,2 = 340 МПа.
     Материалы типа САП обладают высокой жаропрочностью и превосходят все деформируемые  алюминиевые сплавы. Даже при температуре 500 °С их ?в не менее 60–110 МПа. Жаропрочность объясняется тормозящим действием дисперсных частиц на процесс рекристаллизации. Характеристики прочности сплавов типа САП весьма стабильны. Испытания длительной прочности сплавов типа САП-3 в течение 2 лет практически не повлияли на уровень свойств как при комнатной температуре, так и при нагреве до 500 °С. При 400 °С прочность САП в 5 раз выше прочности стареющих алюминиевых сплавов.
     Таблица 2
     Влияние температуры испытаний на механические свойства сплавов типа САП
     Тисп, °С      20      100      200      300      400      500
     ?0,2, МПа      265      235      190      155      120      105
     ?0,2, МПа      380      315      235      175      130      105
     ?, %      7,0      6,5      5,0      3,5      2,0      2,5
 
     Сплавы  типа САП применяют в авиационной  технике для изготовления деталей  с высокой удельной прочностью и  коррозионной стойкостью, работающих при температурах до 300–500 °С. Из них изготавливают штоки поршней, лопатки компрессоров, оболочки тепловыделяющих элементов и трубы теплообменников.
     При дисперсном упрочнении частицы блокируют  процессы скольжения в матрице. Эффективность  упрочнения, при условии минимального взаимодействия с матрицей, зависит  от вида частиц, их объемной концентрации, а также равномерности распределения  в матрице. Применяют дисперсные частицы тугоплавких фаз типа Al2O3, SiO2, BN, SiC, имеющие малую плотность и высокий модуль упругости. КМ обычно получают методом порошковой металлургии, важным преимуществом которого является изотропность свойств в различных направлениях.
     Методом порошковой металлургии получают КМ с использованием дисперсных частиц карбида кремния SiC. Химическое соединение SiC обладает рядом положительных  свойств: высокой температурой плавления (более 2650 °С), высокой прочностью (около 2000 МПа) и модулем упругости (»  450 ГПа), малой плотностью (3200 кг/м3) и хорошей коррозионной стойкостью. Выпуск абразивных порошков кремния освоен промышленностью.
     Порошки алюминиевого сплава и SiC смешивают, подвергают предварительному компактированию  под небольшим давлением, затем  горячему прессованию в стальных контейнерах в вакууме при  температуре плавления матричного сплава, т. е. в твердо-жидком состоянии. Полученную заготовку подвергают вторичной деформации с целью получения полуфабрикатов необходимой формы и размера: листов, прутков, профилей и др.
 


     Таблица 3.
       Свойства КМ в зависимости от содержания порошка SiC
      Свойство Объемная  доля SiC
      5 0 0 0
      ?, кг/м3 840 860 900 940
      ?в, МПа 00-550 00-650 20-670 20-670
      E, ГПа 0-100 00-110 10-120 30-140
      ?, % -7 -4    
      ?, 10-6, град-1 9 7 4 2
 
     

     Рис. 3. Температурная зависимость прочности (—) и модуля упругости (- - - -) КМ Al(Д16) — 20 % SiC
     Большие  перспективы  у  никелевых  дисперсно-упрочненных  материалов. Наиболее  высокую  жаропрочность  имеют  сплавы  на  основе  Ni  с  2…3% (об.), диоксида  тория (ThO2) или  диоксида  гафния (HfO2). Матрица  этих  сплавов ? ?- твёрдый  раствор (Ni + 20% Cr), (Ni + 15% Mo), или (Ni + 20% Cr и Mo). Широкое  распространение  получили  сплавы: ВДУ-1 (Ni, упрочнённый  диоксидом  тория), ВДУ-2 (Ni, упрочнённый  диоксидом  гафния) и  ВДУ-3 (Ni + 20% Cr, упрочнённый  оксидом  тория). Эти  сплавы  обладают  высокой  жаропрочностью: при  температуре 1200?С сплав  ВДУ-1  имеет  ?100? 75 Мпа (?100 – длительная  прочность (характеризует  склонность  металла  к  разупрочнению  при  температуре = const. за  длительное  время  испытания))  и  ?1000?65Мпа, а  ВДУ-3  имеет  ?100? 65 Мпа.   
     Области  применения  композитов  не  ограничены.  Они  применяются  в  авиации  для  высоконагруженных  деталей  самолетов  (обшивки,  лонжеронов,  нервюр,  панелей  и  т.д.)  и  двигателей  (лопаток  компрессора  и  турбины  и  т.д.);  в  космической  технике  для  узлов  силовых  конструкций  аппаратоов,      подвергающисхя  нагреву,  для  элементов  жесткости,  панелей;  в  авто -  для  облегчения  кузовов,  рессор,  рам,  бамперов  и  т.д.;  в  горнодобывающей  промышленности ?  буровой  инструмент,  детали  комбайнов  и  т.д.;  в                         строительстве -  пролеты  мостов,  элементы  сборных  конструкций  высотных  сооружений  и  так  далее.
     Применение  композитов -  новый  качественный  скачок  в  увеличении  мощности  двигателей,  энерго -  и  транспортных  установок,  уменьшении  массы  машин  и  приборов.

Слоистые  композиционные  материалы

     Это  важнейший  класс  композитов,  обладающих  широким  спектром  и  уникальным  сочетанием  таких  ценных  свойств,  как  высокая  прочность,  коррозионная  стойкость,  электро -  и  теплопроводность,  жаропрочность,  износостойкость  и  др.  Сегодня  эти  материалы  находят  все  большее  применение  в  судо -,  авто -,  тракторостроении,  приборостроении,  металлургической,  горнодобывающей,  нефтяной  и  др.  отраслях  машиностроения.  Из  поли-  и  биметаллов  изготавливают  листы,  ленты,  трубки,  проволоки,  трубы,  фасонные  профили,  детали  и  др.  конструкции.  Их  использование  позволяет  существенно  сократить  расход  высоколегированных  сталей,  дефицитных  и  дорогостоящих  цветных  металлов ( Ni,  Cu,  Cr,  Mo и  др.)
     По  функциональным  признакам  все  производимые  в  настоящее  время  слоистые  композиты  подразделяются  на  следующие  виды:  коррозионностойкие,  антифрикционные,  электротехнические,  инструментальные  и  др.
     Слоистые  композиционные материалы набираются из чередующихся слоев наполнителя  и матричного материала (типа «сэндвич»). Слои наполнителя в таких КМ могут  иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев  наполнителя из разных материалов с  разными механическими свойствами. Для слоистых композиций обычно используют неметаллические материалы. Изделия  из  слоистых  композитов  производятся  различными  методами:  литья,  литейного  плакирования,    прокатки,  сварки  и  наплавки.
     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 (?в= 2.2 Гпа) при  температуре  1093?С  обладает  проволока  из  сплава  W?Re?Hf?C, что  в  6  раз  выше  прочности  никелевых  или  кобальтовых  суперсплавов  при  такой  же  температуре. 
     Крупногабаритные  биметаллические  листы  размерами   100?600 ? 1500 ? 1800 ?8000  мм  пакетной  прокаткой  или  литейным  плакированием  с  последующей  прокаткой.  Основной  слой -  малоуглеродистых (углеродистых)  и  низколегированных  сталей  плакируется  слоем  (Cr-Ni)  и   Cr – сталей,  сплавов  на  Ni- основе  или  цветных  металлов.
     Технология  центробежного  литья  биметаллических  заготовок (сталь 50Л+ 260Х28ВМ)  втулок  насосов  буровых  установок  позволяет  получить  высококачественные  детали,  эксплуатационная  стойкость  которых  в  2,5-3  раза  выше  серийных  из  стали  70.
     Листовой  коррозионностойкий  биметалл  находит  применение  в  судостроении,  пищевой  промышленности  и  т.д.
     Биметаллы,  основной  слой  которых - конструкционная  или  низколегированная сталь, а плакирующий  слой  ?          высоколегированная  аустенитная  сталь - применяется  для  изготовления  сосудов  атомных  электростанций.  Пример: сталь 22К+  стальО8Х18Н10Т.
     Износостойкие  биметаллы  получают  с  помощью  различных  методов  литья  и  др.  жидко -  и  твердофазными  способами.  Непрерывная  и  полунепрерывная  разливка - один  из  наиболее  перспективных  методов  производства  заготовок  из  слоистых  износостойких  композитов.
     Трехслойная  композиционная:  сталь 60 + сталь 10 + сталь 60  получила  применение  для  изготовления                 плугов  с  соотношением  толщин  1:1:1.  Ее  изготовляют  способом  литейного  плакирования:  пластина  основного  металла  подвергается  травлению,  а  затем  в  изложницу  производится  заливка  плакированного  металла.
     Дальнейшее  увеличение  стойкости  литых  биметаллических  штампов  возможно  путем  армирования.  Оптимальное  армирование  нерасплавляемое  вставками  обеспечивает  времени  и изменения  характера  затвердевания  штамповых  заготовок,  улучшает  кристаллическую  структуру,  что  снижает  уровень  напряжений  по  сечению  штампа  в  процессе  эксплуатации (ИПЛ  и  концерн   Азовмаш).  Армирование  увеличивает  ресурсы  работ  биметаллических  штампов  в  1,3-1,5  раза.
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.