Дисперсно упрочненные композиционные материалы реферат

Обновлено: 30.06.2024

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически не растворяющихся в ней частиц 2-й фазы создается структура, эффективно сопротивляющаяся пластической деформации.
Упрочнение таких материалов заключается в создании в них структуры, затрудняющей движение дислокации.

Работа содержит 1 файл

1.docx

Свойства. ДКМ на основе никеля предназначаются главным образом для работы при температурах выше 1273 К [6]. Наиболее высокие показатели кратковременных и длительных прочностных характеристик при этих температурах имеют ДКМ с матрицей из нелегированного никеля (таблицы 10 и 11). ДКМ с матрицей из легированных никелевых сплавов менее прочны при высоких температурах, однако при комнатных и умеренных температурах (до 1073 К) их прочность превосходит прочность КМ с матрицей из нелегированного никеля. Из ДКМ на основе никелевых сплавов промышленностью выпускается TD-нихром (сплав 80 % Ni, 20 % Сr, упрочненный 2 % Th0₂). Экструдированные прутки из ДКМ имеют более высокие показатели длительной прочности и ползучести при высоких температурах, чем холоднокатаные листы. Физические свойства ДКМ на основе никелевых сплавов мало отличаются от соответствующих характеристик неупрочненных матриц, за исключением теплопроводности, которая у ДКМ выше, чем у промышленных жаропрочных сплавов на никелевой основе (таблица 12).

Жаростойкость TD-никеля, ВДУ-1 и ВДУ-2 при 1200—1500 К выше, чем чистого никеля. Дисперсные включения оксидов тория, гафния и циркония (ZrO₂) повышают жаростойкость. Упрочнение никеля частицами оксида алюминия А1₂О₃ приводит к снижению жаростойкости по сравнению с технически чистым никелем при температурах выше 1473 К, а упрочнениечастицами оксида титана TiO₂ — при температурах выше 1173 К. Дополнительно жаростойкость дисперсно-упpочненных нелегированных сплавов может быть повышена путем нанесения защитных покрытий. Хромоалюминиевые покрытия обеспечивают длительную эксплуатацию на воздухе при температуре 1473 К и кратковременную при температуре 1573 К.

TD-никель, ВДУ-1 и ВДУ-2 не подвержены межкристаллитной коррозии при высокотемпературном окислении. Оксидная пленка прочно сцеплена с основным металлом. Показатели жаростойкости ДКМ ВДУ-1 и ВДУ-2 приведены в таблице 13.

Жаростойкость сплава TD-нихром выше жаростойкости сплавов ВДУ, TD-никеля, а также жаростойкости чистого нихрома.

Применение. ДКМ на основе никеля и его сплавов применяются в авиастроении и космической технике. Их используют для изготовления камер сгорания и лопаток газовых турбин, стабилизаторов пламени и других деталей, эксплуатируемых при температурах выше 1373 К. Предполагается применение в теплозащитных панелях орбитальных космических кораблей многократного действия, подвергающихся аэродинамическому нагреву при входе в плотные слои атмосферы, в трубопроводах и сосудах давления, работающих при высоких температурах в агрессивных средах.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы (ДКМ) относятся к классу порошковых композиционных материалов. Структура ДКМ представляет собой матрицу из чистого металла или сплава, в которой равномерно распределены на заданном расстоянии одна от другой тонкодисперсные частицы упрочняющей фазы размером менее 0,1 мкм, искусственно введенные в материал на одной из технологических стадий. Объемная доля этих частиц (включений) составляет 0,1—15 %. В качестве упрочняющей фазы используют дисперсные частицы оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других тугоплавких соединений, а также интерметаллических соединений.

Содержание

Введение 3
1.Общая характеристика 4
2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе различных металлов 5
2.1. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе алюминия. 5
2.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе железа 11
2.3. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе никеля. 13
3. Другие сплавы……………………………………………………….…16
Заключение 19
Список литературы 20

Вложенные файлы: 1 файл

реферат 4.docx

Введение

1.Общая характеристика

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически не растворяющихся в ней частиц 2-й фазы создается структура, эффективно сопротивляющаяся пластической деформации.

Упрочнение таких материалов заключается в создании в них структуры, затрудняющей движение дислокации. Наиболее сильное торможение передвижению дислокаций создают дискретные частицы второй фазы, например химические соединения типа карбидов, нитридов, боридов, оксидов, характеризующиеся высокой прочностью и температурой плавления.
В дисперсно-упрочненных материалах заданные прочность и надежность достигаются путем формирования определенного структурного состояния, при котором эффективное торможение дислокаций сочетается с их равномерным распределением в объеме материала либо (что особенно благоприятно) с определенной подвижностью скапливающихся у барьеров дислокаций для предотвращения хрупкого разрушения. В ДКМ (как и в порошковых композиционных материалах) матрица несет основную нагрузку.

2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе различных металлов

2.1. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе алюминия.

В промышленности обычно применяют дисперсно-упрочненные композиты на алюминиевой и реже — никелевой основах. Характерными представителями этого вида композитов являются материалы типа САП (спеченная алюминиевая пудра), которые состоят из алюминиевой матрицы, упрочненной дисперсными частицами оксида алюминия. Алюминиевый порошок получают распылением расплавленного металла с последующим… Читать ещё >

материаловедение и технология конструкционных материалов. штамповочное и литейное производство

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Состав и назначение дисперсно-упрочненных композитов.

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 от равномерности распределения в матрице.

Применяют дисперсные частицы тугоплавких фаз типа А1₂0₃, Si0₂, BN, SiC, имеющие малую плотность и высокий модуль упругости. Композиты обычно получают методом порошковой металлургии, важным преимуществом которого является изотропность свойств в различных направлениях.

Дальнейшая технология производства изделий и полуфабрикатов из САП включает в себя 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 содержанием А1₂0₃ 6…9% — 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% А1₂0₃. Различают САП-1 с содержанием 6…9%, САП-2 с 9… 13%, САП-3 с 13… 18% А1₂0₃. С увеличением объемной концентрации оксида алюминия возрастает прочность композитов. При комнатной температуре характеристики прочности САП-1 следующие: о_в = = 280 МПа, а_0>2 = 220 МПа; САП-3: о_в = 420 МПа, а_0>2 = 340 МПа.

Материалы типа САП обладают высокой жаропрочностью и превосходят все деформируемые алюминиевые сплавы. Даже при температуре 500 °C они имеют а_в не менее 60 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 проявления их свойств, как при комнатной температуре, так и при нагреве до 500 °C. При 400 °C прочность САП в 5 раз выше прочности стареющих алюминиевых сплавов.

Сплавы типа САП применяют в авиационной технике для изготовления деталей с высокой удельной прочностью и коррозионной стойкостью, работающих при температурах до 500 °C. Из них изготавливают штоки поршней, лопатки компрессоров, оболочки тепловыделяющих элементов и трубы теплообменников.

Работы по созданию синтеграна в нашей стране были начаты в 1983 г. в Экспериментальном НИИ металлорежущих станков при непосредственном участии специалистов Российского университета дружбы народов.

Поскольку состояние современного литейного производства не позволяет поставлять чугунные отливки конструкционных элементов металлорежущих станков требуемого качества, станкостроительные заводы вынуждены использовать при изготовлении станин станков альтернативные материалы. В частности, даже для изготовления станин универсальных станков стали использовать модифицированные бетоны.

Для изготовления элементов станков, обладающих особо высокой точностью и работающих в области высокочастотных колебаний (расточные, шлифовальные станки, станки для физикохимических методов обработки и др.), целесообразно использовать синтегран, который на данном этапе развития станкостроения является безальтернативным материалом.

Синтегран состоит из полимерного связующего и высокопрочных минеральных наполнителей и заполнителей.

Полимерное связующее состоит из смолы и отвердителя. От вида связующего, его содержания зависят свойства и физико-механические характеристики композита.

Наполнители — это мелкодисперсные порошки с размером частиц менее 100 мкм и имеющие удельную поверхность порядка 1 000 см 2 /г. Количество наполнителя в синтегране определяют опытным путем.

При изготовлении синтеграна в качестве наполнителя используют кислотоустойчивый порошок марки ПК-1, который представляет собой помол переплава габбро-диабаза и пироксенового порфита с удельной поверхностью 2 300…2500 см 2 /г.

Заполнители — это различные фракции минерального вещества (щебня) с размерами зерен 6,3…20 мм. От вида, количества и размера фракций заполнителя зависят прочностные свойства материала. При изготовлении синтеграна используют щебень габбро-диабаза.

Использование же синтеграна снимает перечисленные проблемы.

По сравнению с чугуном, который традиционно применяется при изготовлении несущих элементов станков, синтегран имеет ряд преимуществ:

• более высокие демпфирующие способности;
• высокая тепловая стабильность и нечувствительность к кратковременному перепаду температур;
• высокая временная стабильность геометрических размеров из-за малых внутренних напряжений;
• высокая стойкость к действию агрессивных сред;
• малая усадка, позволяющая изготавливать детали без последующей механической обработки;
• высокий коэффициент использования материала (практически равный 1);
• простота и малые габаритные размеры используемого оборудования, высокая производительность при малых энергозатратах;
• возможность полной автоматизации технологического процесса изготовления.

Замена изделий из чугуна на изделия из синтеграна позволяет значительно повысить точность изготавливаемых станков, измерительных комплексов и отдельных узлов и деталей, а также снизить трудовые и материальные затраты (табл. 2.5).

При производстве высокоточного оборудования в таких странах, как Германия, США, Франция, Швейцария, Великобритания, Япония целенаправленно используют материалы, аналогичные синтеграну и серийно выпускают станки, измерительные комплексы, приспособления и оснастку с элементами, выполненными из композитов.

В зависимости от назначения различают три основных типа синтеграна:

• для изготовления корпусных деталей станков — синтеграны, которые обладают высокой жесткостью, прочностью, стабильностью размеров и физико-механических характеристик во времени. К этому типу материалов не предъявляют дополнительные требования по высокой износостойкости, низкому коэффициенту трения и т. п. , поскольку эти детали не подвергаются механической обработке, а их рабочие поверхности выполняют из других материалов;
• изготовления корпусов инструмента и специальной оснастки, а также деталей измерительных машин и приборов — синтеОбласти применения синтеграна в станкостроении и инструментальной промышленности

Детали функционального назначения.

Державки и корпуса режущего инструмента (резцов, фрез, шеверов и др.), центры, патроны, шпиндели и др.

Токарные, фрезерные, шлифовальные, расточные и др.

Улучшение демпфирующих характеристик, снижение шума, повышение точности, экономия материальных и трудовых затрат.

Коробки скоростей и подач, каретки, корпуса редукторов, суппорты, столы и т. д.

Элементы измерительных машин.

Контрольные плиты, направляющие, стойки, траверсы и т. д.

Измерительные машины, инструменты и системы.

Повышение точности, упрощение конструкции, снижение материалоемкости.

Элементы станков, к которым предъявляются специальные требования.

Станины, корпуса, стойки, основания и др.

Для физико-химической обработки.

Увеличение срока службы, экономия дорогостоящих специальных сталей, возможность создания новых конструкций.

Станины, заполненные синтеграном, столы, основания, стойки, траверсы.

Повышение жесткости и улучшение динамических характеристик.

Станины, стойки траверс, порталы, тумбы и др.

Любые станки и механизмы.

Улучшение демпфирования, снижение шума, повышение точности, экономия металла.

СО граны, обладающие перечисленными свойствами, а также обладающие высокими износостойкостью и термостабильностью и возможностью механической обработки;

• изготовления деталей оснастки и станков для физико-химических методов обработки — синтеграны, обладающие повышенной стойкостью к агрессивным средам, а также имеющие специальные свойства, например диэлектрические.

Кроме того, изготавливаемые детали отличаются друг от друга по размеру, массе, толщине стенок, что также влияет на состав синтегранов.

Поскольку компонентами синтегранов являются наполнители, заполнители и полимерное связующее, то от их свойств и соотношения решающим образом зависят и свойства готового материала.

Заполнители выполняют роль своеобразного скелета синтеграна и определяют свойства материала в целом. В качестве заполнителей рекомендуют применять твердокаменные породы — базальты, граниты, габбро-диабазы в виде щебня с размерами зерен от 60 мкм до 20 мм.

В зависимости от коэффициента технологичности К_т синтеграны можно разбить на 5 групп: сверхжесткие, К_т = 1,1… 1,2; жесткие, К_т = 1,25… 1,45; нормальные, К_л = 1,5… 1,7; пластичные, К_т = = 1,75… 1,9; сверхпластичные, К_т = 2,0…2,1.

Сверхжесткие и жесткие смеси в своем составе имеют очень малое количество связующего и их формование затруднено из-за необходимости создания избыточного давления. Такие смеси не используют для изготовления ответственных деталей.

Сверхпластичные смеси, наоборот, имеют большое количество связующего, вследствие чего они не обладают оптимальными физико-механическими характеристиками и используются, в основном, при изготовлении второстепенных изделий.

Для изготовления ответственных деталей оснастки и инструмента используют нормальные и пластичные смеси с содержанием связующего 6… 10 и 7,5… 13% соответственно.

Количество связующего оказывает большое влияние на свойства композиционного материала: чем его больше, тем более упрощается технологический процесс и повышаются демпфирующие способности, но снижается модуль упругости, повышается усадка, ведущая к внутренним напряжениям, снижается стабильность размеров во времени.

При увеличении размеров максимальной фракции заполнителя повышаются прочностные характеристики, но повышается трудоемкость изготовления и снижается технологичность.

Разработанные применительно для станкостроения составы синтегранов обладают достаточно высокими физико-механическими характеристиками и не уступают материалам, предназначенным для аналогичных целей, например гидробетонам. КомпоФизико-механические характеристики чугуна, натурального гранита и синтеграна.

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (1):

1.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

2.1. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе алюминия………………………………………………………………………………. 5

2.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе железа………………………………………………………………………………….11

2.3. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе никеля…………………………………………………………………………………14

рой равномерно распределены на заданном расстоянии одна от другой тонкодисперсные частицы упрочняющей фазы размером менее 0,1 мкм, ис

кусственно введенные в материал на одной из технологических стадий [1, 2]. Объемная доля этих частиц (включений) составляет 0,1—15 %. В каче

стве упрочняющей фазы используют дисперсные частицы оксидов, карби

дов, нитридов, боридов и других тугоплавких соединений, а также интер

Общая характеристика

Упрочнение таких материалов заключается в создании в них структуры, затрудняющей движение дислокации. Наиболее сильное торможение передвижению дислокаций создают дискретные частицы второй фазы, например химические соединения типа карбидов, нитридов, боридов, оксидов, характеризующиеся высокой прочностью и температурой плавления.

В дисперсно-упрочненных материалах заданные прочность и надежность достигаются путем формирования определенного структурного состояния, при котором эффективное торможение дислокаций сочетается с их равномерным распределением в объеме материала либо (что особенно благоприятно) с определенной подвижностью скапливающихся у барьеров дислокаций для предотвращения хрупкого разрушения. В ДКМ (как и в порошковых композиционных материалах) матрица несет основную нагрузку.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе различных металлов

2.1. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе алюминия

Оксиды являются наиболее распространенными соединениями, применяемыми в качестве упрочняющейся фазы в ДКМ на основе алюминия и его сплавов. Получают упрочненные оксидами ДКМ, называемые САП, из алюминиевых порошков, покрытых оксидной пленкой. В странах СНГ в промыш

ленном масштабе выпускаются три марки ДКМ на основе алюминия: САП-1, САП-2 и САП-3, отличающиеся между собой концентрацией оксидов (таблица 1). Зарубежным аналогом САП-1 является SAP-930, САП-2 — SAP-895, САП-3 — SAP-865. Сплавы SAP — ISML-930, SAP — ISML-895 и SAP — ISML-865 отличаются повышенной структурной стабильностью и коррозионной стойкостью за счет пониженного содержания железа в мат

Наряду с материалами типа САП разработаны ДКМ А1 — С, основ

ной упрочняющей дисперсной фазой в которых служит карбид алюминия А1₄Сз, образующийся в результате взаимодействия алюминия с углеродом.

^ Технология получения . Материалы САП-1 и САП-2 получают из пуд

ры АПС-3. Технология их получения включает операции брикетирования и горячей экструзии. Все три типа САП могут обрабатываться методами горячей пластической деформации при температурах 723—793 К с охлаж

дением на воздухе.

САПы сохраняют стабильную структуру после нагрева до 773 К в течение 10 000—100 000 ч. Термическая обработка не требуется. Поставляются в виде листов, фольги, по

лос, профилей, труб, прутков, прово

локи, штамповок [3].

Плакированные листы из САПов могут свариваться контактной точеч

ной сваркой. Для повышения способ

ности к сварке плавлением брикеты подвергают высокотемпературному ва

куумному отжигу. Обрабатываемость резанием удовлетворительная.

ДКМ Al — С получают методом реакционного смешивания алюминиевого порошка с мелкоизмельченной сажей в течение 0,5—4 ч, в процессе которого происходит образование карбида алюминия А1₄С₃. Последующий нагрев до 823 К в течение 0,5 ч приводит к завершению процесса образова

ния карбидов, после чего ДКМ подвергают горячей экструзии при 803 К, позволяющей получать различные профили. Применяемая технология дает хорошие результаты при концентрации углерода не более 5 %, что соответствует объемной доле А1₄Сз, примерно равной 20—22 %. ДКМ со

держит также до 2 % Аl₂0₃, присутствующего в исходном алюминиевом порошке. ДКМ А1 — С по устойчивости к рекристаллизации при высоких температурах близки к материалам типа САП. Их можно подвергать горя

чей экструзии, прокатке, ковке.

Свойства. Увеличение концентрации оксида алюминия в САП и кон

центрации карбида алюминия в ДКМ Al — С приводит к повышению проч

ности и снижению пластичности. Оптимальное соотношение прочности и пластичности САП обеспечивается при концентрации оксида алюминия 6—16 %, а ДКМ Al — С— при концентрации углерода 3—5 %.

При температурах 573—773 К ДКМ на основе алюминия превосходят по прочности все промышленные алюминиевые сплавы (таблицы 2 и 3). Отличительной особенностью этих ДКМ являются высокие показатели длительной прочности и ползучести (таблицы 4 и 5), а также стабильность механических характеристик после высокотемпературных отжигов.

Введение дисперсных частиц в легированные алюминиевые сплавы менее эффективно повышает прочность ДКМ при высоких температурах, чем дисперсное упрочнение нелегированного алюминия. Это связано с по

нижением температуры плавления и уменьшением энергии дефектов упа-ковки при легировании. При низких и средних температурах прочность легированных ДКМ выше, чем нелегированных.

К. т. р. и теплопроводность уменьшаются, а удельное электрическое сопротивление и теплоемкость растут с увеличением концентрации оксида алюминия в ДКМ типа САП и концентрации карбида алюминия в ДКМ Al — С. С повышением температуры к. т. р. увеличивается, а тепло- и элект

ропроводность САП уменьшаются (таблица 6).

Электрическое сопротивление ДКМ Al — С составляет 3 ∙ 10 -8 Ом∙м при общей объемной доле карбидов и оксидов алюминия 4 %; 3,3 ∙ 10 -8 Ом∙м при 8%; 3,7 ∙ 10 -8 Ом∙м при 12 %; 4,2 ∙ 10 -8 Ом∙м при 16 %; 4,9 ∙ 10 -8 Ом∙м при 20 %; 5,5 ∙ 10 -8 Ом∙м при 24 %.

ДКМ типа САП имеют высокую коррозионную стойкость, близкую к стойкости алюминия АД1. ДКМ Аl — С предположительно имеют более низкую коррозионную стойкость на воздухе и в воде.

Применение. Высокие показатели прочностных характеристик позво

ляют применять ДКМ на основе Аl в изделиях, длительно работающих при температурах 573—773 К, а также испытывающих кратковременные пере

гревы до 973—1273 К. САПы можно использовать при работе в тяжелых коррозионных условиях.

2.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе железа

Наиболее приемлемыми упрочнителями для железа и сталей являются оксиды ввиду значительно меньшей растворимости кислорода в матричном металле по сравнению с углеродом и азотом, входящими в состав карбидов и нитридов. В качестве дисперсных добавок используют А1₂О_3, ТiO₂, ZrO₂.

Использование дисперсного упрочнения для повышения механических характеристик железа и сталей не является оптимальным путем, поскольку многие легированные стали обладают более высокими показателями кратко

временной и длительной прочности. Однако ДКМ на основе сталей представ

ляют интерес в связи с их стойкостью против охрупчивания в условиях нейтронного облучения. Это связано с влиянием оксидных включений на более равномерное распределение в материале гелия, выделяющегося при ядерных реакциях.

^ Технология получения. Для получения исходных смесей применяют методы механического смешивания, термического разложения солей с по

следующим селективным восстановлением и др. ДКМ получают брикети

рованием с последующей экструзией либо изостатическим горячим прессо

Свойства. Прочность ДКМ на основе железа увеличивается с повыше

нием концентрации оксидов. Например, для ДКМ, содержащего 0,4 % А1₂0₃, при 293 К σ_в = 560 МПа, а для ДКМ, содержащего 6,2 % Аl₂0₃, σ_в = 710 МПа при 293 К, 88 МПа при 1088 К и 70 МПа при 1253 К. Дли

тельная прочность этого ДКМ при 100-часовой выдержке при 923 К состав

Механические характеристики сталей и фехралей (сплавов Fe — Сr — Al), упрочненных дисперсными включениями оксидов, приведены в таблицах 7—9. ДКМ на основе фехраля (65 % Fe, 10 % А1, 25% Сr), содер

жащие 2% ТiO₂ или ZrO₂ имеют в полтора — два раза большую прочность, чем фехраль при комнатной и высоких температурах.

Прочность и пластичность стали, содержащей 22 % Сr и 22 % Ni, упроч

ненной частицами оксида алюминия, ниже, чем у спеченной стали без дис

персных включений и чем у литой и деформированной сталей. Однако ДКМ более крипоустойчивы при высоких температурах. Упрочнение ок

сидом титана эффективнее повышает длительную прочность при высоких температурах, чем упрочнение оксидом алюминия, в связи с тем, что оксид титана не реагирует с оксидом хрома, присутствующим на поверхности частиц в виде пленок [4]. Дисперсные включения окси

дов алюминия и титана снижают плотность ДКМ на основе железа и сталей.

Добавки оксида титана в сталь 12X13 существенно не изменяют ее прочность. Пластичность ДКМ на основе стали 12X13 увеличивается при уменьшении среднего размера включений от нескольких микрометров до 1 мкм. Оксид титана повышает сопротивление ползучести ферритной стали [5].

Теплопроводность, электропроводность и к. т. р. уменьшаются с уве

личением концентрации частиц оксидов. Удельное электрическое сопро

тивление ДКМ на основе стали, содержащей 22 % Сr и 22 % Ni, увеличива

ется от 157 ∙ 10 -8 Ом∙м при 5 % А1₂0₃ до 196 ∙ 10 -8 Ом∙м при 10 % А1₂0₃ и до 211 ∙ 10 -8 Ом∙м при 12 % Al₂O₃. Та же сталь, содержащая 10 % Ti0₂, имеет удельное электрическое сопротивление 239 ∙ 10 -8 Ом∙м.

Применение. ДКМ на основе нержавеющих сталей предполагается использовать в конструкциях атомных реакторов, подверженных интенсив

ному радиационному облучению при повышенных температурах. ДКМ на основе фехралей целесообразно применять в электротехнической промыш

ленности в качестве нагревателей, работающих в течение длительного вре

2.3. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на основе никеля

В качестве упрочняющей фазы в ДКМ на основе никеля и его сплавов используют обычно оксиды, так как их стабильность в никеле при высоких температурах выше стабильности других тугоплавких соединений. Наибо

лее эффективен оксид тория Th0_2. Он используется для упрочнения чис

того никеля и нихрома. Содержание оксида тория в ДКМ, полученных в ре

зультате такого упрочнения (ДКМ ВДУ-1, TD-никель, DS-никель и TD-нихром), составляет 2 %. Недостатком оксида тория является его ток

сичность. Применение оксида гафния НfO₂ в качестве упрочняющей фазы в ДКМ ВДУ-2 (98% Ni, 2 % НfO₂) позволяет избежать этого недостатка, однако жаропрочность ДКМ, упрочненных оксидом гафния, ниже, чем ДКМ, упрочненных оксидом тория.

^ Технология получения . В промышленности для получения порошков ДКМ на основе никеля используются методы химического осаждения из растворов солей и водородного восстановления в растворах. Полуфабрика

ты поставляются в экструдированном (горячепрессованном) или холодно

катаном состоянии в виде прутков, труб, проволоки, листов, лент, фольги.

ДКМ ВДУ-1, ВДУ-2, TD-никель и DS-никель обладают хорошей тех

нологической пластичностью, их можно обрабатывать ковкой, штамповкой, подвергать холодной прокатке и вытяжке. ДКМ на основе легированных сплавов имеют ограниченную технологическую пластичность. Так, макси

мальная степень обжатия TD-нихрома при холодной деформации не превы

Неразъемные соединения деталей из ДКМ осуществляются, как прави

ло, методами диффузионной сварки или пайки. Обычные методы сварки с оплавлением не обеспечивают равнопрочности швов при температурах выше 1373 К. Для соединения ДКМ, работающих при более низких температурах, можно использовать электродуговую сварку с применением вольфрамовых

электродов и присадочных жаропрочных сплавов. При этом характеристи

ки длительной прочности и ползучести сварного шва определяются свойствами присадочного материала.

Свойства. ДКМ на основе никеля предназначаются главным образом для работы при температурах выше 1273 К [6]. Наиболее высокие показа

тели кратковременных и длительных прочностных характеристик при этих температурах имеют ДКМ с матрицей из нелегированного никеля (таблицы 10 и 11). ДКМ с матрицей из легированных никелевых сплавов менее прочны при высоких температурах, однако при комнатных и умеренных температу

рах (до 1073 К) их прочность превосходит прочность КМ с матрицей из нелегированного никеля. Из ДКМ на основе никелевых сплавов промышлен

ностью выпускается TD-нихром (сплав 80 % Ni, 20 % Сr, упрочненный 2 % Th0₂). Экструдированные прутки из ДКМ имеют более высокие пока

затели длительной прочности и ползучести при высоких температурах, чем холоднокатаные листы. Физические свойства ДКМ на основе никелевых сплавов мало отлича

ются от соответствующих характеристик неупрочненных матриц, за исклю

чением теплопроводности, которая у ДКМ выше, чем у промышленных жаропрочных сплавов на никелевой основе (таблица 12).

Жаростойкость TD-никеля, ВДУ-1 и ВДУ-2 при 1200—1500 К выше, чем чистого никеля. Дисперсные включения оксидов тория, гафния и цир

кония (ZrO₂) повышают жаростойкость. Упрочнение никеля частицами оксида алюминия А1₂О₃ приводит к снижению жаростойкости по сравнению с технически чистым никелем при температурах выше 1473 К, а упрочнениечастицами оксида титана TiO₂ — при температурах выше 1173 К. Допол

нительно жаростойкость дисперсно-упpочненных нелегированных сплавов может быть повышена путем нанесе

ния защитных покрытий. Хромоалюминиевые покрытия обеспечивают дли

тельную эксплуатацию на воздухе при температуре 1473 К и кратковремен

ную при температуре 1573 К.

TD-никель, ВДУ-1 и ВДУ-2 не подвержены межкристаллитной корро

зии при высокотемпературном окисле

нии. Оксидная пленка прочно сцепле

с основным металлом. Показатели жаростойкости ДКМ ВДУ-1 и ВДУ-2 приведены в таблице 13.

Применение. ДКМ на основе никеля и его сплавов применяются в авиа

строении и космической технике. Их используют для изготовления камер сгорания и лопаток газовых турбин, стабилизаторов пламени и других деталей, эксплуатируемых при температурах выше 1373 К. Предполагается применение в теплозащитных панелях орбитальных космических кораблей многократного действия, подвергающихся аэродинамическому нагреву при входе в плотные слои атмосферы, в трубопроводах и сосудах давления, работающих при высоких температурах в агрессивных средах.

Преимуществами материала ДКМ являются:

• повышенная твердость и прочность;

• высокая жаростойкость и жаропрочность;

• превосходная механическая обрабатываемость.

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 аппаратов, подвергающихся 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.

Список ссылок

Абрамчук В. Е., Кузьмин А. М., Терентьева Л. М. Оценка некоторых параметров металлизированных углеродных волокон методом измерения электросопротивления.— В кн.: \\\ Всесоюз. конф. по композиц. материалам (Москва, нюнь 1974 г.): Тез. докл. М.: ИМЕТ, 1974,с. 130—131.

А. с. 526672 (СССР). Композиционный материал / А. Г. Туманов, К. И. Портной.— Опубл. в Б. И.. 1976, № 32.

Справочник по авиационным материалам: В 4-х т. / Под ред. А. Т. Туманова.— М.: Машиностроение, 1965.— Т. 2, Ч. 1—456 с.

Мозжухин Е. И. Металлы и сплавы, содержащие дисперсные включения тугоплавких соединений и волокна.— М., 1966, с. 114—156.— (Итоги науки и техники / ВИНИТИ: Сер. Металлургия цвет. и ред. металлов; Т. X).

Денисенко Э. Т., Ван Асбрук Ф. Спеченная сталь Х13 для оболочек тепловыделяющих элементов реакторов на быстрых нейтронах.— Порошковая металлургия, 1972, № 9, с. 95—101.

Старр К. Свойства никеля ТД.— В кн.: Новые материалы и методы исследования металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1966, с. 166— 171.

Читайте также: