Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Тверской государственный технический университет»
Кафедра технологических машин и оборудования.
Реферат
Материалы теплоэнергетического оборудования на тему: «Дисперсно-упрочненные композиционные материалы»
Выполнил: Студент 4 курса
Группы 19.56
ФИО: Гарайханов В.И.
Приняла: Семеенков С.Д.
Содержание
Введение.................................................................................................................. 3
1.Классификация дисперсно-упрочнённых композитов..................................... 4
2.Технология получения ДКМ…………………………....................................... 6
Список литературы............................................................................................... 20
Введение
Дисперсионно-упрочненные материалы - композитные материалы, в связующий компонент которых (матрицу) включены армирующие элементы в виде специально вводимых частиц (примесных или дисперсных фаз).
Оптимальным образом подобранным распределением включений достигается значительное повышение прочности такого материала по сравнению с материалом матрицы.
Дисперсионно-упрочненными называются материалы, сопротивление пластической деформации которых определяется торможением дислокаций на препятствиях в виде, как правило, наноразмерных частиц. Такие структуры получают различными способами — выделением наночастиц из пересыщенного твердого раствора (дисперсионно-твердеющие сплавы), методом порошковой металлургии, в том числе механическим легированием, методами внутреннего окисления и азотирования и др. Материал частицы выбирают из ряда наиболее стабильных соединений — оксидов, карбидов или нитридов.
1. Классификация дисперсно-упрочненных композитов.
Дисперсно-упрочненные композиционные материалы (ДКМ) — материалы, состоящие из матрицы (металлической или неметаллической) с заданным распределением в них упрочнителей (дисперсных частиц и др.). Матрица связывает композицию и придает ей нужную форму; название композиционных материалов происходит от материала матрицы.
Композиты с металлической матрицей называют металлическими, с керамической — керамическими, с полимерной — полимерными. Так, в качестве металлических матриц применяют алюминий, магний, никель, медь и др. Вообще дисперсно-упрочненные композиты могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.
В дисперсно-упрочненные композиционные материалы искусственно вводят мельчайшие равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и другие, не взаимодействующие с матрицей и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояния между ними, тем прочнее композиционный материал. Они различаются размерами частиц. В композитах, упрочненных частицами, их размер больше I мкм; в дисперсно-упрочненные композиты включают частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм; размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов — нового класса композиционных материалов, — еще меньше и составляют 10—100 нм.
В отличие от волокнистых композитов в дисперсно-упрочненных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят в ней движение дислокации, т.е. являются 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.
Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, индия), соединений оксидов и редкоземельных металлов, не растворяющихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую прочность материала до 0,9—0,95 Тпл. Поэтому такие материалы применяют как жаропрочные.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов, применение которых в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% массы летательного аппарата, а снижение массы искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000 дол. США. В качестве наполнителей ПКМ используется множество рахтичных веществ.
Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы применяют для изготовления режущих инструментов и деталей, а также в специальных областях техники — это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.
Сплавы на основе серебра и меди, а также вольфрам с добавками ТИСЬ обладают хорошей электро- и теплопроводностью и применяются в качестве электрических проводов и контактных материалов. Повышение жаропрочности обычных суперсплавов в результате добавления мелкодисперсных фаз является наиболее важным результатом исследований дисперсно-упрочненных композитов. В таблице 1 приведены некоторые типы дисперсно-упрочненных сплавов.
Дисперсно-композиционные материалы обычно получают методом порошковой металлургии, важным преимуществом которого является изотропность свойств в различных направлениях. Методы порошковой металлургии известны с давних пор, однако широкое промышленное использование они получили с 30-х гг. XX в. Порошковая металлургия развивалась по следующим основным направлениям: производство порошков для их непосредственного использования в технике (для покрытий, в качестве легирующих добавок, для сварочной техники и т.д.); создание новых материалов с особыми свойствами; изготовление деталей для машиностроения без дополнительной механической обработки; создание высокостойких инструментов и инструментальной оснастки.
| Композитная система | Объемное со- держание Vp, % | Диаметр частиц d, мкм | |||
| Тип | Составные компоненты | ||||
| Металлическая матрица — оксид | W-Th02 | 0,03 | 0,010 | ||
| Ni-AbOj | 0,10 | 0,120 | |||
| NiCrAlTi—Y203 | 0,02 | 0,015 | |||
| Cu—SiO, | 0,10 | 0,080 | |||
| Си—A1203 | 0,08 | 0,050 | |||
| Ag-AbOj | 0,10 | 0,050 | |||
| Металлическая матрица-карбид | Ni-TiC | 0,05 | 0,030 | ||
| Металл-металл | Cu-W | 0,05 | 0,015 | ||
| Ag-W | 0,08 | 0,015 | |||
Таблица 1 - Типы дисперсно-упрочненных композиционных материалов
Поскольку свойства готовых изделий и полуфабрикатов в значительной мере зависят от свойств исходных материалов, порошковая металлургия, использующая металлические порошки с равномерными свойствами и структурой по их сечению, широко используется практически во всех отраслях промышленности. Она позволяет экономить 40—90% металлов; получить изделия с повышенными, часто уникальными, физико-механическими и специальными свойствами; упростить технологию их производства. Порошки — совокупность находящихся во взаимном контакте частиц твердого вещества с размерами от нескольких нанометров до 1 мм. Частицы размером более 1 мм называют гранулами (различают также губчатые металлы) [1].
2. Технология получения ДКМ.
По методам изготовления композиционные материалы делятся на материалы, полученные жидко- и твердофазными методами, методами осаждения — напыления и комбинированными методами. К жидкофазным методам относятся пропитка (например, пропитка каркасов из карбида титана сталями или жаропрочными материалами), непрерывное литье, направленная кристаллизация эвтектических сплавов. К твердофазным методам относятся прессование, прокатка, ковка, волочение, диффузионная сварка и др. Для композиционных материалов, полученных твердофазными методами, характерно использование матрицы в виде порошка, листов или фольги. При изготовлении композитов методом осаждения — напыления матрицу наносят на волокна из растворов солей, парогазовой фазы, газоплазменным и плазменным напылениями. Комбинированные методы заключаются в использовании комбинации нескольких методов. Например, плазменное напыление используют как предварительную операцию, а в качестве окончательной операции применяют прокатку или прессование.
Принципиальная технологическая схема производства изделий методами порошковой металлургии состоит из следующих основных операций:
-
— получение порошков с требуемыми свойствами; -
— подготовка и формование порошков; -
— спекание сформованных заготовок; -
— последующая обработка давлением, термическая или химикотермическая обработка, обработка резанием.
Состав, структура и свойства порошка зависят как от способа его получения, так и от природы соответствующего металла. Металлические порошки принято характеризовать по химическим (содержание основного металла, примесей и загрязнений), физическим (форма, размер, удельная поверхность, истинная плотность, микротвердость частиц) и технологическим (насыпная плотность, текучесть, уплотня- емость, формуемость и прессуемость порошка) свойствам.
Способы производства порошков условно разделяют на две большие группы. К первой группе относят механические методы, при этом химический состав исходного материала при превращении в порошок существенно не изменяется, ко второй — физико-химические методы. Иногда для улучшения характеристик получаемого порошка применяют комбинированные методы.
При механических способах изготовления порошков превращение исходного материала в порошок происходит путем механического измельчения в твердом или жидком состоянии без изменения химического состава исходного материала (дробление и размол, распыление, грануляция и обработка резанием).
При физико-химических способах изменяется химический состав или агрегатное состояние исходного материала. Основными методами при этом являются восстановление окислов, электролиз металлов, термическая диссоциация карбонильных соединений.
Измельчение твердых материалов — уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения их под действием внешних усилий.
Физические свойства частиц характеризуют форма, размеры и гранулометрический состав, удельная поверхность, плотность и микротвердость. В зависимости от метода изготовления порошка получают следующие формы частиц: сферическую — при карбонильном способе распыления, губчатую — при восстановлении, осколочную — при измельчении в шаровых мельницах; тарельчатую — при вихревом измельчении, дендритную — при электролизе, каплевидную — при распылении. Эта форма частиц может изменяться при последующей обработке порошка (размоле, отжиге, грануляции).
Удельная поверхность — это сумма наружных поверхностей всех частиц, имеющихся в единице объема или массы порошка. Для металлических порошков характерна величина удельной поверхности от 0,01 до 1 м2/г (у вольфрама — 4 м2/г).
Действительная плотность порошковой частицы, носящая название пикнометрической, в значительной мере зависит от наличия примесей закрытых пор, дефектов кристаллической решетки и других причин и отличается от теоретической. Микротвердость порошковой частицы характеризует ее способность к деформированию. Для измерения микротвердости на приборах ПМТ-2 и ПМТ-3 в шлифованную поверхность частицы вдавливают алмазную пирамиду с углом при вершине 136° под действием нагрузки порядка 0,5—200 г.