Волокнистые КМ

Волокнистые композиционные материалы (ВКМ) обладают самой высокой прочностью из числа композиционных материалов.

У волокнистых композитов матрица (чаще всего пластичная) армирована высокопрочными волокнами – нитевидными кристаллами, проволокой. При растяжении волокнистого КМ вдоль направления армирования нагрузку в основном воспринимают волокна, матрица же служит средой для передачи усилия. Таким образом, основным несущим компонентом в волокнистых КМ является армирующий элемент. Поэтому прочность и жесткость таких материалов определяется именно свойствами армирующих волокон, воспринимающих основную нагрузку.

Матрица и волокно не должны между собой взаимодействовать (должна отсутствовать взаимная диффузия) при изготовлении и эксплуатации, так как это может привести к понижению прочности композиционного материала. Крайне важным является совместимость материалов волокна и матрицы, т. е. возможность образования сильной адгезионной связи между ними, чтобы обеспечить целостность материала при воздействии термических напряжений.

Механические свойства волокнистого композиционного материала определяются тремя основными параметрами: высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица-волокно.

К волокнистым композиционным материалам, наиболее широко применяемым в технике, можно отнести: полимерные композиционные материалы на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, феноло-формальдегидных, полиимидных и др. ) и термопластичных связующих, армированных стеклянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), органическими (органопластики), борными (боропластики) и др. волокнами; металлические композиционные материалы на основе сплавов Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Сг, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокнами, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой; композиционные материалы на основе углерода, армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы); композиционные материалы на основе керамики, армированной углеродными, карбидкремниевыми и др. жаростойкими волокнами.

Армирование дает больший прирост прочности, но дисперсное упрочнение технологически легче осуществимо.

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.

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.

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 (σ в= 2. 2 Гпа) при температуре 1093º 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 производят 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.

Методы армирования с последующей прокаткой армирующих заготовок, положены в основу технологии получения армированной квазимонолитной стали (АКМ).

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒