Композиционные материалы

НОВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава 3

Контрольные вопросы к главе 2

1. Каковы характерные физические и механические свойства титана и где он применяется?

2. Опишите характерные свойства титановых сплавов и область их применения.

3. Каковы характерные физические и механические свойства алюминия и где он применяется?

4. На какие группы подразделяются алюминиевые сплавы в зависимости от технологии их обработки?

5. Какие структурные и фазовые превращения происходят при закалке и старении дюралюминия?

6. Какой состав имеет силумин и как он упрочняется?

7. Каковы характерные свойства магниевых сплавов, маркировка и области их применения?

8. Как маркируются бронзы и латуни?

9. Как влияет цинк на механические и технологические свойства латуней? Укажите состав, свойства и применение латуней.

10. Как влияет олово на механические свойства и структуру бронз?

11. Укажите состав, структуру, свойства и применение безоловянистых бронз.

12. Почему бронзы часто применяют как антифрикционный материал?

13. Какие требования предъявляются к антифрикционным материалам?

14. Какие сплавы применяют в качестве мягких и твердых припоев? Укажите требования к ним и марки.

Композиционными называют материалы, в состав кото­рых входят конструктивные элементы, разделенные вы­раженной границей, свойства которых резко отличаются от свойств матрицы. Но, как правило, конструктивные составляющие стараются выбирать так, чтобы они до­полняли друг друга (например, пластичная матрица и прочный, но хрупкий упрочнитель).

Свойства композиционных материалов определяются свойствами и объемным долями входящих в них составляющих, а также прочностью связей между ними. Но, в общем случае, такие свойства, как высокотемпературная прочность, сопротивление усталости, удельная проч­ность, в композиционных материалах выше, чем в моно­литных конструкционных сплавах.

Различают искусственные композиты, уровень свойств которых реализуется подбором его компонентов, и естественные композиты, получаемые путем направленной кристаллизации сплавов эвтектического состава (в лите­ратуре естественные композиты известны как НКЭ - сплавы). Свойства естественных композитов определяются природой эвтектики и не могут широко варьироваться.

В данном разделе мы рассмотрим, главным образом, композиционные материалы, в которых матрицей слу­жат либо металлические сплавы, либо чистые металлы. Но в технике используют также широкий круг компози­ционных материалов с неметаллическими матрицами (полимерными, углеродными и др.). Разработаны также и полиматричные материалы, в которых чередующиеся слои матрицы могут иметь различный состав.

Компоненты, равномерно распределенные в матрице, называют армирующими наполнителями или упрочнителями. В зависимости от формы наполнителя композиты делят на дисперсно-упрочненные, волокнистые и слои­стые.

Рис. 32. Схему укладки наполнителей в различных композиционных материалах:

1, 2 - линейная укладка; 3, 4, 5 - плоская укладка; 6 - трехмерная укладка

В дисперсно-упрочненных материалах равноосные частицы наполнителя ориентированы беспорядочно, в волокнистых - оси волокон обычно ориентированы вдоль одного из направлений. В слоистых композитах слои не обязательно должны быть сплошными пласти­нами, они могут быть заполнены расположенными упо­рядочение в плоскости частицами либо волокнами, уло­женными в параллельных плоскостях (рис. 32). Ино­гда в одном композиционном материале используют несколько различных наполнителей. Такие композицион­ные материалы называют полиармированными.

В зависимости от расположения упрочнителя прояв­ляется и анизотропия свойств композиционного мате­риала. Наибольшего упрочнения достигают при одноос­ной укладке волокон, ориентированных в направлении приложения нагрузки.

К материалам, используемым в качестве наполните­лей, предъявляют определенные требования. Они должны обладать высоким модулем упругости, высокой прочностью, термостойкостью, химической инертностью по отношению к матрице.