- •Раздел 1. Конструкционные материалы
- •1. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Полиморфизм
- •1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •2. Свойства металлов
- •2.1. Механические свойства
- •Относительное удлинение
- •Относительное сужение
- •2.2. Физические и химические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Эксплуатационные свойства
- •3. Строение и свойства сплавов
- •3.1. Основные сведения о металлических сплавах
- •3.2. Железоуглеродистые сплавы
- •Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Диаграмма состояния FeFe3c
- •3.4. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов
- •4. Термическая обработка стали
- •4.1. Основы термической обработки стали
- •4.2. Отжиг сталей, виды отжига
- •4.3. Нормализация сталей
- •4.4. Закалка сталей
- •4.5. Отпуск стали. Виды отпуска
- •4. 6. Химико-термическая обработка сталей
- •4.6.1. Цементация сталей
- •4.6.2. Азотирование стали
- •4.6.3. Цианирование сталей
- •4.6.4. Нитроцементация
- •4.6.5. Борирование
- •4.6.6. Диффузионная металлизация
- •4.7. Термомеханическая обработка стали
- •4. 8. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •5. Чугуны
- •5.1.Классификация и маркировка
- •5.2. Свойства и применение чугуна
- •6. Стали.
- •6.1. Углеродистые стали. Классификация и маркировка
- •Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали
- •6.2. Легированные стали и сплавы
- •6.2.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- •6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •6.3. Инструментальные стали
- •6.3.1. Стали для измерительных инструментов
- •6.3.2. Стали для режущих инструментов
- •6.3.3. Инструментальные твердые сплавы
- •6.3.4. Штамповые стали
- •6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •6.4.1. Нержавеющие стали и сплавы
- •6.4.2. Хромистые нержавеющие стали
- •6.4.3. Хромоникелевые нержавеющие стали
- •6.4.4. Жаропрочные стали и сплавы
- •6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов
- •6.4.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •6.4.7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •7. Цветные металлы и сплавы
- •7.1. Алюминий и его сплавы
- •7.2. Магний и его сплавы
- •7.3. Титан и его сплавы
- •7.4. Медь и ее сплавы
- •8. Неметаллические материалы
- •8.1. Пластмассы
- •Состав, классификация и свойства пластмасс
- •8.2. Резиновые материалы
- •9. Композиционные материалы Классификация композиционных материалов
- •9 .1. Армирующие материалы
- •9.2. Материалы матриц
- •9.3. Свойства композиционных материалов
- •10. Общие принципы выбора материалов
- •Физико-химические свойства
- •Механические свойства
9.2. Материалы матриц
Матрица в армированных композициях является основой, придает изделию форму и делает материал монолитным. Материал матрицы должен позволять композиции воспринимать внешние нагрузки.
При нагружении за счет пластичности матрицы силы от разрушенных или дискретных (коротких) волокон передаются соседним волокнам. Передача нагрузки зависит, прежде всего, от качества соединений, т.е. от хорошей адгезии между компонентами КМ. Без этого невозможны передача нагрузки волокон и, следовательно, армирование.
Получению качественного соединения способствуют взаимная диффузия с образованием твердого раствора; поверхностное химическое взаимодействие между компонентами композиции; отсутствие на поверхности раздела каких-либо загрязняющих слоев.
При изготовлении композиции в жидкой фазе материал матрицы должен смачивать армирующий материал (волокно). Качество соединения зависит от смачиваемости волокон материалом матрицы, что обусловливается определенной степью физического и химического сродства компонентов. Смачивание может быть улучшено нанесением на армирующие волокна специальных покрытий и введением в материал матрицы специальных легирующих добавок. Улучшить смачивание при пропитке волокон металлическими расплавами можно, применив ультразвуковую обработку жидкой фазы, повышения температуры расплава и увеличения времени нахождения композиции в жидком состоянии.
Таким образом, создавая новые КМ жидкофазными способами, следует принимать во внимание, что материал матрицы должен полностью смачивать армирующие волокна, не должен разъедать или иным способом разрушать волокна. Кроме того, матрице отводится роль защитного покрытия, предохраняющего волокна от механических повреждений и окисления.
В качестве материала матрицы в зависимости от требуемых эксплуатационных свойств применяют следующие материалы: легкие металлы и сплавы на основе алюминия и магния; сплавы на основе титана, меди; жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе железа, никеля и кобальта; тугоплавкие сплавы на основе вольфрама, молибдена и ниобия.
Алюминиевые сплавы обладают хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью, но сравнительно невысокой прочностью. Для пропитки КМ применяют алюминиевые сплавы с хорошими литейными свойствами, например силумины, имеющие в своем составе повышенное содержание кремния. Перспективным для жаропрочных КМ является САП (спеченный алюминиевый порошок), который представляет собой алюминий, упрочненный дискретными частицами оксида алюминия. МКМ на основе САП имеют высокую жаропрочность (до 500 С), хорошо обрабатываются давлением, резанием и обладают высокой коррозионной стойкостью.
Магний и его сплавы характеризуются низкой плотностью, относительно высокими механическими свойствами, способностью сопротивляться ударным нагрузкам и вибрациям. Кроме того, они достаточно пластичны и хорошо обрабатываются давлением.
Титановые сплавы имеют малую плотность, а по прочностным характеристикам превосходят алюминиевые и магниевые сплавы. Они имеют достаточно хорошие литейные свойства и могут обрабатываться пластическим деформированием в широком интервале температур (600…1200 С). Для армирования КМ промышленностью налажен выпуск фольги из титановых сплавов толщиной 3…200 мкм.
Медь и медные сплавы имеют высокую электропроводимость и теплопроводность, высокие пластические свойства.
Жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе системы никельхром с легирующими добавками вольфрама молибдена, титана, алюминия стойки к образованию окалины на поверхности в газовых средах при нагреве свыше 500 С. Повышенная длительная прочность, высокое сопротивление ползучести и усталости достигаются за счет введения в сплавы титана и алюминия. Сплавы на никелевой и кобальтовой основе, легированные различными элементами, способны работать при температурах до 1100 С. Пластические свойства таких сплавов низки, поэтому их подвергают обработке давлением.
Порошковой металлургией стало возможно получать МКМ с матрицей из особотугоплавких сплавов ниобия, вольфрама, молибдена и сплавов на их основе. Волокнистыми наполнителями (нитевидными кристаллами из тугоплавких соединений) эти матрицы армируют с целью придания им особых эксплуатационных свойств (ударопрочности, термостойкости и других специальных физических характеристик).