авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельно- сти выпускника: ...»

-- [ Страница 2 ] --

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и бо лее нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплек сом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости. Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных де талей. Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР, 40ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА). Хромомарганцевые стали обладают высокой прочностью и прока ливаемостью, но эти стали имеют повышенный порог хладноломкости и по ниженную вязкость (40ХГ). Для улучшения свойств их дополнительно леги руют титаном и бором (40ХГТР). Дешевые хромокремнистые (33ХС) и хро мокремниймарганцевые (хромансили) (25ХГСА, 25ХГС, 30ХГС) стали обла дают высокой прочностью и умеренной вязкость, хорошей прокаливаемо стью. Хромоникелевые стали 45ХН,, 45ХН, 50ХН отличаются более высокой прокаливаемостью, прочностью и вязкостью. Все вышеприведенные стали чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Не склонны к ней хромо никельмолибденовые стали (40ХН2МА). Для уменьшения отпускной хрупко сти могут применять ускореннее охлаждение после отпуска. Никель, особен но в сочетании с молибденом сильно снижает порог хладноломкости. Луч шие в этой группе хромоникельмолибденовованадиевые стали. Ванадий способствует измельчению зерна. Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3МА, др. обла дают высокой прокаливаемостью, высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, их можно использовать при температуре 400-450 oС. Недостатки – трудность обработки резанием и большая склонность к образованию флоке нов. Из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжелонагруженные де тали редукторов и компрессоров.

Высокопрочные стали Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, что достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки.

Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых леги рованных сталях (30ХГСН2А,40ХН2МА, 30Х2ГСН2ВМ, 30Х5МСФА), при меняя закалку с низким отпуском (при температуре 200 - 250oС) или изотер мическую закалку с получением структуры нижнего бейнита.

После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные ста ли имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вяз кость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпу щенные.

При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные сред неуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к концен траторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, поэтому их ре комендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения.

Повышение вязкости достигается легированием никелем. Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200 - 300 oС, способствует получению мелкого зерна, пони жает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению.

Сталь 30ХГСН2А широко применяют в самолетостроении.

Высокая прочность может быть получена и за счет термомеханической обработки. При ВТМО сталь деформируют при температуре выше Ас3 и сразу закаливают, чтобы не допустить развитие рекристаллизации аустенита.

При НТМО сталь деформируют при температуре 400-600 oС. После ТМО лю бого вида проводят низкий отпуск. 100-200 oС. Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличи ваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это свя зано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что спо собствует увеличению пластичности. ВТМО обеспечивает меньшее упроч нение. Наиболее высокая прочность получается сочетанием ВТМО с после дующей холодной деформацией низкоотпущенных среднеуглеродистых ста лей.

Мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) превосходят по конструкционной прочности и технологичности среднеугле родистые легированные стали. Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким поро гом хладоломкости при прочности около 2000 МПа.

Мартенситно-стареющие стали представляют собой безуглеродистые ( С 0,03%) сплавы железа с никелем (8 - 25 %), дополнительно легированные кобальтом, молибденом, титаном, алюминием, хромом и другими элемента ми. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентра ции углерода в результате закалки (800-860 oС на воздухе) фиксируется вы соко пластичный, но низко прочный железоникелевый мартенсит, пересы щенный легирующими элементами. Основное упрочнение происходит в про цессе старения при температуре 480 - 520oС за счет выделения из мартенсита мелкодисперсных фаз (Ni3Ti, NiAl, Fe2Mo, Ni3Mo) когерентно связанные с матрицей. Мартенситно-стареющие стали обладают неограниченной прока ливаемостью, хорошей свариваютью, высокой конструкционной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 oС и рекомендуются для изго товления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрел кового оружия, корпусов подводных лодок, батискафов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т.д.

Метастабильные аустенитные стали (трипстали) – особый класс высокопрочных материалов повышенной пластичности. 25Н25М4Г, Х9Н8М4Г2С2. после закалки 1000-1100oС стали имеют аустенитную струк туру, обладающую высокой вязкостью, но низким пределом текучести. Для упрочнения сталь подвергают пластической деформации с большими степе нями обжатия (50-80%) при температуре 400-600 oС. Требуются мощные де формирующие средства. Это ограничивает применение данных сталей. Де формационное упрочнение совмещается с карбидным упрочнением, разви вающимся в результате пластической деформации. Предел текучести повы шается до 1800МПа. Область применения: детали авиаконструкций, броне вой лист, проволока тросов.

Сплавы, устойчивые к действию окружающей среды Сплавы, устойчивые к действию агрессивных сред Коррозионно-стойкие стали (нержавеющие) – стали, устойчивые про тив электрохимической коррозии (коррозии в электролитах – токопроводя щих средах). Данный вид коррозии связан с протеканием анодных процессов окисления металла и различных катодных процессов. Ведение в сталь более 12,5% хрома резко повышает ее электрохимический потенциал и делает ее коррозионно-стойкой во многих средах, причем хром должен присутствовать в растворенном состоянии. Прочие элементы вводят в сталь с различной це лью: никель (а также марганец, азот - стабилизаторы) вводят сталь для созда ния аустенитной структуры, титан и ниобий – для предотвращения межкри сталлитной коррозии, алюминий в сочетании с никелем – для возможности проведения упрочняющей термообработки по режиму закалка плюс старе ние.

При эксплуатации сталей при температурах 400-800оС может происхо дить опасная межкристаллитная коррозия (МКК), причина которой – обедне ние границ зерен хромом в связи с образованием карбида хрома. Предотвра тить МКК можно, вводя в сталь сильные карбидообразователи в количестве, пятикратно превышающем содержание углерода, при этом образуются спе циальные карбиды, а хром остается в твердом растворе. Другое опасное яв ление в высокохромистых сталях - образование сигма-фазы, вызывающей охрупчивание. Нужно избегать при эксплуатации температур ее образования – 475оС.

Стали классифицируют как по составу – хромистые, хромоникелевые, хромоникельмарганцевые и пр., так и в соответствии со структурой, которая зависит от состава стали.

Хромистые стали ферритно-мартенситного и мартенситного класса – наименее коррозионно-стойкие, но наиболее дешевые - применяют после за калки и высокого отпуска (12Х13 и 20Х13), либо после закалки и низкого от пуска (30Х13, 40Х13). Высокохромистые стали ферритного класса 12Х17, 15Х28Т, 15Х28 применяют после отжига. К недостаткам этих сталей относят отсутствие возможности проведения упрочняющей термообработки и круп нозернистость, особенно в зоне сварного шва, что снижает вязкость.

Хромоникелевые стали являются лучшими, но и наиболее дорогими по причине легирования никелем. Стали аустенитного класса 12Х18Н9.

12Х18Н10Т и др. В результате закалки от 1100оС в воде они приобретают ау стенитную структуру, характеризуются высокой пластичностью, умеренной прочностью, хорошей свариваемостью, хорошей коррозионной стойкостью в окислительных средах. Аустенитно-мартенситные стали 09Х15Н8Ю, 09Х17Н8Ю после закалки, обработки холодом и последующего старения ха рактеризуются высокой прочностью, хорошо свариваются;

заметно уступая аустенитным сталям по коррозионной стойкости, превосходят их по прочно сти при температурах 400-500оС;

применяются для изготовления обшивки, сопловых конструкций, силовых элементов узлов ЛА.

Более дешевыми являются стали, в которых никель частично или пол ностью заменен марганцем, а также азотом. Хромоникельмарганцевые стали 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4 аустенитного класса после закалки на аустенит практически не уступают хромоникелевым сталям по коррозионной стойко сти.

Из экономических соображений, в ряде случаев рационально приме нять плакированные углеродистые стали, когда защитные функции выполня ет тонкий слой дефицитных и дорогих сталей, содержащих никель. С целью защиты от коррозии можно применять различные виды покрытий – катод ные, анодные, неметаллические.

Сплавы, работающие при высоких температурах Жаростойкие сплавы. Конструкционные металлические материалы в процессе обработки и эксплуатации при нагреве подвергаются химической коррозии в сухих газах и жидких неэлектролитах. Жаростойкость – способ ность металла сопротивляться коррозионному воздействию газа при высоких температурах (окалиностойкость – способность сопротивляться взаимодей ствию с кислородом). Жаростойкие сплавы работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Чем выше температура начала окисления, тем выше рабочая температура, тем более жаростоек сплав.

Скорость коррозии определяется защитными свойствами образовав шихся на поверхности металла пленок (в большинстве случаев, оксидных).

Пленки должны быть плотными (не иметь пор, об этом судят по коэффици енту сплошности), не иметь дефектов строения (вакансий, которые облегча ют диффузию), не должны испаряться и деградировать. Наибольшее влияние оказывает природа и химический состав металла. Хорошими защитными свойствами обладают оксидные пленки алюминия, бериллия, хрома.

Теория жаростойкого легирования сложна, учитываются как внутрен ние, так и внешние факторы (температура, состав газовой среды, скорость ее движения и пр.). Так, очень плохую жаростойкость магния – по причине по ристых пленок - удается повысить, вводя в сплавы бериллий и некоторые другие элементы. В медных сплавах удается повысить жаростойкость леги рованием Be, Al, Mn, в несколько меньшей степени Si, Sn. Повысить жаро стойкость титановых сплавов и сплавов на основе тугоплавких металлов возможно лишь применением жаростойких покрытий, поскольку объемное легирование не дает положительного результата. Промышленные алюминие вые сплавы так же жаростойки, как чистый алюминий, за исключением спла вов с магнием.

Жаростойкие стали работают при температурах выше 550оС. Хорошая жаростойкость низколегированных сталей связана с тем, что легирующий элемент снижает дефектность оксидной пленки, а высоколегированных – тем, что образуется либо двойной оксид, либо собственно оксид легирующе го элемента, которые обладают высокими защитными свойствами. Основной элемент жаростойкого легирования сталей – хром, чем его больше, тем выше рабочие температуры. Также могут присутствовать алюминий, кремний, но их содержание ограничено, т.к. они делают сталь хрупкой, ухудшают техно логоические свойства при обработке давлением. Классификация сталей осу ществляется по составу и по структуре.

Мартенситные стали сильхром 40Х9С2 и сильхромаль 10Х13СЮ жа ростойки до 850оС;

ферритная сталь 08Х17Т жаростойка до 900оС, ее приме няют в отожженном состоянии. Аустенитные стали в отличие от выше при веденных немагнитные, в закаленном состоянии обладают достаточной прочностью, хорошей технологичностью. Сталь12Х18Н9Т жаростойка до 800оС. Сталь 36Х18Н25С2 обладает высокой жаростойкостью до 1100оС в среде с повышенным содержанием серы, применяется для изготовления со пловых аппаратов и жаровых труб в газотурбинных установках.

Жаропрочные стали способны работать под напряжением в течение заданного времени при температурах более 500оС, при этом они должны об ладать жаростойкостью. При длительном нагружении при высоких темпера турах поведение материала определяется диффузионными процессами, для этих условий характерны явления ползучести и релаксации напряжений. Ос новными механическими характеристиками работоспособности материала являются предел ползучести, который отвечает напряжению, вызывающему в материале за определенное количество часов при определенной температуре заданную степень деформации, а также предел длительной прочности, кото рый соответствует напряжению, приводящему при некоторой температуре к разрушению материала по истечении заданного временного интервала.

Ползучесть – медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести. При высоких темпера турах этот процесс связывают с переползанием дислокаций, зернограничным скольжением и активизацией диффузии. Для обеспечения жаропрочности требуется ограничить подвижность дислокаций и замедлить диффузию. Это достигается повышением прочности межатомных связей за счет легирования твердого раствора, созданием препятствий для перемещения дислокаций внутри зерен и по границам, увеличением размеров зерен и упрочнения гра ниц для предотвращения зернограничного скольжения. Используется ком плексное легирование, а также термообработка, которая, как правило, состо ит из закалки и высокотемпературного отпуска (старения), что и приводит к формированию структуры, устойчивой при работе при высоких температу рах. Оптимальной является многофазная структура с однородным распреде лением упрочняющих фаз – карбидов, интерметаллидов.

Недорогие низколегированные стали перлитного класса 12Х1МФ, 25Х2М1Ф и пр. применяются главным образом в котлостроении. Мартен ситные стали 15Х5М, 15Х11МФ, 40Х10С2М по жаропрочности лишь не много превосходят стали перлитного класса, но отличаются большей жаро стойкостью. Применяют их при температурах 450-600оС после закалки (или нормализации) от температур 950-1100оС и отпуска при 600-740оС. Сильхро мы могут работать до 650оС, но они менее технологичны. Самые жаропроч ные стали - аустенитные. Благодаря правильному соотношению в составе хрома и никеля (или его заменителя марганца) в сталях получают устойчи вый аустенит, не склонный к фазовым превращениям. Выделяют следующие группы:

однофазные стали (12Х18Н10Т), которые после закалки от 1020 о 1100 С имеют структуру однородного аустенита с незначительным содержа нием карбонитридов титана или ниобия;

прочность этих сталей можно повы сить при помощи наклепа или создания полигонизованной структуры;

среднеуглеродистые стали с карбидным упрочнением (45Х14Н14В2М), легированные сильными карбидообразователями, которые после закалки от 1100-1150оС и старения при 700-800оС приобретают струк туру аустенита с включениями специальных карбидов, повышающих жаро прочность;

стали с интерметаллидным упрочнением (10Х11Н20Т3Р) - самые жаропрочные, поскольку после закалки от 1100-1170оС и старения при тем пературе 700-750оС в структуре кроме аустенита присутствуют интерметал лиды, а эффективное упрочнение границ зерен происходит за счет бора.

Аустенитные стали могут охрупчиваться при эксплуатации из-за выде ления сигма-фазы, для растворения которой и восстановления первоначаль ных свойств сплава после некоторого срока службы проводят дополнитель ную термообработку.

Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов Никелевые сплавы содержат 10-12%, а иногда и большее количество хрома и такие элементы, как вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, алюми ний, титан, бор. Молибден, вольфрам, кобальт, хром упрочняют -твердый раствор на основе никеля. Алюминий и титан образуют метастабильную фазу со структурой ГЦК (Ni 3 Al) c периодом решетки всего на 0,1% больше, чем -раствора, делают возможным проведение упрочняющей термообра ботки, состоящей из закалки и старения.. Тантал и ниобий эффективно уп рочняют -фазу при комнатной температуре, а вольфрам и молибден не только при комнатной, но и при повышенной температуре;

эти карбидообра зователи взаимодействуют с углеродом, количество которого ограничивается 0,1-0,2%, с образованием карбидов типа MeC и Me 6 C. Кобальт повышает энергию межатомного взаимодействия и жаропрочность. Бор упрочняет гра ницы зерен. Хром повышает жаростойкость, однако ухудшает работу сплава под нагрузкой при ввсоких температурах, поэтому самые жаропрочные спла вы, как правило, содержат ограниченное количество хрома. Наиболее высо кие жаропрочные свойства достигаются при комплексном легировании нике левых сплавов.

Рабочие температуры лучших стареющих никелевых сплавов достига ют в настоящее время 950-1040С (0,7-0,76Тпл. никеля). Дисперсноупроч ненные никелевые сплавы сохраняют жаропрочность до 1200-1300С (0,85 0,91Тпл. никеля).

Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов состоит из закалки от 1080-1220С, с охлаждением на воздухе, и старения. Иногда при меняют двойную закалку, вторая закалка проводится с более низких темпе ратур (1000-1050С). Старение проводят при температуре 700-950С, при этом из пересыщенного -твердого раствора выделяется -фаза. Высоко дисперсная структура сплавов остается стабильной длительное время (тыся чи часов) при высокой температуре. Старение литейных сплавов часто про исходит в процессе эксплуатации.

Деформируемые сплавы Сплав ХН78Т (ЭИ435) применяется для изго товления труб и листов для камер сгорания, работающих ограниченный срок при 1000С и кратковременно до 1200С. Сплав ХН77ТЮР отличается высо кой жаропрочностью и пластичностью при повышенных температурах, что обусловлено благоприятным влиянием бора. Сплав обладает хорошей вы носливостью при циклических нагрузках и высоким сопротивлением окисле нию до 900С. Сплав ХН70ВМТЮ (ЭИ617) обладает еще большей жаро прочностью в результате дополнительного легирования вольфрамом и мо либденом. Для рабочих лопаток турбин с ограниченным сроком службы при 900-9500С и длительным сроком службы (10000ч) при 700-8000С применяют сплав ХН55ВМТФКЮ (ЭИ 929).

Литейные сплавы. По химическому составу они близки к высокожаро прочным деформируемым сплавам, но обычно содержат большее количество алюминия и титана. Сплавы ЖС3, ЖС6, ЖС6Ки пр. более жаропрочны, но обладают пониженной пластичностью. Новое направление повышения жаро прочности литейных никелевых сплавов состоит в получении методом на правленной кристаллизации монокристаллических лопаток с заданной кри сталлографической ориентацией.

Тугоплавкие металлы имеют температуру плавления выше 1700оС.

Сплавы на их основе являются высокожаропрочными. Наибольшее примене ние получили металлы пятой и шестой групп Периодической системы, а так же рений. Однако все они, кроме хрома, обладают низкой жаростойкостью, что требует защитных покрытий. Еще одним недостатком является их высо кая плотность.Металлы с ОЦК решеткой весьма чувствительны к примесям внедрения, что делает их хладноломкими при достаточно высоких темпера турах. Повышение чистоты металлов и сплавов с применением перспектив ных способов производства позволит решить эту проблему. Повысить свой ства изделий можно применением новых методов формования металличе ских порошков. Различают однофазные сплавы со структурой твердый рас твор и сплавы со структурой твердый раствор выделениями вторичных фаз, которые можно подвергать упрочняющей термообработке.

Сплавы на основе ванадия и хрома ВХ2,ВХ4, ВХ1И наименее жаро прочны, до температур соответственно 1000 и 1100оС, однако они превосхо дят по свойствам железные и никелевые сплавы. Сплавы на основе ниобия ВН2А, ВН4 работают до 1300оС, кратковременно до 1500оС, их достоинство – малая плотность. Сплавы молибдена ВМ1, ВМ3 работоспособны до 1300 1400оС, на основе тантала (с 10% вольфрама) – до 2000оС, на основе вольф рама (с рением и молибденом) – до 2000-2200оС. Выше температуры 2000 2500оС нелегированный вольфрам является самым жаропрочным металлом.

Легкие сплавы.

Алюминий и его сплавы Алюминий – металл серебристо-белого цвета, имеет температуру плав ления 660оС. Кристаллическая решетка – гранецентрированный куб с перио дом 0,40412 при комнатной температуре. Плотность 2,7 г/см3, что позволяет отнести его к легким металлам.

Алюминий имеет высокую тепло- и электропроводность, уступая се ребру, меди и золоту. Обладает коррозионной стойкостью во влажной атмо сфере и многих органических и минеральных кислотах-окислителях благода ря оксидной пленке, но не в щелочных средах. Производится алюминий осо бой чистоты А999 (99,999% Al), высокой чистоты А995, А99, А97, А95, и технической чистоты А85, А8,А7,А6,А5,А0. Наиболее вредной примесью является железо, которое резко снижает пластичность и коррозионную стой кость алюминия. При наличии примеси кремния могут образовываться в за висимости от состава два тройных соединения (Fe-Al-Si) и (Fe-Al-Si), имеющие высокую хрупкость и снижающие пластичность. Технический алюминий в отожженном состоянии имеет прочность 70-80 МПа, относи тельное удлинение около 35%. Алюминий применяется для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется легкость, свариваемость, пластичность, коррозионная стойкость (рамы, двери, трубо проводы, фольга, цистерны, посуда). Он применяется для производства теп лообменников, в электротехнике - для конденсаторов, проводов, кабелей, шин, для производства рефлекторов и т.д.

Алюминиевые сплавы. К преимуществам большинства промышленных алюминиевых сплавов можно отнести невысокую плотность (до 2,85 г/см3), высокую удельную прочность, хорошую коррозионную стойкость, тепло- и электропроводность. В качестве основных легирующих элементов в алюми ниевых сплавах применяют Cu, Mg, Si, Mn, Zn, реже Li, Ni, Ti, Be, Zr, Fe и др. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием ограничен ные твердые растворы замещения с переменной растворимостью, а также промежуточные фазы с алюминием и между собой – двойные, тройные и многокомпонентные интерметаллиды.

В зависимости от способа производства заготовок принято делить сплавы на деформируемые, литейные и спеченные. Сплавы могут быть не упрочняемыми термообработкой и упрочняемыми термообработкой. Суще ствует более подробное деление сплавов в соответствии с их свойствами (нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пла стичности и коррозионной стойкости, антифрикционные и т.д.).

Термическая обработка алюминиевых сплавов. Для литых заготовок проводится гомогенизация с целью устранения ликвации при температурах 450-560оС длительностью 4–36 часов в зависимости от состава. Рекристалли зационный отжиг для снятия наклепа проводят при 300-500оС с выдержкой 0,5-2 часа как промежуточную обработку между операциями деформации или как окончательную обработку деформированных полуфабрикатов для снижения прочности и повышения пластичности. Смягчающий отжиг при 350-420оС продолжительностью 1-2 часа применяют для термоупрочненных сплавов.

Упрочняющая термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из закалки и старения, Температуру и продолжительность этих режимов вы бирают в соответствии с конкретным сплавом. Закалка сплавов состоит в на греве до температуры, когда интерметаллидные фазы полностью или боль шей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатных температур, которое производится в хо лодной или подогретой воде. При закалке получается фаза ‘- пересыщен ный твердый раствор замещения легирующих элементов в алюминии. После закалки сплавы, обладая повышенной по сравнению с отожженным состоя нием прочностью, сохраняют высокую пластичность, достаточно легко де формируются. При старении происходит распад пересыщенного твердого раствора закалки. В зависимости от температуры, продолжительности вы держки и природы сплава можно выделить ряд стадий. При комнатной тем пературе происходит естественное старение, при котором образуются зоны Гинье-Престона. Оно продолжается 5-7 суток. При повышенных температу рах происходит искусственное старение, неполное или полное, когда возни кают метастабильные полностью или частично когерентные фазы. Это старе ние может продолжаться от нескольких часов до десятков часов. Рост проч ности связан с первыми стадиями процесса распада, причем для разных спла вов максимальное упрочнение достигается на разных стадиях. Обособление и коагуляция стабильных фаз приводят к снижению прочности, Но эти стадии наблюдаются при проведении отжига. Таким образом, упрочняющим про цессом в термообработке является операция старения.

Деформируемые алюминиевые сплавы. Маркируют условным обра зом по номерам, в соответствии с группой.

К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относят сплавы систем Al-Mg и Al-Mn (АМг3, АМц и др.). Их используют в отожженном, полунагартованном и нагартованном состоянии для изделий, получаемых деформацией, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и хо рошая свариваемость (трубопроводы для бензина и масел, сварные баки).

Сплавы, упрочняемые термообработкой, достаточно многообразны, их окончательные свойства получают после закалки и старения.

Сплавы нормальной прочности – дуралюмины (система Al-Cu-Mg c добавками марганца) в отожженном состоянии состоят из твердого раствора на основе алюминия (фаза ) и включений интерметаллидов Al2Cu (фаза ) и Al2CuMg (фаза S). Прочность прессованных заготовок оказывается выше из-за влияния пресс-эффекта, который вызывает легирование алюминия пе реходными металлами – марганцем, хромом, титаном и пр. Из сплава Д16 из готовляют обшивку, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции т.д.

Высокопрочные алюминиевые сплавы (система Al-Cu-Mg-Zn) имеют предел прочности 550-700 МПа, но меньшую пластичность, чем дуралюми ны. Структура сплава состоит из - твердого раствора и интерметаллидов MgZn2, Al2CuMg (S фаза) и Al2Mg3Zn3 (T фаза). Рабочая температура ограни чена 120оС. Сплав В95 рекомендован для высоконагруженных деталей без концентраторов напряжений.

Сплавы на основе системы Al-Mg-Si АВ, АД31 и др. обладают лучшей пластичностью и коррозионной стойкостью, чем дуралюмины. Сплавы сис темы Al-Cu-Mg-Si АК6 и АК8 –ковочные - разработаны специально для изго товления поковок и штамповок. Жаропрочные сплавы АК4-1 и Д20 содержат в качестве дополнительных легирующих элементов железо и никель (пер вый) и титан (второй), что позволяет использовать их до 250-300оС.

Алюминиевые сплавы, содержащие медь, нуждаются в защите от кор розии.

Перспективными сплавами на основе алюминия являются его сплавы с литием, которые можно отнести к сверхлегким, поскольку их плотность не превышает 2,5 г/см3. По удельной прочности эти сплавы превосходят дура люмины.

Литейные алюминиевые сплавы. Маркировка литейных сплавов про изводится в соответствии с их химическим составом.

Эти сплавы применяются для фасонного литья. Наиболее широко рас пространены сплавы силумины на основе системы Al-Si (простые и сложные – легированные, содержащие Cu, Mg, Ni и др.), для которых характерны ма лые интервалы кристаллизации и очень хорошие литейные свойства. При со держании кремния 12% формируется грубая эвтектика, состоящая из -фазы - твердого раствора кремния в алюминии и игольчатых кристаллов кремния -фазы, что придает сплавам низкие значения прочности и пластичности.

Улучшить свойства термической обработкой не удается. Для повышения свойств применяется модифицирование силуминов добавками натрия, лития, стронция. Это приводит к измельчению кристаллов эвтектического кремния, эвтектика становится мелкой, следствием чего является увеличение прочно сти и одновременно пластичности более чем в два раза. При этом понижается температура кристаллизации эвтектики более чем на 10оС, и эвтектическая точка сдвигается в область больших концентраций (14% кремния). Приме няют модифицирование для сплавов с содержанием кремния более 6%.

Введение магния и меди делает сплавы термически упрочняемыми.

Магний образует фазу Mg2Si, а при введении одновременно меди и магния могут существовать упрочняющие фазы S (Al2CuMg) и др. Доэвтектический термоупрочняемый силумин АК9ч применяют для наиболее ответственных нагруженных крупногабаритных деталей, например картеров двигателей внутреннего сгорания. Высоколегированный заэвтектический силумин АК21М2,5Н2,5 относят к группе поршневых сплавов (для изготовления поршней цилиндров двигателей внутреннего сгорания). В структуре этих сплавов присутствуют кристаллы первичного кремния и эвтектика. Эти спла вы, предназначенные для работы при повышенных температурах 250-270оС, отличаются высокой жаропрочностью, износостойкостью и низким коэффи циентом термического расширения.

В качестве литейных применяют также термоупрочняемые сплавы на основе систем Al-Cu (АМ5), Al-Mg (АМг10) и другие более сложные по со ставу сплавы, которые похожи на аналогичные деформируемые, но содержат несколько больше Cu, Mg, а также тугоплавкие добавки (титан, никель). Од нако эти сплавы обладают худшими литейными свойствами.

Спеченные алюминиевые сплавы типа САП и САС применяют для из готовления изделий методом порошковой металлургии.

Магний и его сплавы Магний – металл с температурой плавления 650оС, имеет гексагональ ную плотноупакованную решетку с соотношением c/a 1,6235.

Плотность со ставляет 1,74 г/см3. Тепло- и электропроводность магния хуже, чем у алюми ния. Поверхность магния покрыта толстой пленкой оксида, которая не обла дает достаточными защитными свойствами. Магний легко растворяется в ор ганических и разбавленных минеральных кислотах, корродирует в морской воде, устойчив в органических жидкостях (бензин и т.д.). В дисперсном со стоянии может самовоспламеняться на воздухе. Наиболее вредные примеси – железо, медь, никель, снижающие коррозионную стойкость, а железо – и без того невысокую пластичность. Технический магний (марки Мг96 (99,96% Mg), Мг95, Мг90) имеет в деформированном и отожженном состоянии пре дел прочность 180 МПа. относительное удлинение 15-17%. Как конструкци онный материал в чистом виде не применяется.

Магниевые сплавы нашли применение в авиации в связи с их малой плотность (менее 2 г/см3) и достаточно высокой удельной прочностью. Их делят на деформируемые (МА) и литейные (МЛ). Цифры в марке - условный порядковый номер. Легирующие элементы образуют с магнием твердые рас творы ограниченной переменной концентрации и различные интерметалли ды. В сплавы невысокой и средней прочности входят Al, Zn, марганец, кото рые упрочняют раствор и делают возможной упрочняющую термообработку сплавов, а также Mn, устраняющий вредное влияние железа. Zr существенно (до 100 раз) измельчает зерно, поэтому присутствует в составе высокопроч ных и жаропрочных сплавов. РЗМ и Y повышают жаропрочность сплавов.

Могут дополнительно присутствовать Li, Cd, Ag, In,Be.

Термообработка. Магниевые сплавы подвергают гомогенизации при 400-490оС в течение 10-24 ч, причем для деформируемых сплавов ее часто совмещают с их нагревом под обработку давлением, а высокопрочные спла вы закаливают от температур горячей деформации для сохранения эффекта наклепа. Рекристаллизационный отжиг проводят при 250-350оС, для устране ния наклепа в деформированных заготовках. Выдержки при нагреве под за калку длительные (4-24 ч), охлаждение проводят на спокойном воздухе и иногда в кипящей воде. Старение применяют только искусственное (кроме сплавов с литием) продолжительностью 15-20 ч, в большинстве случаев вы деляются сразу стабильные фазы (кроме сплавов с литием и неодимом). В сплавах с Al и Zn эффект упрочнения не превышает 30%, а в сплавах с Nd и Li более существенный.

Высокопрочный деформируемый сплав МА14 подвергают искусствен ному старению при 170оС в течение 10-24 ч после охлаждения от температур горячей деформации (режим Т5). В структуре присутствуют дисперсные вы деления фазы MgZn2 на фоне - твердого раствора на основе магния. При меняют этот сплав для изготовления высоконагруженных деталей, работаю щих до 250оС.

Литейные магниевые сплавы по составам близки к деформируемым, уступая им по свойствам. Улучшение структуры и свойств достигается мо дифицированием, перегревом, повышением чистоты шихтовых материалов.

Широко применяется сплав МЛ5, в котором сочетаются высокие меха нические и технологические свойства. Для него применяют закалку на возду хе от температур гомогенизации 420оС (12 - 14 ч) и последующее старение при 175оС в течение 16 ч. Структура его состоит из твердого раствора леги рующих элементов в магнии и выделений фазы Mg4Al3. Применяют его для изготовления нагруженных деталей, работающих в том числе и в морской атмосфере (картеры, коробки передач, масляные насосы, тормозные бараба ны, кронштейны, штурвалы).

Сплав МЛ10 отличается высокими свойствами при комнатной темпе ратуре, высокой жаропрочностью и технологическими свойствами. Он может длительно работать при температурах 250-350оС, кратковременно до 400оС.

Для сплава применяют закалку на воздухе от 540оС 8-12 ч и старение при 205оС в течение 12-15 ч. В структуре сплава кроме твердого раствора на ос нове магния присутствуют дисперсные выделения упрочняющей фазы Mg9Nd. Применяют этот сплав для изготовления нагруженных деталей раз личных конструкций, двигателей, от которых требуется повышенная герме тичность и стабильность размеров при высоких температурах.

Сплавы с особыми физико-химическими и механическими свой ствами Медь и ее сплавы Медь – металл красновато-розового цвета. Температура плавления о 1083 С. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая с пе риодом 0,36153 нм. Плотность меди высокая – 8,94 г/см3. Медь характеризу ют высокие тепло- и электропроводность, она хорошо сопротивляется корро зии в обычных атмосферных условиях, в пресной и морской воде и других агрессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в сернистых газах и аммиаке, растворяется в кислотах-растворителях. Марки технической меди М00, М0, М0б, М1б, М1, М1р. М2. М2р. М3, М3р. Наиболее вредными при месями, вызывающими горячеломкость (красноломкость) меди и ее сплавов, являются свинец (допустимое содержание 0,04%) и особенно висмут (допус тимое содержание 0,001%), который вызывает также и хладноломкость. Для отожженной меди предел прочности при растяжении примерно 220 МПа, от носительное удлинение 40-50%. Применяют медь благодаря ее токо- и теп лопроводящим свойствам в электротехнике (проводники, шины, коллекто ры), как материал для теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, кри сталлизаторов, поддонов.

Медные сплавы. Различают латуни (сплавы, где основным легирую щим элементом является цинк), бронзы (сплавы с различными другими эле ментами) и медно-никелевые сплавы. Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии.

Латуни. Структура простых латуней описывается диаграммой состоя ния Cu-Zn. До 39% цинка входит в фазу - твердый раствор замещения цин ка в меди, затем появляется фаза ‘ – упорядоченный твердый раствор на ос нове электронного соединения CuZn, которая является твердой и хрупкой. В промышленном масштабе применяют только однофазные – латуни (Л96, Л80, Л70) и двухфазные ( + )-латуни (Л59), содержащие цинка не более 45%. С увеличением содержания цинка прочность латуней увеличивается, пластичность максимальна при содержании цинка 30-32% (в латунях Л68, Л70). Однофазные латуни легко деформируются как в горячем, так и в хо лодном состоянии, двухфазные латуни обычно подвергают только горячей обработке давлением.

Латуни обладают высокой жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации, однако при литье образуется концентрированная уса дочная раковина, поэтому двойные латуни не применяются для фасонного литья.

Легирующие элементы сообщают латуням более высокие свойства.

Алюминий существенно повышает прочность (ЛА 77-2), особенно в сочета нии с никелем (ЛАН 59-1-1), марганцем, железом (ЛАЖ 60-1-1), кремнием (ЛК 80-3), никель улучшает технологические свойства и коррозионную стой кость, олово тормозит коррозию в морской воде (ЛО70-1), свинец улучшает обрабатываемость резанием (ЛС 59-1), железо измельчает зерно и наряду с небольшим количеством марганца увеличивает пластичность.

Бронзы. В настоящее время применяемые в промышленности бронзы весьма многообразны.

Оловянные бронзы. Наибольшее практическое значение имеют бронзы, содержащие не более 20% олова. До 5-6% олова в сплавах существует одно фазный раствор замещения олова в меди (-фаза). При большем содержании олова в структуре появляется эвтектоид ( +Cu31Sn8), повышающий твер дость и износостойкость (Бр О10). Бронзы оловянные обладают очень малой усадкой, поэтому их применяют в качестве литейных сплавов. Однако они обладают невысокой жидкотекучестью и склонностью к дендритной ликва ции. С целью улучшения свойств, в том числе технологических, а также для уменьшения стоимости бронзы легируют цинком (для удешевления и повы шения жидкотекучести, БрОЦ 4-3), свинцом БрО5Ц5С5), фосфором (Бр О10Ф), никелем. Оловянные бронзы превосходят медь и латуни по коррози онной стойкости, особенно в морской воде.

Алюминиевые бронзы получили наибольшее распространение как бо лее дешевые заменители оловянных. Эти бронзы имеют более высокие проч ностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. Оптимальными механи ческими свойствами обладают сплавы, содержащие 5 – 10% Al. Для улучше ния свойств сплавы легируют железом, марганцем, никелем. Одни алюми ниевые бронзы применяют только как деформируемые (БрА5, БрАЖМц10-3 1,5), другие только как литейные (БрАЖН11-6-6), а некоторые используют и как деформируемые, и как литейные сплавы (БрА9Мц2Л).

Бериллиевые бронзы. Эти бронзы (БрБ2, БрБНТ1,9 и пр.) отличаются уникальным сочетанием свойств: высокими пределами упругости и прочно сти, высокой тепло- и электропроводностью, коррозионной стойкостью в со четании с повышенным сопротивлением усталости, ползучести и изнашива нию. Ценным свойством является отсутствие искры при ударе. Кроме твер дого раствора переменной концентрации в их структуре присутствует - фа за CuBe. Бронзы эффективно упрочняются термической обработкой по ре жиму закалка и старение. Основным недостатком этих бронз является их вы сокая стоимость. Из бериллиевых бронз применяют детали особо ответст венного назначения: упругие элементы точных приборов, детали, работаю щие на износ (кулачки, шестерни, червячные колеса), подшипники, рабо тающие при повышенных скоростях, давлениях и температурах, инструмент, не дающий искры.

Свинцовая бронза БрС30 является хорошим антифрикционным мате риалом, обладающим высокой теплопроводность, поскольку структура ее со стоит из основы – практически чистой меди, более твердая составляющая, и мягких включений практически чистого свинца.

Сплавы бериллия. Антифрикционные сплавы Бериллий и его сплавы являются перспективными для авиации благо даря сочетанию весьма высокого модуля упругости с низкой плотностью (1,84). Бериллий сохраняет жесткость при повышенных температурах и виб рациях. Сочетание высокой теплоемкости и теплопроводности делает берил лий незаменимым теплозащитным материалом. Недостатки бериллия – ток сичность, осложняющая условия производства и переработки, и низкая пла стичность, высокая стоимость.

Бериллий имеет две кристаллические решетки – ГПУ до 1250оС и ОЦК при 1250-1283оС. Заготовки из бериллия получают в основном методом по рошковой металлургии, деформированные полуфабрикаты получают горя чим или теплым выдавливанием, отливки применяют редко.

Высокомодульные и высокопрочные сплавы являются заэвтетическими сплавами с алюминием, содержащими 20-40% алюминия, структура которых представляет смесь фаз: твердого и прочного раствора на основе бериллия и малопрочной алюминиевой фазы, сообщающей сплавам пластичность. Маг ний, растворяющийся в алюминии, существенно улучшает свойства сплавов.

Жаропрочные сплавы 4% ВеО, получаемые методом порошковой ме таллургии, удовлетворительно работают в напряженном состоянии до 450 480оС. Для повышения коррозионной стойкости в бериллий добавляют 0,5 0,95% Са. До очень высоких температур работают бериллиды – интерметал лиды с тугоплавкими переходными металлами. Они обладают высокой твер дость, стойкостью против окисления и при 1650оС могут работать в течение 10ч.

Низкая плотность в сочетании с высоким модулем упругости, размер ная стабильность, высокая теплопроводность, совпадение коэффициента ли нейного расширения бериллия и стали делают бериллий одним из лучших материалов для гироскопов.

Антифрикционные сплавы на основе олова и свинца – баббиты - ис пользуют для изготовления подшипников скольжения. Они обладают малой твердостью (30 НВ), по строению относятся к сплавам с мягкой основой, обеспечивающей приработку к валу, и твердыми включениями. Образую щийся при работе микрорельеф удерживает смазку. Баббиты имеют невысо кую температуру плавления для удобства заливки, хорошую коррозионную стойкость в среде масел. По антифрикционным свойствам (низкое значение коэффициента трения) баббиты превосходят все остальные сплавы, но значи тельно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим их приме няют только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты Б88, Б83, их используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин), работающих при высоких скоростях и нагрузках. В сплаве Б83 10-12% сурьмы Sb, 5,5-6,5% меди, остальное олово. Структура этого сплава состоит из твердого раствора сурьмы в олове, твердых включений фа зы - Sn Sb- и Cu3Sn. Последняя образуются при кристаллизации в первую очередь и предотвращают возникновение ликвации по плотности.

Более дешевым является свинцовый баббит БС, содержащий 16-18% сурьмы, 1,0-1.5 % меди, остальное - свинец. Структура сплава состоит из эв тектики (в которую входят твердые растворы свинца и сурьмы, она является мягкой основой с недостаточной пластичностью), первичных кристаллов фазы (твердого раствора на основе сурьмы малой концентрации) и соедине ния Cu2Sb, играющих роль твердой составляющей. Этот сплав применяют для менее нагруженных подшипников.

Титан и сплавы на его основе Титан – металл серого цвета, с температурой плавления 1668оС, имеет при комнатной температуре плотность 4,5 г/см3. Известны две полиморфные (аллотропические) модификации титана: до 882,5оС существует -Ti c плот ноупакованной гексагональной решеткой, а при более высоких температурах - -Ti с объемно центрированной кубической решеткой. Технически чистый титан производят марок ВТ1-00 (сумма примесей не более 0,1%) и ВТ1- (сумма примесей не более 0,3%). Предел прочности титана ВТ1-0 составля ет 450-600 МПа, предел текучести 380-500 МПа, относительное удлинение 20-25%. Присутствие в составе титана и его сплавов примесей азота, кисло рода, углерода и особенно водорода значительно снижает пластичность (при сутствие водорода вызывает так называемую водородную хрупкость, поэто му его количество не должно превышать 0,002-0,008%), коррозионную стой кость и технологические свойства титана. Аналогичным образом, но в мень шей степени, влияют на свойства железо и кремний. Титан хладостоек, ха рактеризуется отличной коррозионной стойкостью в органических и боль шинстве минеральных кислот, простой и морской воде, хорошо деформиру ется и сваривается. При нагревании активно поглощает газы, применяется в качестве геттерного материала.

Сплавы на основе титана по сравнению с титаном обладают более высокой прочностью и жаропрочностью при достаточно хорошей пластич ности, коррозионной стойкости и невысокой плотности (не более 5,1 г/см3).

Легирующие элементы в титановых сплавах принято делить на три группы:

- стабилизаторы повышают температуру полиморфного превращения - Ti в - Ti, к ним относят алюминий;

– стабилизаторы понижают температуру полиморфного превращения. К этой группе относятся изоморфные элементы V, Mo, Ta, Nb и эвтектоидообразующие, в числе которых переходные метал лы Fe, Mn, Cr. Последние оказывают наиболее эффективное упрочняющее действие. Эвтектоидный распад вызывает резкое охрупчивание сплавов, по этому его стараются избегать. Нейтральные добавки (Sn, Zr, Hf, Th) мало влияют на температуру полиморфного превращения, они улучшают свойства сплавов при нормальных и повышенных температурах. Алюминий присутст вует во всех сплавах, поскольку он не только упрочняет -фазу и снижает плотность сплава, но и повышает термическую стабильность -фазы. По структуре в равновесном состоянии различают – сплавы;

псевдо - - спла вы;

( + ) сплавы;

– сплавы;

псевдо-–сплавы ( -фаза – твердый рас твор замещения легирующих элементов в –Ti, - фаза – твердый раствор замещения легирующих элементов в -Ti). –сплавы не нашли широкого распространения.

Титановые сплавы маркируют условным образом. В промышленности широко применяются деформируемые титановые сплавы, а также литейные и порошковые, которые в большинстве являются аналогами деформируемых сплавов по составу, Термическая обработка титановых сплавов. Рекристаллизационный отжиг для снятия наклепа проводят при 670-800оС с выдержкой от 15 мин до 3 ч. Для (+)-сплавов применяют изотермический отжиг по режиму нагрев до 800-950оС с охлаждением до 500-650оС и выдержки для стабилизации фазы. Такой отжиг обеспечивает сочетание довольно высокой прочности и жаропрочности и хорошей пластичности. Несколько большую прочность при меньшей пластичности получают при проведении комбинированного (двой ного) отжига, который отличается от предыдущего тем, что охлаждение по сле первого нагрева производится на спокойном воздухе. Однофазные сплавы не подвергаются упрочняющей термообработке. Закалку и старение применяют только к ( + ) сплавам. Чтобы избежать интенсивного роста зерна, закалку часто проводят от максимальных температур ( + ) области с охлаждением в воде. Природа полученных при закалке структур и свойства сплавов определяются химическим составом сплавов и превращениями, ко торые испытывает при охлаждении высокотемпературная –фаза. При ох лаждении при закалке сплава ниже точки Мн протекает мартенситное пре вращение и образуется мартенсит ‘ – пересыщенный твердый раствор за мещения легирующих элементов в -титане с искаженной гексагональной решеткой, при этом прочность повышается. При высокой концентрации ле гирующих -изоморфных элементов возникает мартенситная '' – фаза с ромбической решеткой, что вызывает уменьшение прочности закаленного сплава. При легировании сплава - эвтектоидообразующими элементами '' фаза не возникает. При замедленном охлаждении сплавов при закалке спла вов с определенной (близкой к критической) концентрации (или при нагреве после закалки до 300-350оС ) может появиться метастабильная -фаза, при водящая к повышении. твердости и хрупкости. Необходимо избегать ее об разования. При повышении степени легирования температура начала мартен ситного превращения Мн уменьшается, и когда она становится отрицатель ной, закалка фиксирует переохлажденную '-фазу, что не приводит к упроч нению. При последующем старении сплавов при температуре 500-600оС про исходит распад неравновесных фаз, полученных при закалке. Упрочнение при старении бывает вызвано распадом мартенситной '' и ' фаз, при рас паде мартенситной '-фазы упрочнение не наблюдается. Иногда при распаде мартенситных фаз говорят об отпуске сплавов. Как видим, термическая об работка титановых сплавов сложна. Фазы и, выделяющиеся при старе нии, сами по себе не отличаются высокой прочностью. Дисперсионное уп рочнение титановых сплавов при термообработке вызвано образованием межфазных границ, которые создают препятствия скольжению дислокаций и эффективно тормозят развитие трещин.

Для повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, усталостной прочности титановые сплавы азотируют и оксидируют.

Промышленные титановые сплавы. – сплавы (ВТ5) характеризуют ся высокими свойствами при криогенных и повышенных (до 450 оС) темпера турах, отличной свариваемостью. Недостатком их является невозможность упрочнения термической обработкой, склонность к водородной хрупкости.

Они рекомендованы для изготовления сварных деталей, работающих при температуре от -253оС до 400оС.

Псевдо –сплавы (ВТ20,АТ3,ОТ4 и др.) имеют в структуре преимуще ственно -фазу и небольшое количество (до 5%) -фазы, что повышает их технологическую пластичность по сравнению с –сплавами. Сплав ВТ поставляют в виде листов, плит, прутков, профилей, поковок, штамповок.

Широко применяется для изготовления ответственных сварных самолетных конструкций, изделий, работающих длительное время при температурах до 450 -500оС. Сплав АТ3 не содержит дефицитных легирующих элементов, обладает достаточно высоким временным сопротивлением разрыву при удовлетворительной пластичности.

Двухфазные (+)-сплавы обладают лучшим сочетанием технологиче ских и механических свойств. Чем больше в структуре сплава -фазы, тем он прочнее в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при термообра ботке. По структуре после закалки двухфазные сплавы делят на два класса – мартенситный и переходный. К сплавам мартенситного класса относят ВТ6 с алюминием и ванадием, высокопрочные ВТ14 и ВТ16, дополнительно леги рованные молибденом, жаропрочные ВТ3-1 и ВТ25, к сплавам переходного класса – ВТ22.


Сплав ВТ14 подвергают закалке от 850-880оС в воде и последующему старению при 480-500оС в течение 12-16 ч. Применяют его для нагруженных сварных конструкций, изготовленных из листового материала, в отожженном и термоупрочненном состоянии, работающих до 400оС.

Сплав ВТ3-1 закаливают от 920оС и старят при520оС 10 ч, а также под вергают изотермическому, простому или двойному отжигу. Сплав длительно работает при температуре 400оС и кратковременно при 500оС. Его применя ют для изготовления прутков, профилей, плит, поковок, штамповок. Это жа ропрочный сплав с довольно высокой длительной прочностью.

Сплав ВТ22 относят к сильнолегированным высокопрочным сплавам.

Его применяют в отожженном состоянии или закаливают от температуры 750оС и проводят старение при 500оС в течение16 ч. Сплав обладает хорошей технологической пластичностью при горячей обработке давлением, удовле творительно сваривается. Привлекателен для изготовления крупногабарит ных поковок и штамповок, когда упрочняющая термообработка затруднена.

Температура длительной эксплуатации 400оС, кратковременной – до 800оС.

Наибольшей удельной прочностью обладают псевдо- сплавы (ВТ15), имеющие в составе более 20% -стабилизаторов.

Производство изделий из литейных титановых сплавов (ВТ5Л, ВТ3-1Л и пр.) связано с определенными трудностями, т.к. расплав активно взаимо действует не только с атмосферой, но и с материалом литейной формы.

Материалы для остекления Стекло неорганическое - аморфное вещество, образующееся при сплавлении кислотных и основных оксидов, из которых хотя бы один стек лообразующий (SiO2, B2O3, P2O5, GeO2), а также некоторых бескислородных соединений. Строение стекла представляет собой объемную сетку, образо ванную однородными структурными элементами – кремнийкислородными тетраэдрами SiO4 (в сложных по составу стеклах кремний может замещаться другими элементами), в промежутках которой могут размещаться ионы ще лочных и щелочноземельных металлов. Кроме стеклообразующих оксидов, в состав стекла входят модификаторы, изменяющие физико-химические свой ства стекломассы (оксиды щелочных и щелочноземельных металлов), а так же некоторые другие оксиды (свинца, титана, бериллия и пр.), которые могут сообщать стеклу нужные технические характеристики.

Стекла класссифицируют по химической природе – силикатные, алюмосиликатные, боросиликат ные и пр.;

по содержанию модификатора – щелочные, содержащие до 15% Na2O, K2O, бесщелочные, содержащие до 5% Na2O, K2O, и кварцевые;

по назначению – бытовые, строительные, технические, Технические стекла в большинстве относятся к алюмоборосиликатной группе и отличаются разнообразием входящих оксидов. Различают оптиче ские, светотехнические, электротехнические, приборные, трубные, химико лабораторные, защитные, теплозвукоизоляционные и пр. стекла.

Общие свойства стекла. Температура стеклования силикатных стекол 425-600оС, температура размягчения 600-800оС, переработка стекла ведется при температуре выше 1000-1100оС. Плотность стекла меняется в широком интервале – от 2200 до 6500 кг/м3 (до 8000 для стекол с оксидами свинца и бария). Свойства стекла изотропны. Механические свойства характеризуются высоким сопротивлением сжатию 500-2000 МПа, низким пределом прочно сти пр растяжении 30-9- МПа и изгибе 50-150 МПа. Твердость стекла по ми нералогической шкале Мооса составляет 5-7. Стекла хрупкие, с низкой удар ной вязкостью 1,5-2,5 кДж/м2. Более высокие характеристики у бесщелочных и кварцевых стекол. Термостойкость стекла различна, обычно рабочая тем пература не превышают 400-500оС, наиболее высокая у кварцевых стекол – до 1100-1200оС (при кратковременной эксплуатации до1400-1500оС);

леги рованное кварцевое стекло можно кратковременно эксплуатировать в вакуу ме при 1800-200оС, Повышают свойства стекла закалкой и термохимическим упрочнением.

Важнейшими специфическими свойствами стекол являются их оптиче ские характеристики: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение, преломление света. Легированные железом и фосфатами стекла задерживают тепловое излучение, легированные редкоземельными элементами - ультра фиолетовое излучение. Легированное легкими элементами (бором, берилли ем, литием) стекло пропускает рентгеновские лучи, а тяжелыми (свинцом) поглощает.

Для остекления ЛА используются преимущественно триплексы (два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной эластичной полимерной пленкой) и закаленные стекла. В качестве альтернативы неорганическому стеклу применяют органическое стекло – полимеры на основе полиметилме такрилата и др. акриловых полимеров. Они обладают меньшей плотностью и хрупкостью;

к их недостаткам можно отнести низкие рабочие температуры, не превышающие 100оС, невысокую поверхностную твердость, потерю про зрачности при резких перепадах температур за счет возникновения трещин.

Ситаллы или стеклокристаллические материалы получают из стекол специального состава при помощи контролируемой кристаллизации. Их структура представляет смесь очень мелких кристаллов (60-95%) и остаточ ного стекла (40-5%).По способу получения ситаллы разделяют на два класса:

Фотоситаллы содержат в качестве катализаторов соединения меди, золота, серебра, платины, а также щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 0,001-0,3%.После облучения ультрафиолетовыми или рентгенов скими лучами при последующем отжиге вокруг центров происходит образо вание поликристаллической структуры ситалла.

В термоситаллах для образования центров кристаллизации использу ют оксиды титана, фосфора, ванадия, хрома, фториды и сульфоселениды;

при отжиге получают высокая и однородная плотность кристаллов.

Благодаря высокой огнеупорности, хорошей прочности, термостойко сти (до температуры 700-800оС и даже 1100оС), износостойкости, сцепляемо сти с металлами ситаллы применяют в качестве обтекателей антенн, из них изготавливают сопла реактивных двигателей.

Пластмассы Пластмассы – материалы, получаемые на основе природных или син тетических полимеров (смол). Полимеры - химические соединения с высо кой молекулярной массой, макромолекулы которых состоят из множества повторяющихся групп. Различают полимеры с линейными макромолекулами, с разветвленными макромолекулами, а также сетчатые, или пространствен ные. Полимеры могут находиться в аморфном состоянии – с неупорядочен ным расположением макромолекул - и в кристаллическом состоянии – с упо рядоченным расположением макромолекул. Полимеры подразделяются на природные и синтетические.

Термопластичные полимеры затвердевают обратимо. Пластмассы, в которых связующее вещество - термопластический полимер, называются термопластами Термореактивные полимер при нагревании вначале размягчаются, по том при определенной температуре переходят в твердое, неплавкое и нерас творимое состояние в связи с образованием сетчатой структуры, процесс не обратим. Пластмассы на их основе называются реактопластами.

В состав пластмасс, кроме основы – смолы – входят:

наполнители – вещества как органического, так и неорганического происхождения, которые повышают механическую прочность, износостой кость, снижают усадку:

порошкообразные – в так называемых пресспорошках;

волокнистые – в так называемых волокнитах;

в виде листов - хлопчатобумажные и стеклоткани в текстолитах, бумага в гетинаксе, древесный шпон, слюда и пр., а также пластификаторы, стабилизаторы, красители специальные добавки (смазочные материалы, антистатики, фунгициды, для придания осо бых свойств), отвердители – в составе реактопластов, для формирования по перечных «мостиков» между цепями макромолекул.

Газонаполненные пластмассы – поропласты и пенопласты – получают, используя газообразователи – вещества, которые при нагреве разлагаются и вспенивают смолу.

Широкое применение пластмасс стало возможным благодаря их спе цифическим свойствам. К преимуществам пластмасс относятся малая плот ность, высокая коррозионная стойкость, высокие электроизоляционные ха рактеристики, незначительная теплопроводность, хорошие антифрикционные свойства, возможность переработки в изделия самыми производительными способами, высокая прозрачность и другие оптические свойства ряда пласт масс, высокие декоративные свойства, отсутствие необходимости в отделоч ных операциях.

К недостаткам пластмасс следует отнести малую прочность, жест кость и особенно вязкость (по сравнению с металлами);

склонность к ползу чести, особенно у термопластов;

низкую теплостойкость;

низкую теплопро водность;

зависимость свойств от условий нагружения (для термопластов);

склонность к старению.

Старение – процесс изменения исходной структуры макромолекул под влиянием факторов окружающей среды – тепла, ультрафиолета и пр. При этом необратимо меняются свойства пластмасс, снижается прочность и дол говечность.

Различают пластмассы:

1) для работы при действии кратковременной или длительной механи ческой нагрузки: стеклонаполненные композиции полипропилена, этролы, пентапласт, полисульфон, полиимид, материалы на основе кремнийорганиче ских соединений и др.;

2) для работы при низких температурах ( до -60 С): полиэтилены, со полимеры этилена, полипропилен морозостойкий, фторопласт, полисульфон, полиимиды и др.;

3) антифрикционного назначения: фторопласты, полиимиды, тексто литы, полиамиды, фенопласты, полиформальдегид и др.;

4) электро- и радиотехнического назначения: полиэтилены, полисти ролы, фторопласты, полисульфон, полиимиды, отдельные марки эпоксидных и кремнийорганических материалов и др.;

5) для получения прозрачных изделий: полистирол, прозрачные марки фторпласта, полиамидов, полисульфон, эпоксидные смолы и др.;

6) Пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонапол ненные материалы на основе полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида, полиуретана полиимида, фенопласта, аминопласта и др.;

7) Пластмассы для работы в агрессивных средах: полиэтилены, фторо пласты полипропилен, поливинилхлорид, полиимиды, полусольфон и др.


Резины Резина – материал, обладающий ценными специфическими свойствами – высокой эластичностью и упругостью, способностью к большим деформа циям - до 1000%, малой водо- и газопроницаемостью, стойкостью к действию активных химических веществ и рядом других. Благодаря этому из нее изго тавливают разнообразные изделия – шины, шланги, напорные рукава, при водные ремни и ленты транспортеров, уплотнители, амортизаторы и пр.

Исходным сырьем для получения резины являются каучуки - полимеры с линейными или слабо разветвленными макромолекулами зигзагообразной формы:

натуральный - получают из сока растений-каучуконосов, таких как гевея, коксагыз, тау-сагыз;

синтетические, получаемые из разнообразных органических соеди нений.

Из синтетических каучуков наиболее распространены бутадиеновый (СКБ), бутадиенстирольный (СКС), изопреновый (СКИ), полихлоропрено вый, бутадиен-нитрильный каучук (СКН) и др.

Предел прочности при растяжении у натурального каучука – 1-1, МПа.

Резиной называют продукты химической переработки каучуков. Она имеет редкосетчатое строение. Кроме каучука, в состав резин входят различ ные ингредиенты:

участвующие в образовании пространственно-сетчатой структуры сера, селен, перекиси;

ускорители вулканизации – оксиды, магния, свинца, полисульфиды и пр.;

наполнители – вещества, уменьшающие расход каучука и сооб щающие резине необходимые физико-механические свойства. Активные (сажа, кремнекислота, оксид цинка) повышают прочность, твердость, сопро тивление истиранию. Неактивные – мел, тальк, барит – снижают стоимость;

пластификаторы (мягчители) – повышающие эластичность и моро зостойкость, облегчающие переработку резины (стеариновая и олеиновая ки слота, вазелин, парафин и т.д.);

противостарители (антиоксиданты) – замедляющие процесс старе ния, который ведет к ухудшению эксплуатационных свойств резины;

красители.

Вулканизация – процесс химического взаимодействия каучука с вулка низатором (например, серой в количестве 1-5%), который образует попереч ные «мостики» между макромолекулами, в результате чего резко возрастает прочность при растяжении и эластичность.

Для снижения температуры вулканизации и удешевление резины вво дят так называемый регенерат - продукт специальной обработки бывшей в употреблении резины. Изделия из резины для повышения прочности арми руют кордом, хлопчатобумажными тканями, металлической проволокой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью и т.д.

По назначению различают резины общего назначения и специальные.

К резинам общего назначения (-50+1500С) относят натуральный каучук (НК), СКБ, СКС, СКИ. Плотность резин общего назначения равна 910-920 кг/м3, прочность не велика и находится в пределах 15-34 МПа, относительное уд линение до 800%. Эти резины отличаются высокой эластичностью, прочно стью, водо- и газонепроницаемостью. Из резины общего назначение изго тавливают ремни, рукава, транспортёрные ленты, изоляцию кабелей.

К резинам специального назначения относятся маслобензостойкие - хлоропреновый каучук - наирит, СКН, тиокол;

теплостойкие – СКТ на основе кремнийорганических соединений (силоксановые каучуки) с рабочими температурами до 250 - 300оС;

морозостойкие - работают до -50оС (НК, СКС, СКН), до -60оС – СКД (дивинильный), до -75оС – СКТ;

светоозоностойкие – фторосодержащие СКФ, этилен-пропиленовые СКЭП и др.;

износостойкие – на основе полиуретановых каучуков СКУ;

а также ряд других. Как правило, их плотность выше, чем резин общего назначения – до 2000 кг/м3, относительное удлинение несколько ниже.

Техническая керамика В горячем тракте двигателя и элементах конструкции ЛА, подвергаю щихся высокотемпературному нагреву, используют керамику. Оксидную ке рамику высшей огнеупорности получают спеканием тонкодисперсных по рошков чистых высокотемпературных оксидов алюминия, циркония, берил лия, магния, кальция, тория, урана и церия.

Поликристаллическая керамика почти не содержит стекловидной и га зовой фазы, что обеспечивает ей высокие теплопроводность и огнеупорность, термическую и химическую стойкость, жесткость и устойчивость к ползуче сти.

Температура плавления оксидной керамики очень высока – 2000 о 3300 С, температуры рабочие составляют (0,8-0,9)tпл. Оксидная керамика хо рошо работает на сжатие и изгиб, механические свойства снижаются при по вышении пористости изделий и окружающей температуры.

Наибольшей термостойкостью обладают оксиды алюминия и бериллия.

Спеченный глинозем (оксид алюминия) применяется для изготовления обте кателей радиолокационных антенн, а корундовые покрытии используются для защиты от окисления металлических летательных аппаратов и двигате лей. Прозрачные керамические материалы на основе оксида магния приме няют для изготовления окон вертолетов диаметром до 300мм.

Бескислородная керамика отличается высшей огнеупорностью, твер достью и износостойкостью. Изготавливают ее спеканием порошков карби дов, боридов, нитридов, силицидов, сульфидов. Наиболее полное использо вание ценных свойств этих материалов возможно в нейтральной, восстанови тельной среде или в вакууме, т.к. сопротивление окислению у них недоста точно. Они меньше разупрочняются при высоких температурах.

Карбид кремния – карборунд – применяют в качестве защитного по крытия на графите, для вкладышей сопел пороховых и некоторых жидкост но-реактивных двигателей.

Карбид титана также применяется для изготовления жаропрочных ма териалов реактивной техники.

Бориды обладают более высокой твердостью, температурой плавления, термостойкостью и более высокой температурой начала окисления по срав нению с карбидами и нитридами. Низкая летучесть боридов позволяет ис пользоватьих в восстановительной среде при температурах более 5500оС. Из диборида циркония, легированного дисилицидом молибдена изготавливают передние кромки ЛА и сопел двигателей. Отличная стойкость к тепловому удару этой керамики объясняется ее низким тепловым расширением.

Нитрид бора применяют в слойчатых вставках сопел двигателей. Из BN изготовлены обтекатели антенн и электронного оборудования ЛА. Нит рид кремния легированный 5-10% оксида иттрия, применяют в горячем тракте газотурбинного двигателя, что позволяет повышать температуру газов на входе в турбину до 1370оС против 1050-1100оС при использовании нике левых сплавов.

Новый эффективный материал сиалон, полученный на основе корунда и нитрида кремния, планируется для использования в качестве материала для цилиндров ДВС, газотурбинных лопаток и др. теплонапряженных деталей.

Дисилицид молибдена применяют в качестве защитных покрытий на тугоплавких металлах до 1700оС, в спеченном виде его применяют для со пловых вкладышей двигателей.

Дисульфид молибдена применяется в составе сухой смазки.

Углеграфитовые материалы используют в деталях, подвергающихся действию высоких температур, таких как ведущие кромки и системы тепло изоляции ЛА, детали сопел реактивных двигателей – вкладыши критических сечений сопловых блоков и покрытия камер сгорания, газовые рули. В каче стве нагревостойких теплоизоляционных материалов используют графито вые ленты и графитовые ткани.

Природный графит не применяется, Искусственные углеграфитовые мате риалы подразделяются на:

технический графит, который получаю из нефтяного и пекового кокса, сажи и других твердых углесодержащих материалов;

пиролитический графит, который получают осаждением из газовой фазы на подложку продуктов термического разложения (пиролиза) углеводородных газов;

стеклоуглерод – продукт термической обработки целлюлозы и син тетических смол.

К основным достоинствам материалов этой группы относятся невысо кая плотность (200-2230 кг/м3), жаропрочность, возрастание прочности при нагревании, антифрикционные свойства, высокий коэффициент чер ноты, легкость механической обработки, способность к замедлению ней тронов. К недостатка графита относят слабое сопротивление окислению, которое начинается на воздухе при 400-500оС;

для защиты от окисления применяют покрытия их силицидов кремния, циркония, ниобия.

Композиционные материалы Композиционный материал (композит, КМ) — искусственно создан ный сплошной материал регулярной структуры, состоящий из двух или более компонентов (составляющих), сильно различающихся по свойствам, с четко выраженной границей раздела между ними.

Матрица – составная часть КМ, обеспечивающая его монолитность и совместную работу элементов наполнителя.

Наполнители, армирующие вещества – составная часть КМ, разнооб разные по природе и по геометрической форме, распределенные в матрице. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (проч ность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совмест ную работу армирующих элементов и защиту их от механических поврежде ний и агрессивной химической среды.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильно го выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первона чальных характеристик.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образует ся комплекс свойств композиции, отражающий не только исходные характе ристики его компонентов, но и свойства, которыми изолированные компо ненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирую щими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость ма териала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повыше нию характеристик вязкости разрушения.

Главное особенность КМ в том, что зачастую материал как таковой и конструкция из него создается одновременно.

КМ по удельной прочности и жесткости, прочности при высокой тем пературе, сопротивлению усталостному разрушению значительно превосхо дят все известные конструкционные сплавы. Уровень заданного комплекса свойств проектируется заранее, при этом КМ придают по возможности фор му максимально приближенную к форме готовой детали и даже отдельных узлов конструкции.

Композиционные материалы делят на группы по ряду признаков.

По материалу матрицы:

Композиционные материалы с металлической матрицей. Композици онные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материа лы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая мат рица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Ком позиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое при менение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, угле родные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее рас пространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная.

Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органиче ские, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитри дов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

По форме наполнителя:

Дисперсно-упрочненные КМ (с нуль-мерным наполнителем). Нуль мерные наполнители имеют в трех измерениях очень малые размеры одного порядка представляют собой частицы..

Наполнителями служат дисперсные частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов (Al2O3, SiO2, BN, SiC). Эти КМ получают порошковой технологией, или вводят наполнители непосредственно в жидкий металл.

САП и САС – материалы из спеченной алюминиевой пудры. Они обла дают высокой прочностью, жаростойкостью, термической стабильностью свойств. САП состоит алюминия и его оксида. С увеличением содержания Al2O3 повышаются прочностные свойства, но уменьшается пластичность.

Оксидная фаза мелкодисперсна, между частицами малое расстояние. САП хорошо деформируются в горячем состоянии, хуже в холодном, легко обра батываются резаньем, удовлетворительно свариваются. Применение: лопат ки компрессоров, лопасти вентиляторов и турбин в химической и нефтяной промышленности, конденсаторы, обмотки трансформаторов.

Композиционные материалы на основе никеля имеют матрицу – никель или его сплавы с хромом. Упрочнителями являются оксиды тория, гафния.

Эти КМ обладают высокой жаростойкостью.

Находят применение и КМ упрочненные Al4C3, к перспективным от носятся КМ на основе бериллия и магния, но они не нашли широкого приме нения из-за низкой коррозионной стойкости.

Волокнистые КМ (с одномерными наполнителями).Одномерные на полнители имеют малые размеры в двух направлениях и значительно пре восходящий их размер в третьем измерении (волокна).

В волокнистых КМ упрочнителями служат волокна или нитевидные кристаллы чистых элементов и тугоплавких соединений (B, С, Al2O3, SiO2), а также проволока из металлов и сплавов (высокопрочная сталь, Mo, W,Be).

Слоистые КМ (с двумерным наполнителем).

У двумерных наполнителей два размера соизмеримы с размером КМ и значительно превосходят третий (пластины, ткань).

В слоистых материалах нити, ленты, пропитанные связующим, укла дываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слои соби раются в пластины. Эти КМ анизотропны. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов.

По схеме армирования:

Одноосное армирование. Для однослойного (линейного) армирования используют нуль-мерные и одномерные наполнители. Нуль-мерные распо лагаются так, что расстояние между ними по одной оси значительно меньше, чем по двум другим. Содержание наполнителя составляет 1-5%. Одномерные наполнители располагаются параллельно один другому.

Двухосное армирование. В этом случае используют нуль-мерные, од номерные и двухмерные наполнители. Нуль-мерные и одномерные наполни тели располагаются в параллельных плоскостях, при этом расстояние между ними в пределах плоскости значительно меньше, чем между плоскостями.

Содержание наполнителя составляет 15-16%. Одномерные наполнители на ходятся в параллельных плоскостях. В пределах каждой плоскости они рас положены параллельно, а по отношению к другим плоскостям – под разными углами. Двумерные наполнители параллельны один другому.

Трехосное армирование. В данном случае нет преимущественного на правления в распределении наполнителя. Для армирования используют нуль мерные и одномерные наполнители. Расстояния между нуль-мерными на полнителями одного порядка. Содержание наполнителя может превышать 15-16%. Одномерные наполнители располагаются в трех и более пересекаю щихся плоскостях.

Композиционные материалы, содержащие два и более различных на полнителя, называются полиармированными. Композиционные материалы, состоящие из трех и более компонентов, называются гибридными Области применения композиционных материалов не ограничены.

Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток ком прессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конст рукций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, пане лей и в других областях народного хозяйства. Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты исполь зуют в судо- и автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты);

из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный ин вентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для из готовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической про мышленности, в рентгеновском оборудовании и другом. Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой ап паратуры. Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космиче ской технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.). Органоволокниты при меняют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электро радиопромышленности, авиационной технике, автостроении;

из них изготов ляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и т.д.

6.3. Краткое описание лабораторных работ 6.3.1.Перечень рекомендуемых лабораторных работ 1. Макроскопический анализ металлов и сплавов 2. Диаграмма состояния «Железо - углерод»

3. Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей 4. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов 5. Термическая обработка сталей (закалка) 6.Термическая обработка сталей (отпуск) 7. Неравновесные структуры, полученные в стали при термической об работке 8. Изучение микроструктуры и свойств легированных сталей 9. Жаропрочные стали и сплавы 10. Изучение микроструктуры и свойств алюминиевых деформируе мых сплавов 11. Изучение микроструктуры и свойств алюминиевых литейных спла вов 12. Термическая обработка дуралюмина 13. Изучение микроструктуры и свойств медных сплавов 14. Изучение микроструктуры и свойств магниевых сплавов.

15. Изучение микроструктуры и свойств титановых сплавов.

16. Определение вида пластмассы.

6.3.2. Методические указания по выполнению лабораторных работ Лабораторная работа №1 Макроскопический анализ металлов и спла вов Цель работы: освоение методики проведения макроструктурного ана лиза, получение практических навыков приготовления макрошлифа, изуче ние строения изломов, выявление макродефектов, причин разрушения ме таллов.

Задание: Изучить теоретический материал. Изучить коллекцию образ цов изломов и макрошлифов, приготовить макрошлиф сварного соединения, проанализировать его макроструктуру, составить отчет.

Требование к отчетным материалам: отчет должен включать краткие сведения из теории: виды макроанализа, задачи, решаемые с его помощью, виды и характеристики изломов, описание стадий приготовления макро шлифа, схему усталостного излома;

схему макрошлифа сварного соединения с выделением характерных зон.

Последовательность выполнения работы: определить образцы с вязким, хрупким, усталостным изломом, выявить отличия этих изломов. Установить причины разрушения металлов. Определить особенности строения металла с использование готовых шлифов, оценить условия формирования сплавов.

Изучить методику приготовления макрошлифа.

Приготовить макрошлиф сварного соединения. Провести анализ при готовленного макрошлифа, выявить характерные зоны: основного металла, сплавления, термического влияния, металл шва. Составить отчет.

Оборудование, материалы. Коллекция макрошлифов и изломов, образ цы сварных соединений для приготовления макрошлифов, травители для приготовления макрошлифов, шкурки шлифовальные разной зернистости, спирт, фильтровальная бумага.

Лабораторная работа №2 Диаграмма состояния «железо - углерод»

Цель работы: ознакомиться с диаграммой состояния, фазами и струк турными составляющими, основными фазовыми и структурными превраще ниями, протекающими в железоуглеродистых сплавах.

Задание: Вычертить диаграмму состояния «железо - углерод», указать фазовые и структурные составляющие во всех областях диаграммы, описать изотермические превращения, дать общую характеристику фаз и структур ных составляющих;

привести классификацию сплавов по структуре в соот ветствии с диаграммой;

составить отчет.

Требование к отчету: выполнить отчет, согласно заданию.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.