Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 60
Текст из файла (страница 60)
В этом случае фазы эвтектнки кристаллизуются перпендикулярно к поверхности раздела и следуют за ней по мере перемещении фронта кристаллизации, образуя ориентированные волокнистые нли пластинчатые кристаллы. Структура ЭКМ, создаваемая естественным путем, а не в результате искусственного введения армирующей фазы в матрицу, обладает высокой прочностью, термической стабильностью до температур, близких к температуре плавления эвтектики, н лишена многих недостатков, связанных с химической совместимостью между матрнцей и упрочняющей фазой искусственных композиционных материалов. Изделия из ЭКМ полу- чают за одну операцию, исключая трудоемкие процессы изготовления армнрующнх волокон, введение и ориентацию нх в матрице.
К недостаткам ЭКМ можно отнести повышенные требования к чистоте исходных материалов, зависимость свойств от скорости процесса направленной кристаллизации и ограниченную возможносп изменения объемного содержания армирующей фазы, которое определяется в основном диаграммой состояния системы. Выбор ЭКМ заключается в подборе матричной основы, которая удовлетворяет мданной плотности, температуре эксплуатации, коррозионной стойкости и другим свойствам эвтектики, обесцечиввющей необходимую прочность.
Эвтектическне компознцивнные маТабл~ща5,107. Мехяимчеекиеевяйетвя терналы иа оеиеве алюминии. ЭКМ на ЭКМ ия ееиеве алюминия [141 основе алюминия получают в основном методом направленной кристаллизации (методом Бриджмена). Прочность ЭКМ зависит от скорости кристаллизации м„р (табл. 5,107) н ориентации армирующей фазы по отношению к направлению приложения нагрузки. Влияние угла ориентации волокнистой фазы на механические свойства ЭКМ А1-А1зМ характеризуют следующие данные 1151: 0 25 45 90 335 1ОО 75 40 о„МПв 2,3 16,5 48 14 После закалки, 338 0 ЗО 45 75 90 145 140 330 230 195 0,4 1,5 Ог 015 Образец не разрушался. Таким образом наиболыпая прочность и минимальное удлинение наблюдаются при растяжении образцов ЭКМ А! — А!зИ1 вдоль волокон (9 = 0 ), а минимальная прочность и максимальное удлинение — под углом 45 . В ЭКМ А1-СиА1з с пластинчатой формой армнрующей фазы СцА1, максимальный прогиб~"„р при ориентации пластинок под углом 30-45 .
Сушественным недостатком пластинчатой эвтектики А1-СиА1з является большая хрупкость при испытаниях на ударную вязкость. При повышенных температурах ЭКМ на основе алюминия достаточно хорошо сохраняют прочность на разрыв; при этом, начиная с 227 С, у ЭКМ А1 — СцА!з многократно возрастает относительное удлинение.
Механические свойства ЭКМ А1-А!зИ! (числитель) и А1-СиА1з (знаменатель) прн повышенных температурах приведены ниже 1151: 20 100 200 300 400 500 2П 2Ж Ж 3.'В ' Ий Л 270 27О 22О !20 7О ЗО а„мПв 23 1 6,% 0,7 3-6 6-8 50 110 185 Кроме того, ЭКМ А1 — А!зИ! н А1 — СиА!з обладают высокой стабильносп ю структуры нри повышенных температурах. Волокна А!зИ! не укорачиваются и не подвергаются сфероидизации при нагреве до 611 С. ЭКМ на основе алюминия обрабатываются холодной пластической деформацией и хорошо свариваютсл методом диффузионной сварки, Их применяют как в качестве конструкционного материала, так и для изготовления высокопрочных электрических проводов и контактов выключателей, благодаря низкому электросопротнвленню (близкому к электросопротнвленню алюминия).
Эвтектичеекие композиционные материалы на основе никеля и кобальта Никелевые и кобальтовые ЭКМ получают методом направленной кристаллизации илн методом зонной плавки, Они являются жаропрочными материалами, В зависимости от поведения при растяжении их делят на две группы: хрупкие и пластичные. Хрупкими, например, являются никелевые пластинчатые ЭКМ с количеством упрочннтеля более 33 — 35 44 (об.). К пластичным относятся волокнистые ЭКМ с содержанием упрочннтеля 3-15 % (об.). Это, например, сплавы никеля и кобальта, упрочненные монокарбидамн тантала, ниобия, гафния. 339 Угол ориентации пласгннчатой фазы также влияет на прочность при изгибе ЭКМ А1 — С А1з ~151: Физика-механические свойства никелевых и кобальтовых ЭКМ представлены в табл.
5.108 1401. Тайища 5.!ОВ. Свойства никелевых и кобальтовых ЭКМ з т, тlи г, С а„МПа % 9!$ 745 718 1250 9,0 12,4 29,$ 1 1 8,8 $,0 9,5 8,2 830 8,8 %-Сг 11 ХЬС 30 (Сг» 1 ~~)7СЗ 1320 1305 200-290 685-960 2 — 11 8,$ %-Со-Сг-А! 1650 -9ТаС 1280 242 0,8 %з А! 2,0 1 1230 930 10,8 8,!8 6,4 138 182 1 120 1240 21 ! 2,3 Х' Х'зА! %зХЬ %зТа 1270 1360 1140 ) 060 500-585 Со 35 СоА! 23 СоВе - 50 СозХЬ 35 Созта 1400 172 ! 120 ! 235 1276 750 1480 1360 23 СотУФь 16Т1С !5 НгС 20 ЧС 12 ХЬС 16 ТаС ! 365 1402 ! 030 1035 8,8 9,1 222 11,8 Со-Сг 12 ХЬС -9тас 30 (Сг, Со)7Сз 40 (Сг, Со)ззС~ 1340 1360 1304 1340 1280 1035-! 160 1280-1380 1200 16-20 1,5 0,96 9,0 8,0 7,91 210 296 276 Со-Сг-А1 283 1730-2011 2,5-1,0 28 (Сг, Со)ТСз 1295 7,8 Высокие механические свойства волокнистых ЭКМ на основе никеля и кобальта, упрочненных карбидами, объясняются композиционной структурой, при которой пластичная матрица армирована высокопрочными ориентированными кристаллами.
Допол- 340 38-40%Ве 26% ХЪ 23 Сг 50%Мо 29%зТ1 6% 5,5 т!С 15-28 Н(С 11 ХЬС - !ОтаС 32 Х'зХЬ 65 Х!зТа 42%7Ег 26 Мо 34 Сг 1157 1270 1345 13!5 1300 1500 1307 1260 ! 328 ! 2$0 1360 1 192 1306 ! 450-1455 нительное увеличение прочности этих ЭКМ достигается легированием твердого раствора матрицы нли ее дисперсным уирочнением. Пластинчатые ЭКМ, по сравнению с волокнистыми, более чувствительны к скорости кристаллизации, влияющей на расстояние между пластинами.
Быстрая кристаллизация, приводящая к уменьшению расстояния между пластинами, способствует значительному упрочнению ЭКМ. По сравнению с жаропрочными сплавами с интерметаллндным упрочнением ЭКМ при высоких температурах разупрочняются менее интенсивно (табл. 5. 109, 5.110) !40!. Таблица 5. 109. Времеппее еепретивление велекниетых никелевых н кебвльтевых ЗКМ в зависимости ет температуры [40! с,'С о„МПа с, С сс„МПа а„МПа а„МПа % — Ибс (Ис'-Со-Сг-А1)-Тас (с -с 20 200 г)-Тас ! 160 1070 (СО-Сс)- 20 200 (Сг, Со)ссс 1380 1370 890 780 630 590 490 420 320 200 940 1350 830 680 1240 920 690 560 120 1200 410 4!О И!сА 1-ИссТа (Со-Сг-%)-ТаС (Со-Сг-А1)-(Сг, Со)сСс -Сг 1240 1 130 980 650 400 330 280 210 70 ! 060 !020 Табссссца 5.110.
Времеииее еепретнвленне плветиичвтых никелевых ЭКМ в завнеимжти ет температуры !40! с,'С а„МПа с, С с, С с,'С а„МПа о„МПа о„МПа %-И1Мо Ис-И1,тс 20 800 900 1000 940 540 320 130 1030 1000 950 900 (И(сА1-И1,Т) -И(,ТИ1, 1100 ~ 270 ИссА1-ИсгЪ ~ ! 100 430 810 650 1000 1100 %зА1 — Ис'сИЬ 20 1130 140 1200 300 34! 20 200 400 600 800 900 ! ООО ! 100 1200 И1А! 20 200 400 600 800 900 ! 000 ! 1ОО ! 200 20 200 400 600 800 900 1000 1!00 1250 1190 1140 1090 1000 800 550 320 20 200 400 600 800 900 1000 1! 00 20 200 400 600 300 900 1000 1100 20 200 400 600 800 900 1000 340 780 700 630 470 350 250 1650 1545 1400 1205 910 690 500 330 930 895 820 780 700 630 580 390 260 20 200 400 600 800 900 1000 920 850 690 580 440 20 200 400 600 800 900 1000 1100 1200 1730 1615 1500 1310 940 700 520 350 240 Пределы длительной прочности рада ЭКМ на основе никела и кобальта превышают пределы длительной прочности современных жаропрочных сплавов, особенно при температурах выше 900 С (табл.
5.111) 114!. Табаева 5,111, Жареиречиееть ЭКМ иа ееиеве никеля и кебальта 1141 ь'с о„МПа о„МПа М~А1-И~МЬ 520 300 140-150 (Со-Сг — Фю)-ТаС 300 120 100 900 1000 ! 100 100 100 100 800 1070 1100 4000 1300 1200 РН-%~А1)-%~ХЬ 670 450 200 135 1! 50 800 900 1000 ! 100 100 100 100 100 (Со-Сг)-(Сг, Со) 7С~ 150-160 70-80 100 100 (%-Со-Сг-А1-Р-Ие-У)-ТаС 871 871 982 982 1093 520 550 310 275 140 !56 154 125 300 171 (Со-Сг)-Тас 375 350 120 (Со-Сг) — ТаС 300 120 105 1093 300 1000 1000 403 1000 100 800 1 072 1 100 710 170 618 ! 050 1 093 1250 160 140 55 ЭКМ на основе никели н кобальта используют в основном длв изготовление липах рабочих н сопловых лопаток, а также крепежных деталей камер сгорание газотурбинных двигателей.
Эвтекгичеекие композиционные материалы иа основе тантала и ииебии. На основе тантала и ниобнл ЭКМ получают методом направленной кристаллизации. Если армирующал фаза в ЭКМ Та-ТазС кристаллизуетсв в форме пластин, то временное сопротивление составллет 560 МПа при относительном удлинении 2 %. При кристаллизации армнрующей фазы в форме стержней временное сопротивление этого ЭКМ достигает 1050 МПа при относительном удлинении 1,5 % (табл. 5.112) 115!.
Та6~па1а 5.112. Временное ееиретиелеиие ЭКМ Та-ТарС и ХЬ-!ЧЬ~С в зявиеимеети ет температуры 115! 342 Временное сопротивление ЭКМ ХЬ вЂ” М~С при комнатной температуре в 5 раз выше, чем у ниобия, и благодаря термической стабильности сохраняется высоким прн повышении температуры. ЭКМ на основе тантала и ниобия используют для изготовления деталей самолетов и ракет, работающих прн повышенных температурах (лопатки двигателей, защитные кромки). 5.5.4. Волокиистые композициоииые материалы с металлической матрицей КМ с металлической матрнцей имеют высокие значения прочностных характе- ристик, модулей упругости, ударной вязкости; эти материалы сохраняют стабильность своих характеристик в более широких температурных интервалах, чем полимерные КМ; они обладают также высокими тепло- и электропроводиостью; им свойственна высокая технологичность.
Прочность и жесткость металлических КМ определяется главным образом свойствами наполнителей, а также их видом (волокна илн пластины; непрерывные нлн дискретные), объемным содержанием и ориентацией в матрице. Роль матрицы в КМ заключается в придании ему необходимой формы и создании монолитного материала. Металлическая матрица обычно перераспределяет напряжения, возникающие между наполнителями, поглощает энергию удара благодаря пластической деформации, а также служит защитным покрытием, предохраняющим наполни- тель от механических повреждений и окисления. Кроме того, тепло- и электропровод- ность металлических КМ зависят в основном от проводимости матрицы, В соответствии с классификацией по методам юготовления, КМ с металлической матрицей подразделяют на материалы, полученные твердо- и жидкофазными методами, методами осаждеиия-напыления и комбинированными методами.
К твердофазным методам относят горячее прессование, прокатку, волочение, ковку„штамповку, экструзию, сварку взрывом, диффузионную сварку и др. Для КМ, полученных твердофазными методамн, характерно использование матрицы в виде порошка, листов, фольги, прутков и трубчатых заготовок. К жидкофазным методам относят пропитку арматуры расплавленными металлами, непрерывное литье, вакуумное всасывание. Металлические матрицы обладают высоким сопротивлением деформированию в твердофазном состоянии и хорошей реакционной способностью в жидкофазном, поэтому для компонентов этого типа весьма серьезны проблемы механической и химической совместимости.
Для их решения требуются комплексные подходы, тщательная научная н практическая проработка процессов юготовления и эксплуатации. При юготовленни КМ методами осаждения-напыления матрицу наносят на наполнитель осаждением (электролитическим или из парогазовой фазы) либо плазменным напылением. Комбинированные методы заключаются в последовательном применении нескольких методов. Например, плазменное напыление используют как предварительную операцию, а в качестве окончательной применяют прокатку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
