6.2. Композиционные материалы

Композиционными называют материалы, в состав которых входят два (или более) конструкционных элемента, резко различающихся по свойствам и разделенных выраженной границей. Один из элементов называют матрицей, а другой – упрочнителем. Как правило, конструктивные элементы стараются выбирать так, чтобы их свойства дополняли друг друга (пластичная матрица и прочный, но хрупкий упрочнитель).

В данном разделе мы кратко рассмотрим композиционные материалы с металлической матрицей, хотя в технике используют и неметаллические матрицы.

По форме частиц упрочнителя композиционные материалы делятся на дисперсно-упрочненные (с равноосными порошковыми частицами), волокнистые и слоистые.

Из числа дисперсно-упрочненных композиционных материалов наибольшее распространение получили композиты на алюминиевой основе САПы (спеченная алюминиевая пудра + частицы оксида Al₂O₃). Прочность САПов тем выше, чем больше частиц Al₂O₃ (от 8 до 22 об. %).

Широко используются также коррозионно-стойкие композиты с матрицами из никеля либо титана, упрочненные порошками карбидов (TiC, ZrC, Mo₂C), нитритов (TiN, NbN, TaN), силицидов (TiSi_2, MoSi₃) и др.

6.3. Конструкционные металлокерамики

Конструкционные металлокерамические материалы получают методами формования порошковых масс тугоплавких соединений металлов, с последующим их обжигом.

Материалами для изготовления металлокерамик служат соединения металлов IV – VI групп периодической системы с неметаллами, т.е. соединения типа TiC, NbC, TaC, Mo₂C, W₂C и др.

Эти материалы имеют очень высокую твердость, тугоплавки, имеют высокую коррозионную стойкость и сопротивление высокотемпературному окислению. Температуры плавления указанных металлокерамик 3150⁰С для TiC, 3480⁰С для NbC, 3825⁰С для ТаС.

Все конструкционные керамики используют в качестве высокопрочных и жаростойких материалов в сверхзвуковой авиации, космической и ракетной технике. Их используют в двигателях внутреннего сгорания, работающих при температуре 1500⁰С (Si₃N₄) или при 1800⁰C (SiC).

Недостатком металлокерамик является высокая хрупкость.

Металлокерамические твердые сплавы типа ВК (на основе карбида вольфрама WC с кобальтовой связкой) в настоящее время широко используются в качестве резцов для высокоскоростной обработки прочных конструкционных материалов.

Износостойкость этих сплавов в 10-15 раз превышает свойства, характерные для быстрорежущих сталей типа Р18, Р6М5. Сплавы типа ВК сравнительно дороги и дефицитны. Поэтому, в настоящее время разработаны металлокерамические сплавы на основе титана (типа TiC + Ni + Mo), которые по твердости даже превосходят сплавы типа ВК, но отличаются повышенной хрупкостью.

Вопросы для самоконтроля по теме

1. При каких условиях могут быть получены аморфные металлические сплавы?

2. Какие конструкционные материалы называются композиционными?

3. Что такое конструкционные металлокерамики?

4. Выберите конструкционный материал, который может работать при 1500⁰С.

Тесты по теме 6

Тест 1. возможно ли получить закалкой из жидкого состояния аморфные металлические сплавы?

1.1. возможно;

1.2. невозможно;

1.3. возможно при скоростях закалки 10⁵ – 10^{7 0}С/сек.

Тест 2. Будет ли прочность аморфных сплавов выше, чем кристаллических того же состава?

2.1. прочность будет одинакова;

2.2. прочность аморфных ниже, чем кристаллических;

3.3. прочность аморфных выше.

Тест 3. Из каких компонентов состоят САПы?

3.1. из алюминия;

3.2. из алюминия и карбидов;

3.3. из алюминия и оксидов Al₂О₃.

Тест 4. Для каких целей используют твердые сплавы ВК?

4.1. для деталей тормозных устройств;

4.2. для изготовления валков мельниц;

4.3. для металлорежущего инструмента при скоростной резке.

Тест 5. Большая износостойкость у резцов из стали Р6М5 или сплава ВК8?

5.1. у стали;

5.2. у сплава;

5.3. одинакова.