Эвтектические композиционные материалы на алюминиевой основе.





Эвтектические композиционные материалы на алюминиевой основе.

Эвтектическими композиционными материалами называют сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. Ориентированная структура в сплавах эвтектического состава получается методами направленной кристаллизации (методы Чохральского, Бриджмена, зонной плавки). В отличие от обычных композиционных материалов, получаемых путем последовательного выполнения нескольких трудоемких технологических операций, эвтектические композиционные материалы получают за одну операцию. Направленная ориентированная структура может быть получена на уже готовых изделиях. Это существенное преимущество эвтектических композиций по сравнению с другими технологиями получения композиционных материалов.

Структура образующейся эвтектики в результате направленной кристаллизации состоит, как правило, из кристаллов твердой прочной фазы (карбидов, интерметаллидов), распределенных в матрице, представляющей собой твердый раствор.

Форма образующихся кристаллов может быть в виде волокон или пластин. При объемной доле упрочняющей фазы меньше 32% она имеет форму стержня, а при большем содержании - пластинчатую.

Равновесные условия кристаллизации обеспечивают высокую термическую стабильность эвтектических композиционных материалов. Между фазами эвтектики, волокнами и матрицей отсутствует химическое взаимодействие, поскольку химические потенциалы фаз равны. Особенности строения эвтектических микроструктур, полукогерентные границы раздела фаз с минимальной поверхностной энергией определяют термическую стабильность эвтектической микроструктуры и, как следствие, высокие механические свойства при температурах, близких к температурам плавления эвтектики.

Способами направленной кристаллизации получают композиционные материалы на основе Al, Mg, Cu, Ni, Co, Ti, Nb, Та и других элементов. Поэтому эвтектические композиционные материалы могут эксплуатироваться в широком интервале температур.



 

Эвтектические композиционные материалы на алюминиевой основе.

Методом направленной кристаллизации получают композиции А1-А13Ni иА1-СиА12.

При затвердевании эвтектического сплава Al-Al3Ni фаза Al3Ni выделяется в виде сильно вытянутых частиц, объемное содержание которых ~11%. Направленность частиц Al3Ni достигается кристаллизацией со скоростью 2-10 см/ч.

Прочность сплава, полученного без направленной кристаллизации, низкая (~90 МПа), в то время как при ориентации армирующих частиц Al3Ni его прочность повышается до 330 МПа.

При растяжении композиции, из-за высокой прочности связи усов Al3Ni с матрицей, разрушение начинается с волокон.

С повышением температуры прочность сплава Al-Al3Ni понижается (рис.1, кривая 1) и при 500 0С составляет 75 МПа. Композиция отличается высокой стабильностью структуры вплоть до температур плавления. Частицы Al3Ni при этих условиях сохраняют прочную связь с матрицей, не укорачиваются и не подвергаются сфероидизации до 611 0С.

Композиция Al-Al3Ni обнаруживает высокий предел усталости. Например, на базе 108 циклов он в 4-5 раз выше предела усталости алюминия. Усталостная трещина в композиции Al-Al3Ni, зарождаясь в матрице, огибает волокно Al3Ni и не разрушает его. Предел прочности композиции Al-Al3Ni составляет 270 МПа.

В композиции А1-СиА12 при направленной кристаллизации эвтектика имеет пластинчатое строение. Объемная доля концентрации пластин СиА12 среди пластин твердого раствора меди в алюминии составляет ~50%. Пластины СиА12, концентрация которых в композиции весьма высокая, имея меньшую прочность, чем Al3Ni, упрочняют матрицу меньше, чем Al3Ni. Сплав Al-CuAl2 из-за пластинчатого строения эвтектики отличается высокой хрупкостью. Разрушение материала начинается с разрушения пластин, за которым следует разрушение матрицы.

С повышением температуры у композиции Al-CuAl2 отмечено существенное возрастание относительного удлинения и падение предела прочности до 30 МПа (рис.1, кривая 2).

Рис. 1. Зависимость прочности композиции Al-Al3Ni (1) и Al-CuAl2 (2) и относительного удлинения композиции А1-СиА12 (3) от температуры

 

Эвтектические композиционные материалы А1-Al3Ni, Al-CuAl2 хорошо свариваются методом диффузионной сварки и обрабатываются холодной пластической деформацией. Диффузионную сварку можно вести при 525 0С и получать листы с перекрестным армированием.

Степень обжатия листов при холодной прокатке поперек волокон не более 70-80%, так как при больших степенях обжатия волокна разрушаются. В результате прочности композиции Al-Al3Ni вдоль волокон становится меньше исходной.

Композиционные материалы Al-Al3Ni и Al-CuAl2 применяют как конструкционный материал, а также для изготовления высокопрочных электрических проводов и контактов электрических выключателей.

 






Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 155; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.012 сек.