Les matériaux composites sont constitués d'une matrice métallique (le plus souvent Al, Mg, Ni et leurs alliages), renforcée de fibres à haute résistance ( matériaux fibreux) ou des particules réfractaires finement dispersées qui ne se dissolvent pas dans le métal de base (matériaux durcis par dispersion). La matrice métallique lie les fibres (particules dispersées) en un seul ensemble. Fibre (particules dispersées) plus un liant (matrice) qui composent
Riz. 196. Schéma de la structure (a) et du renfort fibreux continu (b) des matériaux composites : 1 - matériau granulaire (durci par dispersion) (l / d = 1); 2 - matériau composite fibreux discret ; 3 - matériau composite fibreux continu; 4 - pose continue de fibres; 5 - pose bidimensionnelle de fibres; 6.7 - conditionnement en vrac de fibres
ou une autre composition, appelée matériaux composites (Fig. 196).
Matériaux composites fibreux. En figue. 196 montre les schémas de renforcement des matériaux composites fibreux. Les matériaux composites avec une charge fibreuse (durcisseur), selon le mécanisme d'action de renforcement, sont divisés en matériaux discrets, dans lesquels le rapport longueur de fibre/diamètre et avec fibre continue, dans lesquels des fibres discrètes sont situées de manière aléatoire dans la matrice. Le diamètre des fibres va de fractions à des centaines de micromètres. Plus le rapport longueur/diamètre de la fibre est élevé, plus le degré de durcissement est élevé.
Souvent, le matériau composite est une structure en couches dans laquelle chaque couche est renforcée par un grand nombre de fibres continues parallèles. Chaque couche peut également être renforcée avec des fibres continues tissées dans un tissu, qui est la forme d'origine, en largeur et en longueur correspondant au matériau final. Souvent, les fibres sont tissées en structures tridimensionnelles.
Les matériaux composites diffèrent des alliages conventionnels par des valeurs plus élevées de résistance à la traction et de limite d'endurance (de 50 à 100 %), de module d'élasticité, de coefficient de rigidité () et de tendance réduite à la formation de fissures. L'utilisation de matériaux composites augmente la rigidité de la structure tout en réduisant sa consommation de métal.
Tableau 44 (voir scan) Propriétés mécaniques des composites à base de métal
La résistance des matériaux composites (fibreux) est déterminée par les propriétés des fibres ; la matrice doit principalement redistribuer les contraintes entre les éléments de renforcement. Par conséquent, la résistance et le module d'élasticité des fibres doivent être significativement supérieurs à la résistance et au module d'élasticité de la matrice. Les fibres de renfort rigides absorbent les contraintes apparaissant dans la composition lors du chargement, lui confèrent résistance et rigidité dans le sens de l'orientation des fibres.
Les fibres de bore et de carbone, ainsi que les fibres de composés réfractaires (carbures, nitrures, borures et oxydes) à haute résistance et module d'élasticité sont utilisées pour renforcer l'aluminium, le magnésium et leurs alliages. Ainsi, les fibres de carbure de silicium d'un diamètre de 100 microns sont souvent utilisées comme fibres de fil d'acier à haute résistance.
Pour le renforcement du titane et de ses alliages, on utilise du fil de molybdène, des fibres de saphir, du carbure de silicium et du borure de titane.
Une augmentation de la résistance à la chaleur des alliages de nickel est obtenue en les renforçant avec du fil de tungstène ou de molybdène. Les fibres métalliques sont également utilisées dans les cas où une conductivité thermique et électrique élevée est requise. Les durcisseurs prometteurs pour les matériaux composites fibreux à haute résistance et à haut module sont les whiskers d'oxyde et de nitrure d'aluminium, le carbure et le nitrure de silicium, le carbure de bore, etc.
Tableau 44 montre les propriétés de certains composites fibreux.
Les matériaux composites à base de métal ont une résistance et une résistance à la chaleur élevées, tout en étant peu plastiques. Cependant, les fibres dans les composites réduisent la vitesse de propagation des fissures provenant de la matrice, et éliminent presque complètement les brusques
Riz. 197. Dépendance du module d'élasticité E (a) et de la résistance ultime (b) du matériau composite bore-aluminium le long (1) et en travers (2) de l'axe de renforcement sur la teneur volumétrique en fibre de bore
destruction fragile. Caractéristique distinctive Les matériaux composites fibreux uniaxiaux présentent une anisotropie des propriétés mécaniques le long et à travers les fibres et une faible sensibilité aux concentrateurs de contraintes.
En figue. 197 montre la dépendance et E du matériau composite bore-aluminium sur la teneur en fibre de bore le long de (1) et à travers l'axe de renforcement. Plus la teneur volumétrique en fibres est élevée, plus E et E le long de l'axe du renfort sont élevés. Cependant, il faut garder à l'esprit que la matrice ne peut transmettre des contraintes aux fibres que lorsqu'il existe une forte liaison à l'interface fibre-matrice de renfort. Pour éviter le contact entre les fibres, la matrice doit entourer complètement toutes les fibres, ce qui est obtenu avec une teneur d'au moins 15-20%.
La matrice et la fibre ne doivent pas interagir l'une avec l'autre (il ne doit pas y avoir de diffusion mutuelle) pendant la fabrication ou le fonctionnement, car cela peut conduire à une diminution de la résistance du matériau composite.
L'anisotropie des propriétés des matériaux composites fibreux est prise en compte lors de la conception des pièces pour optimiser les propriétés en faisant correspondre le champ de résistance avec 6 champs de contraintes.
Le renforcement des alliages d'aluminium, de magnésium et de titane avec des fibres réfractaires continues de bore, de carbure de silicium, de diborure de titane et d'oxyde d'aluminium augmente considérablement la résistance à la chaleur. Une caractéristique des matériaux composites est le faible taux de ramollissement dans le temps (Fig. 198, a) avec l'augmentation de la température.
Riz. 198. Résistance à long terme du matériau composite bore-aluminium contenant 50 % de fibres de bore par rapport à la résistance des alliages de titane (a) et résistance à long terme du matériau composite de nickel par rapport à la résistance des alliages durcissant par précipitation (b) : 1 - composite bore-aluminium; 2 - alliage de titane; 3 - matériau composite renforcé par dispersion; 4 - alliages à durcissement par dispersion
Le principal inconvénient des matériaux composites à renfort unidimensionnel et bidimensionnel est leur faible résistance au cisaillement intercalaire et à la rupture transversale. Les matériaux en renfort volumétrique sont dépourvus de cet inconvénient.
Matériaux composites renforcés par dispersion. Contrairement aux matériaux composites fibreux, dans les matériaux composites durcis par dispersion, la matrice est l'élément principal qui porte la charge et les particules dispersées inhibent le mouvement des dislocations. Une résistance élevée est obtenue avec une taille de particule de 10 à 500 nm avec une distance moyenne entre elles de 100 à 500 nm et leur distribution uniforme dans la matrice. La résistance mécanique et thermique, fonction du contenu volumétrique des phases de renforcement, n'obéit pas à la loi d'additivité. Le contenu optimal de la deuxième phase pour différents métaux n'est pas le même, mais ne dépasse généralement pas
L'utilisation comme phases de renforcement de composés réfractaires stables (oxydes de thorium, hafnium, yttrium, composés complexes d'oxydes et de métaux des terres rares), qui ne se dissolvent pas dans le métal de la matrice, permet de maintenir la résistance élevée du matériau jusqu'à. À cet égard, de tels matériaux sont souvent utilisés comme matériaux résistant à la chaleur. Les matériaux composites durcis par dispersion peuvent être obtenus à partir de la plupart des métaux et alliages utilisés en technologie.
Les alliages les plus utilisés à base d'aluminium - SAP (poudre d'aluminium frittée). SAP se compose d'aluminium et de flocons dispersés Les particules inhibent efficacement le mouvement des luxations et augmentent ainsi la résistance
alliage. La teneur en SAP varie de et à.Au fur et à mesure que la teneur augmente, elle augmente de 300 à pour et l'allongement, en conséquence, diminue de 8 à 3%. La densité de ces matériaux est égale à la densité de l'aluminium, ils ne lui sont pas inférieurs en termes de résistance à la corrosion et peuvent même remplacer le titane et les aciers résistants à la corrosion lorsqu'ils fonctionnent dans la plage de température.En résistance à long terme, ils sont supérieurs au forgé alliages d'aluminium. Résistance à long terme pour les alliages à est
Les matériaux durcis par dispersion de nickel ont de grandes perspectives. Alliages à base de nickel avec 2-3 vol. dioxyde de thorium ou dioxyde d'hafnium. La matrice de ces alliages est généralement une solution solide.Les alliages (nickel durci au dioxyde de thorium), (nickel durci au dioxyde d'hafnium) et (matrice durcie à l'oxyde de thorium) sont largement utilisés. Ces alliages ont une résistance élevée à la chaleur. À température, l'alliage a un alliage Les matériaux composites durcis par dispersion, ainsi que les matériaux fibreux, résistent au ramollissement avec l'augmentation de la température et de la durée d'exposition à une température donnée (voir Fig. 198).
Les domaines d'application des matériaux composites ne sont pas limités. Ils sont utilisés dans l'aviation pour les pièces d'avions fortement chargées (peaux, longerons, nervures, panneaux, etc.) et les moteurs (aubes de compresseur et de turbine, etc.), dans la technologie spatiale pour les unités de structures motrices de véhicules exposés à l'échauffement, pour les éléments rigidité, panneaux, dans l'industrie automobile pour alléger les carrosseries, ressorts, cadres, panneaux de carrosserie, pare-chocs, etc., dans l'industrie minière (outils de forage, pièces pour moissonneuses-batteuses, etc.), dans le génie civil (travées de ponts, éléments préfabriqués de haute -bâtiments élevés, etc.) et dans d'autres domaines de l'économie nationale.
L'utilisation de matériaux composites permet un nouveau saut qualitatif en augmentant la puissance des moteurs, des installations de puissance et de transport, et en réduisant le poids des machines et des appareils.
La technologie de fabrication de produits semi-finis et de produits à partir de matériaux composites est bien développée.
Matériaux composites à matrice métallique
En termes de structure et de géométrie de renfort, les composites à matrice métallique se présentent sous forme d'alliages fibreux (MVKM), renforcés par dispersion (DKM), pseudo- et eutectiques (EKM), et comme matériau de base, tel les métaux comme Al, Mg sont les plus largement utilisés, Ti, Ni, Co.
Propriétés et méthodes de production du MVCM à base d'aluminium... Fibres MVKM Al-acier. Lors de la production de CM constitués de couches alternées de feuilles d'aluminium et de fibres, le laminage, le pressage à chaud dynamique, le soudage par explosion et le soudage par diffusion sont le plus souvent utilisés. La résistance de ce type de composite est principalement déterminée par la résistance des fibres. L'introduction de fils d'acier à haute résistance dans la matrice augmente la limite de fatigue du composite.
Les fibres MVKM Al-silice sont obtenues par passage des fibres à travers une matrice fondue, suivi d'un pressage à chaud. Le taux de fluage de ces MVCM à des températures de 473-573 K est inférieur de deux ordres de grandeur au fluage d'une matrice non renforcée. Les composites Al - SiO 2 ont de bonnes propriétés d'amortissement.
Les fibres MVKM Al-bore sont parmi les matériaux structurels les plus prometteurs, car elles ont une résistance et une rigidité élevées à des températures allant jusqu'à 673-773 K. Le soudage par diffusion est largement utilisé dans leur fabrication. Méthodes en phase liquide (imprégnation, différentes sortes coulée, etc.), en raison de la possibilité d'interaction chimique du bore avec l'aluminium, ne sont utilisées que dans les cas où des fibres de bore sont préalablement appliquées des revêtements protecteurs- carbure de silicium (fibres borsiques) ou nitrure de bore.
Les fibres MVKM Al-carbone ont une résistance et une rigidité élevées à faible densité. Dans le même temps, un gros inconvénient des fibres de carbone est leur faible technologie, associée à la fragilité des fibres et à leur grande réactivité. Habituellement, les fibres de carbone MVKM Al - sont obtenues par imprégnation avec du métal liquide ou par métallurgie des poudres. L'imprégnation est utilisée pour le renforcement continu des fibres, et les méthodes de métallurgie des poudres sont utilisées pour le renforcement discret des fibres.
Propriétés et méthodes d'obtention du MVKM à base de magnésium. L'utilisation de magnésium et d'alliages de magnésium comme matrice, renforcés de fibres à haute résistance et à haut module, permet d'obtenir des matériaux de structure légers avec une résistance spécifique, une résistance à la chaleur et un module d'élasticité accrus.
Les fibres MVKM Mg-bore se distinguent par des propriétés de résistance élevée. Pour la fabrication de MCM, des méthodes d'imprégnation et de coulée peuvent être utilisées. Les compositions de tôles Mg - B sont réalisées par soudage diffusion. L'inconvénient de MKM Mg - B est une résistance à la corrosion réduite.
Les fibres MVKM Mg-carbone sont obtenues par imprégnation ou pressage à chaud en présence d'une phase liquide, il n'y a pas de solubilité du carbone dans le magnésium. Pour améliorer le mouillage des fibres de carbone avec du magnésium liquide, elles sont préalablement revêtues de titane (par dépôt plasma ou sous vide), de nickel (électrolytique), ou d'un revêtement combiné Ni - B (dépôt chimique).
Propriétés et méthodes de production du MVKM à base de titane. Le renforcement du titane et de ses alliages augmente la rigidité et étend la plage de température de fonctionnement de l'intervalle jusqu'à 973-1073 K. Pour le renforcement de la matrice en titane, des fils métalliques sont utilisés, ainsi que des fibres de silicium et de carbure de bore. Les composites à base de titane avec des fibres métalliques sont produits par laminage, pressage dynamique à chaud et soudage par explosion.
Ti - Mo MVKM (fibres) sont obtenus par pressage dynamique à chaud de billettes de type sandwich dans des conteneurs sous vide. Un tel renfort permet d'augmenter la résistance à long terme par rapport à la matrice et de maintenir la résistance à hautes températures... L'un des inconvénients du Ti-Mo MVCM est sa densité élevée, qui réduit la résistance spécifique de ces matériaux.
Les MWCM Ti - B, SiC (fibres) ont augmenté non seulement les caractéristiques absolues, mais aussi spécifiques des MWCM à base de titane. Ces fibres étant fragiles, le soudage diffusion sous vide est le plus souvent utilisé pour obtenir des compositions compactes. De longues détentions de Ti - B MVCM à des températures supérieures à 1073 K sous pression conduisent à la formation de borures de titane cassants, qui ramollissent le composite. Les fibres de carbure de silicium sont plus stables dans la matrice. Les composites Ti - B ont une résistance élevée à court et à long terme. Pour augmenter la stabilité thermique des fibres de bore, elles sont recouvertes de carbure de silicium (borsique). Les composites Ti - SiC ont des valeurs élevées de résistance au fluage hors axe.
Dans le système Ti - Be MVCM (fibres), il n'y a pas d'interaction à des températures inférieures à 973 K. Au-dessus de cette température, la formation d'un composé intermétallique cassant est possible, tandis que la résistance des fibres ne change pratiquement pas.
Propriétés et méthodes d'obtention du MVKM à base de nickel et de cobalt. Les types existants de durcissement des alliages de nickel industriels (durcissement dispersif, durcissement carbure, alliages complexes et traitement thermomécanique) leur permettent de conserver leur opérabilité uniquement jusqu'à la plage de température 1223-1323 K. pendant longtempsà des températures plus élevées. Les durcisseurs suivants sont utilisés :
Dans le système MVKM Ni - Al 2 O 3 (fibres), lorsqu'il est chauffé à l'air, il se forme de l'oxyde de nickel qui interagit avec le renfort, ce qui entraîne la formation de spinelle NiAl 2 O 4 à la limite. Cela rompt la connexion entre les composants. Pour augmenter la force de liaison, des couches minces de métaux (W, Ni, nichrome) et de céramiques (oxydes d'yttrium et de thorium) sont appliquées sur le renfort. Le nickel liquide ne mouillant pas Al 2 O 3 , Ti, Zr, Cr sont introduits dans la matrice, ce qui améliore les conditions d'imprégnation.
À température ambiante la résistance des whiskers composites nickel - Al 2 O 3 , obtenus par électrodéposition de nickel sur des fibres, dépasse largement la résistance de la matrice.
MVKM Ni-C (fibres). Le nickel est pratiquement insoluble dans le carbone. Dans le système Ni - C, il se forme un carbure métastable Ni 3 C, qui est stable à des températures supérieures à 1673 K et inférieures à 723 K. Ayant une mobilité de diffusion élevée, le carbone sature la matrice de nickel en peu de temps, en relation avec cela, les principaux facteurs d'adoucissement du MVCM sont Ni - C est la dissolution des fibres de carbone et leur recristallisation due à la pénétration du nickel dans la fibre. L'introduction d'agents formant des carbures dans la matrice de nickel (Cr, Al, Ti, Mo, W, Nb) améliore l'interaction de la matrice avec les fibres. Pour augmenter la stabilité structurelle, des revêtements barrières anti-diffusion de carbure et de nitrure de zirconium, de carbure de titane sont appliqués sur les fibres.
Les MVKM N - W, Mo (fibres) sont obtenus par pressage à chaud dynamique, soudage par diffusion, soudage par explosion et laminage. Du fait que W, Mo sont intensément oxydés lors du chauffage, les composites sont obtenus sous vide ou sous atmosphère protectrice. Lorsque le MVCM est chauffé à l'air, les fibres de tungstène ou de molybdène situées à la surface du composite sont oxydées. Si les fibres ne sortent pas à la surface, la résistance à la chaleur du MVKM est déterminée par la résistance à la chaleur de la matrice.
Portée du MVKM. Les matériaux fibreux composites à matrice métallique sont utilisés à des températures basses, élevées et ultra-élevées, dans des environnements agressifs, sous des charges statiques, cycliques, vibratoires et autres. Les MVKM sont plus efficacement utilisés dans les structures où des conditions spéciales ne permettent pas l'utilisation de matériaux métalliques traditionnels. Dans le même temps, le plus souvent, à l'heure actuelle, le renforcement des métaux avec des fibres vise à améliorer les propriétés du métal de la matrice afin d'augmenter les paramètres de fonctionnement des structures dans lesquelles des matériaux auparavant non renforcés ont été utilisés. L'utilisation de MVKM à base d'aluminium dans les structures d'avions, en raison de leur résistance spécifique élevée, permet d'obtenir un effet important - la réduction du poids. Remplacement des matériaux traditionnels par du MVKM dans les pièces de base et les assemblages d'avions, d'hélicoptères et vaisseau spatial réduit le poids du produit de 20 à 60%.
Le problème le plus urgent dans l'ingénierie des turbines à gaz est d'augmenter le cycle thermodynamique des centrales électriques. Même une petite augmentation de la température devant la turbine augmente considérablement l'efficacité du moteur à turbine à gaz. Il est possible d'assurer le fonctionnement d'une turbine à gaz sans refroidissement, ou du moins avec refroidissement, ce qui ne nécessite pas de grosses complications structurelles du moteur à turbine à gaz, en utilisant des MVKM hautement résistants à la chaleur à base de nickel et de chrome, renforcés d'Al 2 O 3 fibres.
Alliage d'aluminium, renforcé de fibre de verre contenant de l'oxyde d'uranium, a une résistance accrue à une température de 823 K et devrait être utilisé comme plaques de combustible pour les réacteurs nucléaires en génie électrique.
Fibreux composites métalliques utilisé comme matériaux d'étanchéité... Par exemple, les joints statiques en Mo ou en fibres d'acier imprégnées de cuivre ou d'argent peuvent résister à une pression de 3200 MPa à une température de 923 K.
En tant que matériau résistant à l'usure dans les boîtes de vitesses, les accouplements à disques, les dispositifs de démarrage, vous pouvez utiliser le MVKM renforcé de "perles" et de fibres. Les matériaux magnétiques durs renforcés de fil W combinent des propriétés magnétiques avec une résistance élevée aux charges de choc et aux vibrations. L'introduction de raccords en W, Mo dans une matrice de cuivre et d'argent permet d'obtenir des contacts électriques résistants à l'usure destinés aux disjoncteurs haute tension à usage intensif, qui combinent une conductivité thermique et électrique élevée avec une résistance accrue à l'usure et à l'érosion.
Le principe de renforcement peut être utilisé comme base pour la création de supraconducteurs, lorsque dans des matrices d'Al, Cu, Ti, Ni, un squelette est créé à partir de fibres d'alliages supraconducteurs, par exemple Nb - Sn, Nb - Zr. Un tel composite supraconducteur peut transmettre un courant avec une densité de 10 5 -10 7 A/cm 2 .
Matériaux composites à matrice métallique - concept et types. Classification et caractéristiques de la catégorie "Matériaux composites à matrice métallique" 2017, 2018.
Matériaux composites fibreux métalliques.
Matériaux métalliques composites eutectiques.
Matériaux composites métalliques frittés.
Matériaux durcis par dispersion sur une matrice métallique.
Matériaux composites sur matrice métallique.
Conférence numéro 2
Plastiques laminés renforcés
PCB- des matériaux formés de couches de tissu imprégnées de résine synthétique thermodurcissable.
Têtes dupliquées- matériaux stratifiés constitués de feuilles de polyéthylène, polypropylène et autres thermoplastiques, reliées par une sous-couche à base de tissu, caoutchouc chimiquement résistant, matériaux fibreux non tissés, etc.
Linoléum- polymère matériel de rouleau pour les revêtements de sol - est un KPM multicouche ou à base de tissu contenant des résines alkydes, du chlorure de polyvinyle, des caoutchoucs synthétiques et d'autres polymères.
Gétinax – stratifiéà base de papier imprégné de résine synthétique thermodurcissable.
Métalloplaste – materiel de construction, composé de tôleéquipé d'un ou des deux côtés revêtement polymère en polyéthylène, fluoroplastique ou chlorure de polyvinyle.
Stratifiés- les matériaux obtenus par pressage « à chaud » de flans de bois (placage) imprégnés de résines synthétiques thermodurcissables.
Sujet : « MATÉRIAUX COMPOSITES SUR MATRICE MÉTALLIQUE »
La nomenclature CMM est divisée en trois groupes principaux : 1) les matériaux durcis par dispersion, renforcés de particules, y compris les pseudo-alliages obtenus par métallurgie des poudres ; 2) matériaux composites eutectiques - alliages à cristallisation directionnelle des structures eutectiques ; 3) matériaux fibreux renforcés de fibres discrètes ou continues.
Matériaux durcis par dispersion
Si dans la matrice métallique de la MMT, des particules de la phase de renforcement d'une taille de 1 ... 100 nm sont distribuées, occupant 1 ... 15 % du volume composite, la matrice perçoit l'essentiel de la charge mécanique appliquée au CMM, et le rôle des particules est réduit à créer une résistance efficace au mouvement de dislocation dans le matériau de la matrice. De telles MMT se caractérisent par une stabilité de température accrue, de sorte que leur résistance ne diminue pratiquement pas jusqu'à des températures (0,7 ... 0,8) T pl, où T pl est le point de fusion de la matrice. Les matériaux de ce type sont classés en deux groupes : les matériaux frittés et les pseudo-matériaux.
Les matériaux formés par frittage contiennent de fines particules d'oxydes, de carbures, de nitrures et d'autres composés réfractaires, ainsi que des composés intermétalliques, qui, lors de la formation de MMT, ne fondent pas et ne se dissolvent pas dans la matrice. La technologie de mise en forme de produits à partir de telles MMT appartient au domaine de la métallurgie des poudres et comprend les opérations d'obtention de mélanges de poudres, leur pressage dans un moule, le frittage des produits semi-finis obtenus, la déformation et le traitement thermique des pièces.
Matériaux sur une matrice en aluminium... Les CM à matrice en aluminium qui ont trouvé une application renforcent principalement fil d'acier, fibres boriques et fibres de carbone En tant que matrice, on utilise à la fois de l'aluminium technique (par exemple, AD1) et des alliages (B95, D20, etc.).
Aciers trempés par dispersion contiennent des oxydes comme composants de renforcement : Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , etc.
MMT sur matrice cobalt en tant qu'additif dispersé contiennent de l'oxyde de thorium, sur matrice de magnésium- propres oxydes.
Matériaux à base de cuivre durcis avec des oxydes, des carbures, des nitrures, acquièrent une résistance à la chaleur, qui est combinée à la conductivité électrique élevée de la matrice de cuivre. De telles MMT sont utilisées pour la fabrication de contacts électriques, d'électrodes pour le soudage au rouleau, d'outils pour l'usinage par étincelage, etc.
MMT à base de nickel remplis d'oxyde de thorium et d'oxyde d'hafnium, sont conçus pour fonctionner à des températures supérieures à 1000 ° C et sont utilisés dans la construction aéronautique, l'ingénierie énergétique et la technologie spatiale.
Псевдо спл а в - MMT durcie par dispersion, constituée de phases métalliques et analogues qui ne forment pas de solutions et n'entrent pas dans composants chimiques... La technologie de formation de pseudo-alliages appartient au domaine de la métallurgie des poudres. Les dernières opérations d'obtention de pseudo-alliages sont l'imprégnation ou le frittage en phase liquide des pièces moulées.
L'imprégnation consiste à remplir les pores de la préforme moulée ou frittée de la pièce réfractaire avec la masse fondue de la pièce à bas point de fusion du pseudo-alliage. L'imprégnation est réalisée par immersion de la pièce poreuse dans le bain de fusion.
La gamme des pseudo-alliages comprend principalement des matériaux à usage tribotechnique.
Les pseudo-alliages à base de tungstène W - Cu et W - Ag combinent une dureté, une résistance et une conductivité électrique élevées. Ils sont utilisés pour établir des contacts électriques. Les pseudo-alliages à base de molybdène (Mo - Cu) et de nickel (Ni - Ag), etc. ont le même objectif.
CMM eutectique - alliages de composition eutectique ou similaire, dans lesquels des cristaux fibreux ou lamellaires orientés formés lors du processus de cristallisation dirigée d'une matrice métallique servent de phase de renforcement.
La technologie pour la formation de MMT eutectique est que l'échantillon est retiré de la masse fondue à une vitesse constante, le soumettant à un refroidissement continu. La forme du front de cristallisation dépend de la vitesse d'étirage et des conditions d'échange thermique, qui sont contrôlées par les éléments de structure du cristallisoir.
MATÉRIAUX VOLOKNISTY. La technologie de formation des MMT fibreuses comprend le pressage, le laminage, le co-étirage, l'extrusion, le soudage, la pulvérisation ou le dépôt et l'imprégnation.
Par pressage "à chaud" (pressage avec chauffage), on obtient des CMM dont le matériau de matrice initial est constitué de poudres, feuilles, rubans, feuilles et autres produits semi-finis métalliques. Ceux-ci et les éléments de renfort (fil, céramique, carbone ou autres fibres) sont placés dans un certain ordre sur une plaque de presse ou dans un moule puis pressés lorsqu'ils sont chauffés à l'air ou dans une atmosphère inerte.
La méthode de laminage traite les mêmes composants que le pressage.
La méthode de dessin de joint est la suivante. Des trous sont percés dans le flan de métal de matrice dans lequel des tiges ou des fils de renforcement sont insérés. La billette est chauffée et sa réduction et son étirage sont effectués, qui est complété par un recuit.
La méthode d'extrusion est utilisée pour fabriquer des produits sous forme de tiges ou de tuyaux, renforcés de fibres continues et discrètes. Matériel source les matrices sont des poudres métalliques,
Le nombre de MMT fibreuses comprend de nombreux matériaux sur des matrices d'aluminium, de magnésium, de titane, de cuivre, de nickel, de cobalt, etc.
Ce type de matériaux composites comprend des matériaux tels que SAP (poudre d'aluminium frittée), qui sont de l'aluminium renforcé avec des particules dispersées d'oxyde d'aluminium. La poudre d'aluminium est obtenue par pulvérisation de métal en fusion, suivie d'un broyage dans des broyeurs à boulets jusqu'à une taille d'environ 1 micron en présence d'oxygène. Avec une augmentation de la durée de broyage, la poudre devient plus fine et sa teneur en oxyde d'aluminium augmente. Une autre technologie pour la production de produits et de produits semi-finis à partir de SAP comprend le pressage à froid, le pré-frittage, le pressage à chaud, le laminage ou l'extrusion d'une billette d'aluminium frittée sous la forme de produits finis pouvant être soumis à un traitement thermique supplémentaire.
Les alliages SAP sont utilisés dans la technologie aéronautique pour la fabrication de pièces à haute résistance spécifique et résistance à la corrosion, fonctionnant à des températures allant jusqu'à 300-500 ° C. Ils sont utilisés pour fabriquer des tiges de piston, des aubes de compresseur, des coquilles d'éléments combustibles et des tubes d'échangeur de chaleur.
Le renforcement de l'aluminium et de ses alliages avec du fil d'acier augmente leur résistance, augmente le module d'élasticité, la résistance à la fatigue et étend la plage de température de service du matériau.
Le renforcement avec des fibres courtes est réalisé par des procédés de métallurgie des poudres, consistant en un pressage suivi d'une hydroextrusion ou d'un laminage de billettes. Lors du renforcement de compositions de type sandwich avec des fibres continues, constituées de couches alternées de feuille d'aluminium et de fibres, on utilise le laminage, le pressage à chaud, le soudage par explosion et le soudage par diffusion.
Un matériau très prometteur est la composition « fil d'aluminium - béryllium », qui réalise les propriétés physiques et mécaniques élevées du renfort en béryllium, et, tout d'abord, sa faible densité et sa rigidité spécifique élevée. Les compositions sont obtenues avec du fil de béryllium par soudage diffusion de paquets de couches alternées de fil de béryllium et de feuilles matricielles. À partir d'alliages d'aluminium, renforcés de fils d'acier et de béryllium, des pièces de corps de fusée et des réservoirs de carburant sont fabriqués.
Dans la composition "aluminium - fibres de carbone", la combinaison d'une faible densité de renfort et de matrice permet de créer des matériaux composites à haute résistance spécifique et rigidité. L'inconvénient des fibres de carbone est leur fragilité et leur grande réactivité. La composition « aluminium - carbone » est obtenue par imprégnation de fibres de carbone par du métal liquide ou par des procédés de métallurgie des poudres. Technologiquement, il est tout simplement possible de tirer des faisceaux de fibres de carbone à travers une fonte d'aluminium.
Le composite aluminium-carbone est utilisé dans la conception des réservoirs de carburant des combattants modernes. En raison de la résistance spécifique élevée et de la rigidité du matériau, la masse des réservoirs de carburant est réduite de
30 %. Ce matériau est également utilisé pour la fabrication d'aubes de turbines pour moteurs à turbine à gaz d'avions.
Ce type de matériaux composites comprend des matériaux tels que SAP (poudre d'aluminium frittée), qui sont de l'aluminium renforcé avec des particules dispersées d'oxyde d'aluminium. La poudre d'aluminium est obtenue par pulvérisation de métal en fusion, suivie d'un broyage dans des broyeurs à boulets jusqu'à une taille d'environ 1 micron en présence d'oxygène. Avec une augmentation de la durée de broyage, la poudre devient plus fine et sa teneur en oxyde d'aluminium augmente. Une autre technologie pour la production de produits et de produits semi-finis à partir de SAP comprend le pressage à froid, le pré-frittage, le pressage à chaud, le laminage ou l'extrusion d'une billette d'aluminium frittée sous la forme de produits finis pouvant être soumis à un traitement thermique supplémentaire.
Les alliages SAP sont utilisés dans la technologie aéronautique pour la fabrication de pièces à haute résistance spécifique et résistance à la corrosion, fonctionnant à des températures allant jusqu'à 300 - 500 ° C. Ils sont utilisés pour fabriquer des tiges de piston, des aubes de compresseur, des coquilles d'éléments combustibles et des tubes d'échangeur de chaleur.
Le renforcement de l'aluminium et de ses alliages avec du fil d'acier augmente leur résistance, augmente le module d'élasticité, la résistance à la fatigue et étend la plage de température de service du matériau.
Le renforcement avec des fibres courtes est réalisé par des procédés de métallurgie des poudres, consistant en un pressage suivi d'une hydroextrusion ou d'un laminage de billettes. Lors du renforcement de compositions de type sandwich avec des fibres continues, constituées de couches alternées de feuille d'aluminium et de fibres, on utilise le laminage, le pressage à chaud, le soudage par explosion et le soudage par diffusion.
Un matériau très prometteur est la composition de fil aluminium-béryllium, qui réalise les propriétés physiques et mécaniques élevées du renforcement au béryllium et, tout d'abord, sa faible densité et sa rigidité spécifique élevée. Les compositions sont obtenues avec du fil de béryllium par soudage diffusion de paquets de couches alternées de fil de béryllium et de feuilles matricielles. À partir d'alliages d'aluminium, renforcés de fils d'acier et de béryllium, des pièces de corps de fusée et des réservoirs de carburant sont fabriqués.
Dans la composition "aluminium - fibres de carbone", la combinaison d'une faible densité de renfort et de matrice permet de créer des matériaux composites à haute résistance spécifique et rigidité. L'inconvénient des fibres de carbone est leur fragilité et leur grande réactivité. La composition aluminium-carbone est obtenue par imprégnation de fibres de carbone avec du métal liquide ou par des procédés de métallurgie des poudres. Technologiquement, il est tout simplement possible de tirer des faisceaux de fibres de carbone à travers une fonte d'aluminium.
Le composite aluminium-carbone est utilisé dans la construction des réservoirs de carburant des combattants modernes. En raison de la résistance spécifique élevée et de la rigidité du matériau, la masse des réservoirs de carburant est réduite de 30%. Ce matériau est également utilisé pour la fabrication d'aubes de turbines pour moteurs à turbine à gaz d'avions.
Composites à matrice non métallique
Matériaux composites à matrice non métallique trouvés large application dans l'industrie. Des matériaux polymères, carbonés et céramiques sont utilisés comme matrices non métalliques. Parmi les matrices polymères, les plus répandues sont l'époxyde, le phénol-formaldéhyde et le polyamide. Les matrices carbonées sont cokées ou obtenues à partir de polymères synthétiques soumis à pyrolyse (décomposition, décomposition). La matrice lie la composition, lui donnant forme. Les renforçateurs sont des fibres : verre, carbone, borique, organique, à base de whiskers (oxydes, carbures, borures, nitrures, etc.), ainsi que de métal (fils) à haute résistance et rigidité.
Les propriétés des matériaux composites dépendent de la composition des composants, de leur combinaison, du rapport quantitatif et de la force de liaison entre eux.
Le contenu du durcisseur dans les matériaux orientés est de 60 - 80 vol. %, en non orienté (avec fibres et moustaches discrètes) - 20 - 30 vol. %. Plus la résistance et le module d'élasticité des fibres sont élevés, plus la résistance et la rigidité du matériau composite sont élevées. Les propriétés de la matrice déterminent la résistance au cisaillement et à la compression de la composition et la résistance à la rupture par fatigue.
Par type de durcisseur, les matériaux composites sont classés en fibre de verre, fibre de carbone avec fibre de carbone, fibre de bore et fibre organique.
Dans les matériaux stratifiés, les fibres, les fils, les rubans imprégnés d'un liant sont posés parallèlement les uns aux autres dans le plan de pose. Les couches planes sont rassemblées dans des plaques. Les propriétés sont obtenues anisotropes. Pour que le matériau travaille dans le produit, il est important de prendre en compte la direction des charges agissantes. Vous pouvez créer des matériaux avec des propriétés à la fois isotropes et anisotropes. Il est possible de poser les fibres sous différents angles en faisant varier les propriétés des composites. Les rigidités en flexion et en torsion du matériau dépendent de l'ordre d'empilement des couches le long de l'épaisseur de l'emballage.
La pose de durcisseurs à partir de trois, quatre brins ou plus est utilisée (Fig. 7). La structure de trois fils mutuellement perpendiculaires a la plus grande application. Les renforts peuvent être situés dans les directions axiale, radiale et circonférentielle.
Les matériaux tridimensionnels peuvent être de n'importe quelle épaisseur sous forme de blocs, de cylindres. Les tissus volumineux augmentent la résistance au pelage et au cisaillement par rapport aux tissus en couches. Le système à quatre brins est construit en plaçant le durcisseur le long des diagonales du cube. La structure de quatre brins est en équilibre, a augmenté la rigidité au cisaillement dans les plans principaux. Cependant, créer quatre matériaux directionnels est plus difficile que créer trois matériaux directionnels.
Riz. 7. Schéma de renforcement des matériaux composites : 1- rectangulaire, 2-hexagonal, 3- oblique, 4- avec fibres coudées, 5 - un système de n torons
Les matériaux antifriction à base de polytétrafluoroéthylène (PTFE) sont les plus efficaces du point de vue de l'utilisation dans les conditions les plus sévères de frottement à sec.
Le PTFE est caractérisé par un coefficient de frottement statique assez élevé ; cependant, dans le processus de frottement de glissement, une très fine couche de polymère hautement orienté se forme à la surface du PTFE, ce qui contribue à l'égalisation des coefficients de frottement statique et dynamique et mouvement fluide pendant le glissement. Lorsque la direction de glissement est modifiée, la présence d'un film de surface orienté provoque une augmentation temporaire du coefficient de frottement, dont la valeur diminue à nouveau au fur et à mesure que la couche de surface est réorientée. Ce comportement de frottement du PTFE a conduit à son utilisation répandue dans l'industrie, où le PTFE non chargé est principalement utilisé pour la production de roulements. Dans de nombreux cas, les roulements non lubrifiés doivent fonctionner à des taux de friction plus élevés. Dans ce cas, le PTFE non chargé se caractérise par des valeurs élevées du coefficient de frottement et du taux d'usure. Les matériaux composites, le plus souvent à base de PTFE, ont trouvé une large application en tant que matériaux pour les roulements non lubrifiés fonctionnant dans de telles conditions.
Le moyen le plus simple de réduire le taux d'usure relativement élevé du PTFE lors du frottement à sec est d'introduire des charges en poudre. Cela augmente la résistance au fluage en compression et une augmentation significative de la résistance à l'usure par frottement à sec est observée. L'introduction de la quantité optimale de charge permet d'augmenter la résistance à l'usure jusqu'à 10 4 fois.
Les polymères et les matériaux composites à base d'eux ont un ensemble unique de propriétés physiques et mécaniques, grâce auxquelles ils rivalisent avec succès avec les aciers de construction et les alliages traditionnels, et dans certains cas, sans l'utilisation de matériaux polymères, il est impossible de fournir les fonctions fonctionnelles requises. caractéristiques et performances des produits et machines spéciaux. La capacité de fabrication élevée et la faible consommation d'énergie des technologies de transformation des plastiques en produits, combinées aux avantages susmentionnés du PCM, en font des matériaux très prometteurs pour les pièces de machines à diverses fins.