Bahan komposit dengan matriks logam. Komposit bubuk

Bahan komposit dengan matriks logam. Untuk bekerja dengan lebih banyak suhu tinggi matriks logam digunakan.

CM logam memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan CM polimer. Selain suhu pengoperasian yang lebih tinggi, bahan ini dicirikan oleh isotropi yang lebih baik dan stabilitas sifat yang lebih besar selama pengoperasian, serta ketahanan terhadap erosi yang lebih tinggi.

Plastisitas matriks logam memberikan viskositas yang dibutuhkan pada struktur. Hal ini berkontribusi pada pemerataan beban mekanis lokal dengan cepat.

Keuntungan penting CM logam adalah kemampuan manufaktur yang lebih tinggi dalam proses pembuatan, pencetakan, perlakuan panas, dan pembentukan sambungan dan pelapis.

Keunggulan material komposit berbahan dasar logam adalah nilai karakteristiknya yang lebih tinggi tergantung pada sifat matriksnya. Pertama-tama, ketahanan sementara dan modulus elastisitas tarik dalam arah tegak lurus terhadap sumbu serat penguat, kuat tekan dan tekuk, keuletan, dan ketangguhan patah. Selain itu, material komposit dengan matriks logam mempertahankan karakteristik kekuatannya pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan material dengan matriks non-logam. Mereka lebih tahan lembab, tidak mudah terbakar, dan memiliki konduktivitas listrik.Konduktivitas listrik yang tinggi dari CM logam melindungi mereka dengan baik dari radiasi elektromagnetik, petir, dan mengurangi bahaya listrik statis. Konduktivitas termal yang tinggi dari CM logam melindungi terhadap panas berlebih lokal, yang sangat penting untuk produk seperti ujung roket dan tepi depan sayap.

Material yang paling menjanjikan untuk matriks material komposit logam adalah logam dengan densitas rendah (A1, Mg, Ti) dan paduan berdasarkan padanya, serta nikel, yang saat ini banyak digunakan sebagai komponen utama paduan tahan panas.

Komposit diperoleh dengan metode yang berbeda. Ini termasuk impregnasi seikat serat dengan cairan lelehan aluminium dan magnesium, penyemprotan plasma, dan penggunaan metode pengepresan panas, kadang-kadang diikuti dengan hidroekstrusi atau penggulungan blanko. Saat memperkuat komposisi tipe sandwich yang terdiri dari lapisan aluminium foil dan serat bergantian dengan serat kontinu, digunakan penggulungan, pengepresan panas, pengelasan ledakan, dan pengelasan difusi. Pengecoran batang dan pipa yang diperkuat dengan serat berkekuatan tinggi diperoleh dari fase logam cair. Bundel serat terus menerus dilewatkan melalui penangas lelehan dan diresapi di bawah tekanan dengan aluminium cair atau magnesium. Saat meninggalkan bak impregnasi, serat digabungkan dan dilewatkan melalui pemintal untuk membentuk batang atau tabung. Metode ini memastikan pengisian maksimum komposit dengan serat (hingga 85%), distribusi seragamnya persilangan dan kesinambungan proses.

Bahan matriks aluminium. Bahan matriks aluminium terutama diperkuat kabel baja(CAS), serat boron (BKA) dan serat karbon (VKU). Aluminium teknis (misalnya, AD1) dan paduan (AMg6, V95, D20, dll.) digunakan sebagai matriks.

Penggunaan paduan (misalnya B95) sebagai matriks, diperkuat dengan perlakuan panas (pengerasan dan penuaan), memberikan efek tambahan penguatan komposisi. Namun pada arah sumbu serat kecil, sedangkan pada arah melintang yang sifat-sifatnya ditentukan terutama oleh sifat-sifat matriks mencapai 50%.

Bahan penguat termurah, paling efektif dan terjangkau adalah kawat baja berkekuatan tinggi. Jadi, perkuatan aluminium teknis dengan kawat baja VNS9 dengan diameter 0,15 mm (σ in = 3600 MPa) meningkatkan kekuatannya sebesar 10-12 kali lipat dengan kandungan volume serat 25% dan 14-15 kali lipat dengan peningkatan kandungan menjadi 40%, setelah itu resistensi sementara masing-masing mencapai 1000-1200 dan 1450 MPa. Jika Anda menggunakan kawat dengan diameter lebih kecil untuk perkuatan, yaitu kekuatan yang lebih besar (σ in = 4200 MPa), maka ketahanan sementara material komposit akan meningkat menjadi 1750 MPa. Dengan demikian, aluminium yang diperkuat dengan kawat baja (25-40%) dalam sifat dasarnya secara signifikan melebihi paduan aluminium berkekuatan tinggi dan mencapai tingkat sifat yang sesuai dengan paduan titanium. Dalam hal ini, kepadatan komposisi berada pada kisaran 3900-4800 kg/m3.

Memperkuat aluminium dan paduannya dengan serat B, C, A1 2 O e yang lebih mahal meningkatkan biaya material komposit, tetapi pada saat yang sama beberapa sifat ditingkatkan dengan lebih efektif: misalnya, ketika diperkuat dengan serat boron, modulus elastisitas meningkat 3 -4 kali, serat karbon membantu mengurangi kepadatan. Boron sedikit melunak dengan meningkatnya suhu, sehingga komposisi yang diperkuat dengan serat boron mempertahankan kekuatan tinggi hingga 400-500 °C. Bahan yang mengandung 50 vol.% serat boron berkekuatan tinggi dan modulus tinggi (VKA-1) terus menerus telah ditemukan dalam industri aplikasi. Dalam hal modulus elastisitas dan ketahanan sementara pada kisaran suhu 20-500°C, ini melampaui semua paduan aluminium standar, termasuk paduan aluminium berkekuatan tinggi (B95), dan paduan yang dirancang khusus untuk pengoperasian pada suhu tinggi (AK4-1), yang disajikan dengan jelas pada Gambar. 13.35. Kapasitas redaman material yang tinggi memastikan ketahanan getaran pada struktur yang terbuat dari material tersebut. Massa jenis paduannya adalah 2650 kg/m 3, dan kekuatan spesifiknya adalah 45 km. Nilai ini jauh lebih tinggi dibandingkan baja berkekuatan tinggi dan paduan titanium.

Perhitungan menunjukkan bahwa penggantian paduan B95 dengan paduan titanium dalam pembuatan tiang sayap pesawat dengan elemen penguat dari VKA-1 meningkatkan kekakuannya sebesar 45% dan memberikan penghematan berat sekitar 42%.

Komposit yang diperkuat serat karbon (CFRP) berbasis aluminium lebih murah dan lebih ringan dibandingkan komposit serat boron. Dan meskipun kekuatannya lebih rendah dari yang terakhir, mereka memiliki kekuatan spesifik yang serupa (42 km). Namun, produksi material komposit dengan penguat karbon dikaitkan dengan kesulitan teknologi yang besar karena interaksi karbon dengan matriks logam bila dipanaskan sehingga menyebabkan penurunan kekuatan material. Untuk menghilangkan kelemahan ini, lapisan serat karbon khusus digunakan.

Bahan dengan matriks magnesium. Bahan dengan matriks magnesium (MCM) dicirikan oleh kepadatan yang lebih rendah (1800-2200 kg/m3) dibandingkan dengan aluminium, dengan kekuatan tinggi yang kira-kira sama yaitu 1000-1200 MPa dan oleh karena itu kekuatan spesifiknya lebih tinggi. Paduan magnesium yang dapat dideformasi (MA2 dan lainnya), diperkuat dengan serat boron (50 vol.%), memiliki kekuatan spesifik > 50 km. Kompatibilitas yang baik antara magnesium dan paduannya dengan serat boron, di satu sisi, memungkinkan pembuatan suku cadang dengan impregnasi tanpa proses selanjutnya. permesinan, di sisi lain, ini memberikan masa pakai suku cadang yang lama pada suhu tinggi. Kekuatan spesifik bahan-bahan ini ditingkatkan dengan penggunaan paduan paduan litium ringan sebagai matriks, serta dengan penggunaan serat karbon yang lebih ringan. Namun, seperti disebutkan sebelumnya, pengenalan serat karbon mempersulit teknologi paduan yang sudah berteknologi rendah. Seperti diketahui, magnesium dan paduannya memiliki plastisitas teknologi yang rendah dan kecenderungan membentuk lapisan oksida lepas.

Bahan komposit berbasis titanium. Saat membuat material komposit berbahan dasar titanium, kesulitan muncul karena perlunya pemanasan hingga suhu tinggi. Pada suhu tinggi, matriks titanium menjadi sangat aktif; ia memperoleh kemampuan untuk menyerap gas dan berinteraksi dengan banyak bahan penguat: boron, silikon karbida, aluminium oksida, dll. Akibatnya, zona reaksi terbentuk dan kekuatan serat itu sendiri dan material komposit secara keseluruhan berkurang. Selain itu, suhu tinggi menyebabkan rekristalisasi dan pelunakan banyak bahan penguat, sehingga mengurangi efek penguatan dari tulangan. Oleh karena itu, untuk memperkuat material dengan matriks titanium, kawat yang terbuat dari berilium dan serat keramik oksida tahan api (Al 2 0 3), karbida (SiC), serta logam tahan api dengan modulus elastisitas tinggi dan suhu rekristalisasi tinggi (Mo, W ) digunakan. Selain itu, tujuan perkuatan terutama bukan untuk meningkatkan kekuatan spesifik yang sudah tinggi, tetapi untuk meningkatkan modulus elastisitas dan meningkatkan suhu pengoperasian. Sifat mekanik paduan titanium VT6 (6% A1, 4% V, sisanya A1), diperkuat dengan serat Mo, Be dan SiC, disajikan dalam tabel. 13.9. Seperti yang bisa dilihat dari. Tabelnya, kekakuan spesifik meningkat paling efektif bila diperkuat dengan serat silikon karbida.

Penguatan paduan VT6 dengan kawat molibdenum membantu mempertahankan nilai modulus elastisitas yang tinggi hingga 800 "C. Nilainya pada suhu ini sesuai dengan 124 GPa, yaitu menurun sebesar 33%, sedangkan kekuatan tarik sementara menurun hingga 420 MPa, yaitu. lebih dari 3 kali.

Bahan komposit berbahan dasar nikel. CM tahan panas dibuat berdasarkan paduan nikel dan kobalt, diperkuat dengan keramik (SiC, Si 3 Ni 4, Al 2 O 3) dan serat karbon. Tugas utama dalam pembuatan material komposit berbasis nikel (NBC) adalah meningkatkan suhu pengoperasian di atas 1000 °C. Dan salah satu penguat logam terbaik yang dapat memberikan kekuatan yang baik pada suhu setinggi itu adalah kawat tungsten. Pengenalan kawat tungsten dalam jumlah 40 hingga 70 vol.% ke dalam paduan nikel-kromium memberikan kekuatan pada 1100°C selama 100 jam, masing-masing, 130 dan 250 MPa, sedangkan paduan nikel tanpa perkuatan terbaik, dirancang untuk pekerjaan serupa kondisinya, memiliki kekuatan 75 MPa. Penggunaan kawat yang terbuat dari paduan tungsten dengan renium atau hafnium untuk penguatan meningkatkan angka ini sebesar 30-50%.

Bahan komposit digunakan di banyak industri dan terutama dalam teknologi penerbangan, roket, dan luar angkasa sangat penting memiliki pengurangan berat struktur sekaligus meningkatkan kekuatan dan kekakuan. Karena karakteristik kekuatan dan kekakuan spesifiknya yang tinggi, bahan ini digunakan dalam pembuatan, misalnya, stabilisator horizontal dan penutup pesawat, bilah rotor dan wadah helikopter, badan dan ruang bakar mesin jet, dll. Penggunaan material komposit dalam struktur pesawat telah mengurangi bobotnya sebesar 30-40%, meningkatkan muatan tanpa mengurangi kecepatan dan jangkauan.

Saat ini, material komposit digunakan dalam konstruksi turbin tenaga (pengerjaan turbin dan bilah nosel), industri otomotif (badan mobil dan lemari es, suku cadang mesin), teknik mesin (badan dan suku cadang mobil), industri kimia(autoklaf, tangki, wadah), pembuatan kapal (lambung kapal, perahu, baling-baling), dll.

Sifat khusus material komposit memungkinkan untuk digunakan sebagai bahan isolasi listrik (serat organik), fairing radio-transparan (fiberglass), bantalan biasa (serat karbon) dan bagian lainnya.

Bahan komposit dengan matriks keramik. Untuk suhu operasi tertinggi, keramik digunakan sebagai bahan matriks. Bahan silikat (SiO 2), aluminosilikat (Al 2 O 3 - SiO 2), aluminoborosilikat (Al 2 O 3 - B 2 O 3 - SiO 2), aluminium oksida tahan api (Al 2 O 3), zirkonium digunakan sebagai matriks keramik (ZrO 2), berilium (BeO), silikon nitrida (Si 3 N 4), titanium borida (TiB 2) dan zirkonium (ZrB 2), silikon karbida (SiC) dan titanium (TiC). Komposit dengan matriks keramik memiliki titik leleh yang tinggi, ketahanan terhadap oksidasi, guncangan dan getaran termal, serta kuat tekan. CM keramik berbahan dasar karbida dan oksida dengan aditif serbuk logam (< 50об. %) называются sermet . Selain bubuk, kawat logam yang terbuat dari tungsten, molibdenum, niobium, baja tahan panas, serta serat non-logam (keramik dan karbon) digunakan untuk memperkuat CM keramik. Penggunaan kawat logam menciptakan bingkai plastik yang melindungi CM dari kerusakan ketika matriks keramik yang rapuh retak. Kerugian dari CM keramik yang diperkuat dengan serat logam adalah ketahanan panasnya yang rendah. CM dengan matriks oksida tahan api (dapat digunakan hingga 1000°C), borida dan nitrida (hingga 2000°C), dan karbida (lebih dari 2000°C) memiliki ketahanan panas yang tinggi. Ketika CM keramik diperkuat dengan serat silikon karbida, kekuatan ikatan yang tinggi antara CM dan matriks tercapai, dikombinasikan dengan ketahanan terhadap oksidasi pada suhu tinggi, yang memungkinkannya digunakan untuk pembuatan komponen dengan beban berat (suhu tinggi). bantalan, segel, bilah kerja mesin turbin gas, dll.). Kerugian utama keramik - kurangnya keuletan - sampai batas tertentu diimbangi dengan memperkuat serat yang menghambat penyebaran retakan pada keramik.

Komposit karbon-karbon . Penggunaan karbon amorf sebagai bahan matriks, dan serat karbon kristal (grafit) sebagai bahan penguat, memungkinkan terciptanya komposit yang mampu menahan pemanasan hingga 2500 °C. Komposit karbon-karbon semacam itu menjanjikan untuk penerbangan astronotika dan transatmosfer. Kerugian dari matriks karbon adalah kemungkinan oksidasi dan ablasi. Untuk mencegah fenomena tersebut, komposit dilapisi dengan lapisan tipis silikon karbida.

Matriks karbon, yang sifat fisik dan kimianya mirip dengan serat karbon, memastikan stabilitas termal CCCM

Paling aplikasi yang luas menemukan dua cara untuk menghasilkan komposit karbon-karbon:

1. karbonisasi matriks polimer dari preform serat karbon yang telah dibentuk sebelumnya dengan perlakuan panas suhu tinggi di lingkungan non-oksidasi;

2. pengendapan dari fase gas karbon pirolitik, terbentuk selama dekomposisi termal hidrokarbon di pori-pori substrat serat karbon.

Kedua metode ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Saat membuat UKCM mereka sering digabungkan untuk memberikan komposit sifat-sifat yang diperlukan.

Karbonisasi matriks polimer. Proses karbonisasi adalah perlakuan panas produk serat karbon hingga suhu 1073 K dalam lingkungan non-oksidasi (gas inert, lapisan batubara, dll.). Tujuan dari perlakuan panas adalah untuk mengubah bahan pengikat menjadi kokas. Selama proses karbonisasi, terjadi penghancuran termal pada matriks, disertai dengan hilangnya massa, penyusutan, pembentukan pori-pori dalam jumlah besar dan, sebagai akibatnya, penurunan sifat fisik dan mekanik komposit.

Karbonisasi paling sering dilakukan di tungku retort resistansi. Retort yang terbuat dari paduan tahan panas melindungi produk dari oksidasi oleh oksigen atmosfer, dan elemen pemanas dan insulasi - dari kontak dengan produk korosif yang mudah menguap dari pirolisis pengikat dan memastikan pemanasan seragam pada volume reaksi tungku.

Mekanisme dan kinetika karbonisasi ditentukan oleh rasio laju disosiasi ikatan kimia dan rekombinasi radikal yang dihasilkan. Proses ini disertai dengan penghilangan senyawa resin dan produk gas yang menguap serta pembentukan kokas padat, yang diperkaya dengan atom karbon. Oleh karena itu, selama proses karbonisasi Inti adalah pilihan rezim suhu-waktu, yang harus memastikan pembentukan maksimum residu kokas dari pengikat, karena kekuatan mekanik komposit karbonisasi bergantung, antara lain, pada jumlah kokas yang terbentuk.

Semakin besar dimensi produk, maka proses karbonisasi harus semakin lama. Laju kenaikan suhu selama karbonisasi berkisar dari beberapa derajat hingga beberapa puluh derajat per jam, durasi proses karbonisasi adalah 300 jam atau lebih. Karbonisasi biasanya berakhir pada kisaran suhu 1073-1773 K, sesuai dengan kisaran suhu transisi karbon menjadi grafit.

Sifat CCCM sangat bergantung pada jenis pengikat awal, yaitu resin organik sintetik yang menghasilkan residu kokas yang tinggi. Paling sering, resin fenol-formaldehida digunakan untuk tujuan ini karena kemampuan manufakturnya, ketersediaan biaya rendah, dan kokas yang terbentuk dalam proses ini sangat tahan lama.

Resin fenol-formaldehida memiliki kelemahan tertentu. Karena sifat polikondensasi dari proses pengawetan dan pelepasan senyawa yang mudah menguap, sulit untuk mendapatkan struktur padat yang homogen. Besarnya penyusutan selama karbonisasi pengikat fenol-formaldehida lebih besar dibandingkan jenis pengikat lain yang digunakan dalam produksi CCCM, yang menyebabkan terjadinya tekanan internal pada komposit karbonisasi dan penurunan sifat fisik dan mekaniknya.

Pengikat furan menghasilkan kokas yang lebih padat. Penyusutannya selama karbonisasi lebih kecil, dan kekuatan kokas lebih tinggi dibandingkan resin fenol-formaldehida. Oleh karena itu, meskipun siklus pengawetan lebih kompleks, bahan pengikat berbahan dasar furfural, furfurylidene aseton, dan furil alkohol juga digunakan dalam produksi CCCM.

Lapangan batubara dan minyak bumi sangat menjanjikan untuk memperoleh matriks karbon karena kandungan karbonnya yang tinggi (hingga 92-95%) dan jumlah kokas yang tinggi. Keunggulan pitch dibandingkan bahan pengikat lainnya adalah ketersediaan dan biaya rendah, penghapusan pelarut dari proses teknologi, kemampuan grafit kokas yang baik dan kepadatannya yang tinggi. Kerugian dari pitch termasuk pembentukan porositas yang signifikan, deformasi produk, dan adanya senyawa karsinogenik dalam komposisinya, yang memerlukan tindakan keamanan tambahan.

Karena pelepasan senyawa yang mudah menguap selama degradasi termal resin, porositas yang signifikan muncul pada plastik berkarbonasi, yang mengurangi sifat fisik dan mekanik CCCM. Oleh karena itu, tahap karbonisasi serat karbon menyelesaikan proses perolehan hanya bahan berpori yang tidak memerlukan kekuatan tinggi, misalnya CCCM densitas rendah untuk keperluan isolasi termal. Biasanya, untuk menghilangkan porositas dan meningkatkan kepadatan, bahan yang dikarbonisasi diresapi lagi dengan bahan pengikat dan dikarbonisasi (siklus ini dapat diulang beberapa kali). Impregnasi berulang dilakukan dalam autoklaf dalam mode "tekanan vakum", yaitu, benda kerja pertama-tama dipanaskan dalam ruang hampa, setelah itu pengikat disuplai dan tekanan berlebih hingga 0,6-1,0 MPa dibuat. Selama impregnasi, larutan dan lelehan bahan pengikat digunakan, dan porositas komposit menurun pada setiap siklus, sehingga perlu menggunakan bahan pengikat dengan viskositas yang lebih rendah. Tingkat pemadatan selama impregnasi ulang tergantung pada jenis pengikat, jumlah kokas, porositas produk dan tingkat pengisian pori-pori. Ketika kepadatan meningkat selama impregnasi berulang, kekuatan material juga meningkat. Dengan menggunakan metode ini, CCCM dapat diperoleh dengan kepadatan hingga 1800 kg/m 3 dan lebih tinggi. Metode karbonisasi serat karbon relatif sederhana, tidak memerlukan peralatan yang rumit, dan menjamin reproduktifitas yang baik dari sifat material produk yang dihasilkan. Namun, kebutuhan akan operasi pemadatan yang berulang secara signifikan memperpanjang dan meningkatkan biaya perolehan produk dari CCCM, yang merupakan kelemahan serius dari metode ini.

Setelah UKCM diterima oleh metode pengendapan karbon pirolitik dari fase gas gas hidrokarbon (metana, benzena, asetilena, dll.) atau campuran hidrokarbon dan gas pengencer (gas inert atau hidrogen) berdifusi melalui kerangka berpori serat karbon, di mana, di bawah pengaruh suhu tinggi, dekomposisi hidrokarbon terjadi pada permukaan serat yang dipanaskan. Pirokarbon yang mengendap secara bertahap menciptakan jembatan penghubung antar serat. Kinetika pengendapan dan struktur karbon pirolitik yang dihasilkan bergantung pada banyak faktor: suhu, laju aliran gas, tekanan, volume reaksi, dll. Sifat-sifat komposit yang dihasilkan juga ditentukan oleh jenis dan kandungan serat, dan sifat-sifat komposit. skema penguatan.

Proses pengendapan dilakukan dalam ruang hampa atau di bawah tekanan dalam tungku induksi, serta dalam tungku resistensi.

Beberapa metode teknologi untuk memproduksi matriks karbon pirolitik telah dikembangkan.

Dengan metode isotermal benda kerja terletak di ruang yang dipanaskan secara seragam. Pemanasan seragam dalam tungku induksi dipastikan dengan bantuan elemen penghasil bahan bakar - susceptor yang terbuat dari grafit. Gas hidrokarbon disuplai melalui bagian bawah tungku dan berdifusi melalui volume reaksi dan benda kerja; produk reaksi berbentuk gas dikeluarkan melalui saluran keluar di tutup tungku.

Proses biasanya dilakukan pada suhu 1173-1423 K dan tekanan 130-2000 kPa. Penurunan suhu menyebabkan penurunan laju deposisi dan perpanjangan durasi proses yang berlebihan. Peningkatan suhu mempercepat pengendapan karbon pirolitik, tetapi gas tidak memiliki waktu untuk berdifusi ke dalam volume benda kerja dan terjadi pelapisan permukaan karbon pirolitik. Prosesnya memakan waktu ratusan jam.

Metode isotermal biasanya digunakan untuk pembuatan bagian berdinding tipis, karena dalam hal ini pori-pori yang terletak di dekat permukaan produk sebagian besar terisi.

Ini digunakan untuk saturasi volumetrik pori-pori dan produksi produk berdinding tebal. metode non-isotermal, yang terdiri dari menciptakan gradien suhu pada benda kerja dengan menempatkannya pada mandrel atau inti yang dipanaskan atau dengan memanaskannya secara langsung dengan arus. Gas hidrokarbon disuplai dari sisi yang mempunyai lebih banyak suhu rendah. Tekanan di dalam tungku biasanya sama dengan tekanan atmosfer. Akibatnya pengendapan karbon pirolitik terjadi di zona terpanas. Efek pendinginan gas yang mengalir di atas permukaan dengan kecepatan tinggi adalah cara utama untuk mencapai gradien suhu.

Peningkatan kepadatan dan konduktivitas termal komposit menyebabkan pergerakan bagian depan suhu pengendapan, yang pada akhirnya memastikan pemadatan volumetrik material dan produksi produk dengan kepadatan tinggi (1700-1800 kg/m3).

Metode isotermal untuk memproduksi CCCM dengan matriks pirokarbon memiliki keunggulan sebagai berikut: sifat reproduktifitas yang baik; kesederhanaan desain teknis; kepadatan tinggi dan kemampuan grafik yang baik dari matriks; kemampuan untuk memproses beberapa produk secara bersamaan.

Kerugiannya antara lain: tingkat deposisi yang rendah; pengendapan permukaan karbon pirolitik; pengisian pori-pori besar yang buruk.

Metode non-isotermal memiliki keuntungan sebagai berikut: tingkat deposisi yang tinggi; kemungkinan mengisi pori-pori besar; segel volumetrik produk.

Kerugiannya adalah sebagai berikut: desain perangkat keras yang rumit; hanya satu produk yang diproses; kepadatan dan kemampuan grafis matriks yang tidak mencukupi; pembentukan retakan mikro.

3.4.4. Perlakuan panas suhu tinggi (grafitisasi) CCCM. Struktur plastik berkarbonisasi dan komposit dengan matriks pirokarbon setelah pemadatan dari fase gas tidak sempurna. Jarak antar lapisan d002, yang mencirikan tingkat keteraturan matriks karbon, relatif besar - lebih dari 3,44·10 4 μm, dan ukuran kristal relatif kecil - biasanya tidak lebih dari 5·10 -3 μm, yang merupakan tipikal untuk pemesanan dua dimensi dari lapisan dasar karbon. Selain itu, selama proses produksi, tekanan internal dapat timbul di dalamnya, yang dapat menyebabkan deformasi dan distorsi struktur produk bila bahan ini digunakan pada suhu di atas suhu karbonisasi atau pengendapan karbon pirolitik. Oleh karena itu, jika perlu untuk mendapatkan bahan yang lebih stabil secara termal, bahan tersebut harus mengalami perlakuan suhu tinggi. Temperatur perlakuan panas akhir ditentukan oleh kondisi pengoperasian, namun dibatasi oleh sublimasi material, yang terjadi secara intensif pada temperatur di atas 3273 K. Perlakuan panas dilakukan di tungku induksi atau tungku tahan di lingkungan non-oksidasi (pengisian ulang grafit, vakum, gas inert). Perubahan sifat bahan karbon-karbon selama perlakuan panas suhu tinggi ditentukan oleh banyak faktor: jenis bahan pengisi dan matriks, suhu akhir dan durasi perlakuan panas, jenis media dan tekanannya, serta faktor lainnya. Pada suhu tinggi, hambatan energi dalam bahan karbon diatasi, mencegah pergerakan senyawa multinuklir, keterikatan dan reorientasi timbal baliknya dengan ke tingkat yang lebih besar segel.

Durasi proses ini singkat dan tingkat konversi terutama ditentukan oleh suhu. Oleh karena itu, durasi proses perlakuan panas suhu tinggi jauh lebih singkat dibandingkan dengan karbonisasi atau pengendapan pirokarbon, dan biasanya mencapai beberapa jam. Selama perlakuan panas suhu tinggi terhadap plastik berkarbonisasi, terjadi deformasi produk yang tidak dapat diubah dan “penyembuhan” cacat secara bertahap. Untuk material yang digrafitisasi dengan baik berdasarkan pitch pada suhu di atas 2473 K, pertumbuhan intensif kristalit karbon terurut tiga dimensi diamati hingga transisi ke struktur grafit. Pada saat yang sama, dalam plastik berkarbonisasi berdasarkan pengikat polimer dengan grafit buruk, cacat struktural bertahan hingga 3273 K dan material tetap dalam bentuk struktural non-grafit.

38.1. Klasifikasi

Bahan komposit adalah bahan yang diperkuat dengan bahan pengisi yang disusun dengan cara tertentu dalam suatu matriks. Bahan pengisi paling sering merupakan zat dengan energi ikatan antar atom yang tinggi, kekuatan tinggi dan modulus tinggi, namun bahan pengisi yang sangat plastis juga dapat digunakan dalam kombinasi dengan matriks rapuh.

Komponen pengikat, atau matriks, dalam material komposit bisa berbeda - polimer, keramik, logam, atau campuran. Dalam kasus terakhir, kita berbicara tentang material komposit polimatriks.

Menurut morfologi fase penguatnya, material komposit dibagi menjadi:

berdimensi nol (sebutan: 0,), atau diperkuat oleh partikel dengan dispersi berbeda-beda, terdistribusi secara acak dalam matriks;

berserat satu dimensi (simbol: 1), atau diperkuat dengan serat kontinu atau diskrit searah;

berlapis dua dimensi (sebutan: 2), atau mengandung lamela atau lapisan penguat yang berorientasi identik (Gbr. 38.1).

Anisotropi material komposit, yang “dirancang” terlebih dahulu dengan tujuan menggunakannya dalam struktur yang sesuai, disebut struktural.

Berdasarkan ukuran fasa penguat atau ukuran sel penguat, material komposit dibedakan sebagai berikut:

submikrokomposit (ukuran sel penguat, serat atau diameter partikel<С 1 мкм), например, дисперсноупрочненные сплавы или волокни­стые композиционные материалы с очень тонкими волокнами:

mikrokomposit (ukuran sel penguat, diameter serat, partikel atau ketebalan lapisan ^1 μm), misalnya bahan yang diperkuat dengan partikel, serat karbon, silikon karbida, boron, dll., paduan eutektik searah;

makrokomposit (diameter atau ketebalan komponen penguat -100 mikron), misalnya bagian yang terbuat dari paduan tembaga atau aluminium yang diperkuat dengan tungsten atau kawat baja atau foil. Makrokomposit paling sering digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus bagian gesekan pada peralatan teknologi.

38.2. Interaksi antar muka pada material komposit

38.2.1. Kompatibilitas komponen secara fisikokimia dan termomekanis

Kombinasi zat-zat dalam satu bahan yang berbeda secara signifikan dalam komposisi kimia dan sifat fisik mengemuka dalam pengembangan, pembuatan dan penyambungan bahan komposit masalah kompatibilitas termodinamika dan kinetik komponen-komponennya. Dibawah tekanan

Kompatibilitas dinamis dipahami sebagai kemampuan matriks dan pengisi penguat untuk berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamika untuk waktu yang tidak terbatas pada suhu produksi dan pengoperasian. Hampir semua material komposit yang dibuat secara artifisial tidak kompatibel secara termodinamika. Satu-satunya pengecualian adalah beberapa sistem logam (Cu-W, Cu-Mo, Ag-W), di mana tidak ada interaksi kimia dan difusi antar fase selama waktu kontak yang tidak terbatas.

Kompatibilitas kinetik - kemampuan komponen material komposit untuk mempertahankan keseimbangan metastabil dalam interval suhu-waktu tertentu. Masalah kompatibilitas kinetik memiliki dua aspek: 1) fisik dan kimia - memastikan ikatan yang kuat antara komponen dan membatasi proses pelarutan, difusi hetero dan reaksi pada antarmuka, yang mengarah pada pembentukan produk interaksi rapuh dan degradasi kekuatan fase penguat dan material komposit secara keseluruhan; 2) termomekanis - mencapai distribusi tekanan internal yang menguntungkan yang berasal dari termal dan mekanik dan mengurangi levelnya; memastikan hubungan rasional antara pengerasan regangan matriks dan kemampuannya untuk mengendurkan tegangan, mencegah kelebihan beban dan kerusakan dini pada fase penguatan.

Ada kemungkinan berikut untuk meningkatkan kompatibilitas fisik dan kimia matriks logam dengan bahan pengisi penguat:

I. Pengembangan jenis pengisi penguat baru yang tahan terhadap kontak dengan matriks logam pada suhu tinggi, misalnya serat keramik, kumis dan partikel terdispersi silikon karbida, titanium, zirkonium, boron, aluminium oksida, zirkonium, silikon nitrida, boron , dll.

II Penerapan lapisan penghalang pada bahan pengisi penguat, misalnya pelapisan logam tahan api, titanium karbida, hafnium, boron, titanium nitrida, boron, yttrium oksida pada serat karbon, boron, silikon karbida. Beberapa lapisan penghalang pada serat, terutama lapisan logam, berfungsi sebagai cara untuk meningkatkan pembasahan serat melalui peleburan matriks, yang sangat penting ketika memproduksi material komposit dengan metode fase cair. Pelapis seperti ini sering disebut teknologi

Yang tidak kalah pentingnya adalah efek plastisisasi yang ditemukan selama penerapan pelapis teknologi, yang memanifestasikan dirinya dalam stabilisasi dan bahkan peningkatan kekuatan serat (misalnya, ketika serat boron dialuminisasi dengan menariknya melalui rendaman leleh atau ketika serat karbon nikel. dengan perlakuan panas berikutnya).

AKU AKU AKU. Penggunaan matriks logam dalam material komposit yang diolah dengan elemen yang memiliki afinitas lebih besar terhadap pengisi penguat daripada logam matriks, atau dengan aditif surfaktan. Perubahan yang diakibatkan dalam komposisi kimia antarmuka harus mencegah berkembangnya interaksi antar muka.Penggabungan paduan matriks dengan aditif aktif permukaan atau pembentuk karbida, serta penerapan pelapis teknologi pada serat, dapat membantu meningkatkan keterbasahan pengisi penguat dengan logam meleleh.

IV. Paduan matriks dengan unsur-unsur yang meningkatkan potensi kimia bahan pengisi penguat dalam paduan matriks, atau dengan bahan tambahan bahan pengisi penguat hingga konsentrasi jenuh pada suhu produksi dan pengoperasian bahan komposit. Paduan tersebut mencegah pembubaran fase penguat, yaitu meningkatkan stabilitas termal komposisi.

V. Pembuatan material komposit “buatan” yang mirip dengan komposisi eutektik “alami” dengan memilih komposisi komponen yang sesuai.

VI. Pemilihan durasi kontak optimal komponen selama proses tertentu untuk memproduksi material komposit atau dalam kondisi layanannya, yaitu dengan mempertimbangkan faktor suhu dan gaya. Durasi kontak, di satu sisi, harus cukup untuk pembentukan ikatan perekat yang kuat antar komponen; sebaliknya, tidak menyebabkan interaksi kimia yang intens, pembentukan fase antara yang rapuh dan penurunan kekuatan material komposit.

Kompatibilitas termo-mekanis komponen dalam material komposit dijamin oleh:

pemilihan paduan matriks dan pengisi dengan perbedaan minimal dalam modulus elastis, rasio Poisson, dan koefisien muai panas;

penggunaan lapisan perantara dan pelapis dalam memperkuat fase, mengurangi perbedaan sifat fisik matriks dan fase;

peralihan dari tulangan dengan komponen satu jenis ke tulangan poli, yaitu kombinasi serat, partikel atau lapisan penguat dalam satu bahan komposit yang berbeda komposisi dan sifat fisiknya;

mengubah geometri bagian, pola dan skala tulangan; morfologi, ukuran dan fraksi volume fase penguat; mengganti pengisi kontinu dengan pengisi diskrit;

pilihan metode dan mode untuk produksi material komposit yang menjamin tingkat kekuatan ikatan komponen-komponennya.

38.2.2. Memperkuat pengisi

Untuk memperkuat matriks logam, digunakan pengisi berkekuatan tinggi dan modulus tinggi - logam kontinu dan diskrit, serat non-logam dan keramik, serat dan partikel pendek, kumis (Tabel 38.1).

Serat karbon adalah salah satu bahan penguat paling canggih dan canggih dalam produksi. Keuntungan penting dari serat karbon adalah berat jenisnya yang rendah, konduktivitas termal mendekati logam (R = 83,7 W/(m-K)), relatif biaya rendah.

Serat disediakan dalam bentuk untaian miogofilamen lurus atau bengkok, kain atau pita yang dibuat darinya. Tergantung pada jenis bahan bakunya, diameter filamen bervariasi dari 2 hingga 10 mikron, jumlah filamit dalam satu bundel - dari ratusan hingga puluhan ribu keping.

Serat karbon memiliki ketahanan kimia yang tinggi terhadap kondisi atmosfer dan asam mineral. Ketahanan panas serat rendah: suhu pengoperasian jangka panjang di udara tidak melebihi 300-400 °C. Untuk meningkatkan ketahanan kimia jika bersentuhan dengan logam, lapisan penghalang titanium dan zirkonium borida, titanium karbida, zirkonium, silikon, dan logam tahan api diterapkan pada permukaan serat.

Serat boron diproduksi dengan pengendapan boron dari campuran gas hidrogen dan boron triklorida ke kawat tungsten atau karbon monofilamen yang dipanaskan hingga suhu 1100-1200 °C. Ketika dipanaskan di udara, serat boron mulai teroksidasi pada suhu 300-350 °C, dan pada 600-800 °C serat tersebut kehilangan kekuatannya sepenuhnya. Interaksi aktif dengan sebagian besar logam (Al, Mg, Ti, Fe, Ni) dimulai pada suhu 400-600 °C. Untuk meningkatkan ketahanan panas serat boron, lapisan tipis (2-6 μm) silikon karbida (SiC/B/W), boron karbida (B4C/B/W), boron nitrida (BN/B/W) diterapkan di fase gas.

Serat silikon karbida dengan diameter 100-200 mikron diproduksi dengan pengendapan pada suhu 1300 °C dari campuran uap-gas silikon tetraklorida dan metana, diencerkan dengan hidrogen dengan perbandingan 1:2:10, pada kawat tungsten

atau pitch serat karbon. Sampel serat terbaik memiliki kekuatan 3000-4000 MPa pada suhu 1100 °C

Serat silikon karbida tanpa biji dalam bentuk bundel multifilament, diperoleh dari organosilan cair dengan cara penarikan dan pirolisis, terdiri dari kristal ultrahalus f)-SiC.

Serat logam diproduksi dalam bentuk kawat dengan diameter 0,13; 0,25 dan 0,5 mm. Serat yang terbuat dari baja berkekuatan tinggi dan paduan berilium dimaksudkan terutama untuk memperkuat matriks yang terbuat dari paduan ringan dan titanium. Serat dari logam tahan api yang dicampur dengan fase renium, titanium, oksida dan karbida digunakan untuk memperkuat nikel-kromium, titanium, dan paduan lainnya yang tahan panas.

Kumis yang digunakan untuk penguat bisa dari logam atau keramik. Struktur kristal tersebut adalah monokristalin, diameternya biasanya mencapai 10 mikron dengan rasio panjang dan diameter 20-100.Kumis diperoleh dengan berbagai metode: pertumbuhan dari pelapis, pengendapan elektrolitik, pengendapan dari lingkungan uap-gas, kristalisasi dari fase gas melalui fase cair. melalui mekanisme uap-cair-kristal, pirolisis, kristalisasi dari larutan jenuh, viserasi

38.2.3. Paduan matriks

Dalam material komposit logam, matriks terutama digunakan dari paduan aluminium dan magnesium tempa dan cor ringan, serta paduan tembaga, nikel, kobalt, seng, timah, timah, dan perak; paduan nikel-kromium, titanium, zirkonium, vanadium tahan panas; paduan logam tahan api kromium dan niobium (Tabel 38 2).

38.2.4. Jenis ikatan dan struktur antarmuka pada material komposit

Bergantung pada bahan pengisi dan matriks, metode dan cara memperoleh bahan komposit melintasi antarmuka, enam jenis ikatan diterapkan (Tabel 38.3). Ikatan terkuat antar komponen dalam komposisi matriks logam dihasilkan oleh interaksi kimia. Jenis ikatan yang umum adalah campuran, diwakili oleh larutan padat dan fase intermetalik (misalnya, komposisi “serat aluminium-boron” yang diperoleh dengan pengecoran kontinu) atau larutan padat, fase intermetalik dan oksida (komposisi yang sama diperoleh dengan menekan plasma semi- produk jadi), dll.

38.3. Metode untuk memproduksi material komposit

Teknologi produksi material komposit logam ditentukan oleh desain produk, terutama jika produk tersebut memiliki bentuk yang kompleks dan memerlukan persiapan sambungan dengan cara mengelas, menyolder, mengelem atau memukau, dan, biasanya, bersifat multi-transisi.

Dasar unsur untuk produksi suku cadang atau produk setengah jadi (lembaran, pipa, profil) dari bahan komposit paling sering disebut prepreg, atau pita dengan satu lapisan pengisi penguat, diresapi atau dilapisi dengan paduan matriks; penarik serat yang diresapi logam atau serat individu yang dilapisi dengan paduan matriks.

Bagian dan produk setengah jadi diperoleh dengan menggabungkan (memadat) prepreg asli menggunakan metode impregnasi, pengepresan panas, penggulungan atau penarikan paket prepreg. Kadang-kadang prepreg dan produk yang terbuat dari bahan komposit diproduksi menggunakan metode yang sama, misalnya menggunakan teknologi bubuk atau pengecoran, tetapi dalam mode yang berbeda dan pada tahap teknologi yang berbeda.

Metode pembuatan prepreg, produk setengah jadi dan produk dari material komposit dengan matriks logam dapat dibagi menjadi lima kelompok utama: 1) fase uap-gas; 2) kimia dan elektrokimia; 3) fase cair; 4) fase padat; 5) fase padat-cair.

38.4. Sifat bahan komposit matriks logam

Material komposit dengan matriks logam memiliki sejumlah keunggulan yang tidak dapat disangkal dibandingkan material struktural lainnya yang dimaksudkan untuk digunakan dalam kondisi ekstrim. Keuntungan ini meliputi: kekuatan tinggi dan... kekakuan dikombinasikan dengan ketangguhan patah yang tinggi; kekuatan dan kekakuan spesifik yang tinggi (perbandingan kekuatan tarik dan modulus elastisitas dengan berat jenis a/y dan E/y); batas kelelahan yang tinggi; ketahanan panas yang tinggi; sensitivitas rendah terhadap kejutan termal, terhadap cacat permukaan, sifat redaman tinggi, konduktivitas listrik dan termal, kemampuan manufaktur dalam desain, pemrosesan dan penyambungan (Tabel 38 4).

Dengan tidak adanya persyaratan khusus untuk material mengenai konduktivitas termal, konduktivitas listrik, ketahanan dingin dan sifat lainnya, kisaran suhu pengoperasian material komposit ditentukan sebagai berikut:<250 °С - для материалов с полимерными матрицами; >1000 °C - untuk bahan dengan matriks keramik; Material komposit dengan matriks logam menutupi batas ini

Karakteristik kekuatan beberapa material komposit diberikan pada Tabel 38 5.

Jenis sambungan utama material komposit saat ini adalah sambungan baut, paku keling, perekat, sambungan dengan menyolder dan mengelas, dan digabungkan. Sambungan dengan menyolder dan mengelas sangat menjanjikan, karena membuka peluang untuk sepenuhnya mewujudkan sifat unik dari suatu komposit. materi dalam suatu struktur, namun implementasinya merupakan tugas ilmiah dan teknis yang kompleks dan dalam banyak kasus belum keluar dari tahap eksperimental

38.5. Masalah kemampuan las material komposit

Jika yang dimaksud dengan kemampuan las adalah kemampuan suatu bahan untuk membentuk sambungan las yang sifat-sifatnya tidak kalah dengannya, maka bahan komposit dengan matriks logam, terutama yang berserat, harus digolongkan sebagai bahan yang sulit dilas. Ada beberapa alasan untuk hal ini.

I. Metode pengelasan dan penyolderan melibatkan penyambungan material komposit melalui matriks logam. Pengisi penguat pada lapisan yang dilas atau dibrazing sama sekali tidak ada (misalnya, pada las butt yang terletak melintang ke arah tulangan pada material komposit berserat atau berlapis), atau terdapat dalam fraksi volume yang berkurang (saat mengelas bahan yang diperkuat dispersi dengan kabel yang mengandung fase penguat terpisah), atau terdapat pelanggaran kontinuitas dan arah tulangan (misalnya, selama pengelasan difusi komposisi berserat melintasi arah tulangan). Oleh karena itu, lapisan yang dilas atau disolder merupakan area lemah dari struktur material komposit, yang memerlukan pertimbangan saat merancang dan mempersiapkan sambungan untuk pengelasan. Dalam literatur, terdapat usulan untuk pengelasan otonom komponen komposisi untuk menjaga kontinuitas tulangan (misalnya, pengelasan tekanan serat tungsten dalam komposisi tembaga tungsten), namun, pengelasan butt otonom dari bahan komposit berserat memerlukan persiapan khusus pada bagian tepinya. , kepatuhan yang ketat terhadap nada penguat dan hanya cocok untuk bahan yang diperkuat serat logam. Usulan lainnya adalah menyiapkan sambungan butt dengan serat yang tumpang tindih melebihi panjang kritis, namun hal ini menimbulkan kesulitan dalam mengisi sambungan dengan bahan matriks dan memastikan ikatan yang kuat pada antarmuka serat-matriks.

II. Lebih mudah untuk mempertimbangkan pengaruh pemanasan pengelasan pada perkembangan interaksi fisikokimia dalam material komposit menggunakan contoh sambungan yang terbentuk ketika busur melelehkan bahan berserat melintasi arah tulangan (Gbr. 38.2). Jika logam matriks tidak memiliki polimorfisme (misalnya Al, Mg, Cu, Ni, dll.), maka 4 zona utama dapat dibedakan dalam sambungan: 1 - zona dipanaskan hingga suhu balik matriks (dengan analogi dengan pengelasan bahan homogen, kami akan menyebut zona ini sebagai bahan utama); 2 - zona dibatasi oleh suhu balik dan rekristalisasi logam matriks (zona kembali); 3 zona,

dibatasi oleh suhu rekristalisasi dan peleburan matriks (zona rekristalisasi); 4 - zona pemanasan di atas suhu leleh matriks (sebut saja zona ini las). Jika matriks pada material komposit merupakan paduan Ti, Zr, Fe dan logam lain yang mengalami transformasi polimorfik, maka subzona dengan rekristalisasi matriks fase lengkap atau sebagian akan muncul di zona 3, namun untuk pertimbangan ini poin tersebut tidak signifikan.

Perubahan sifat material komposit dimulai di zona 2. Di sini, proses pemulihan menghilangkan pengerasan regangan matriks yang dicapai selama pemadatan fase padat material komposit (dalam komposisi yang diperoleh dengan metode fase cair, pelunakan tidak diamati dalam hal ini. daerah).

Di zona 3 terjadi rekristalisasi dan pertumbuhan butiran logam matriks. Karena mobilitas difusi atom matriks, pengembangan lebih lanjut interaksi interfase, yang dimulai pada proses produksi material komposit, menjadi mungkin; ketebalan lapisan getas meningkat dan sifat material komposit secara keseluruhan memburuk. Saat bahan las fusi
Ketika diperoleh dengan metode pemadatan bubuk atau prepreg fase padat dengan bubuk atau matriks yang disemprotkan, porositas mungkin terjadi di sepanjang batas fusi dan batas interfase yang berdekatan, sehingga menurunkan tidak hanya sifat kekuatan, tetapi juga kekencangan sambungan las.

Di zona 4 (jahitan las), 3 bagian dapat dibedakan:

Bagian 4", berdekatan dengan sumbu las, di mana karena panas berlebih yang kuat di bawah busur lelehan matriks logam dan durasi terlama logam berada dalam keadaan cair, terjadi pembubaran lengkap fase penguat;

Bagian 4", ditandai dengan suhu pemanasan lelehan yang lebih rendah dan durasi kontak fase penguat dengan lelehan yang lebih pendek. Di sini fase ini hanya larut sebagian dalam lelehan (misalnya, diameter serat mengecil, muncul rongga pada permukaannya; kesearahan penguatan terganggu);

Bagian 4"", di mana tidak ada perubahan nyata dalam dimensi fase penguat, tetapi interaksi intens dengan lelehan berkembang, lapisan atau pulau produk interaksi getas terbentuk, dan kekuatan fase penguat menurun. Akibatnya zona 4 menjadi zona kerusakan maksimum material komposit selama pengelasan.

AKU AKU AKU. Karena perbedaan ekspansi termal bahan matriks dan fase penguat pada sambungan las bahan komposit, timbul tegangan termoelastik tambahan, yang menyebabkan terbentuknya berbagai cacat: retak, rusaknya fase penguat getas di zona paling panas 4 sambungan. , delaminasi sepanjang batas interfase di zona 3.

Untuk memastikan sifat sambungan las material komposit yang tinggi, disarankan hal berikut ini.

Pertama, di antara metode penyambungan yang diketahui, preferensi harus diberikan pada metode pengelasan fase padat, yang mana, karena masukan energi yang lebih rendah, degradasi minimal sifat-sifat komponen di zona sambungan dapat dicapai.

Kedua, mode pengelasan bertekanan harus dipilih untuk mencegah perpindahan atau penghancuran komponen penguat.

Ketiga, ketika mengelas fusi material komposit, metode dan mode harus dipilih yang memastikan masukan panas minimal ke zona sambungan.

Keempat, pengelasan fusi harus direkomendasikan untuk menyambung material komposit dengan komponen yang kompatibel secara termodinamika, seperti tembaga-tungsten, tembaga-molibdenum, perak-tungsten, atau diperkuat dengan bahan pengisi tahan panas, seperti serat silikon karbida, atau bahan pengisi dengan lapisan penghalang, seperti serat boron dengan lapisan boron karbida atau silikon karbida.

Kelima, bahan elektroda atau pengisi atau bahan bantalan perantara untuk pengelasan fusi atau penyolderan harus mengandung aditif paduan yang membatasi pembubaran komponen penguat dan pembentukan produk getas dari interaksi antar muka selama proses pengelasan dan selama pengoperasian selanjutnya dari bahan yang dilas. unit.

38.5.1. Pengelasan material komposit

Material komposit berserat dan laminasi paling sering disambung secara tersusun. Perbandingan panjang lantai dengan ketebalan material biasanya melebihi 20. Sambungan semacam itu juga dapat diperkuat dengan sambungan paku keling atau baut. Selain sambungan pangkuan, sambungan las butt dan sudut juga dapat dibuat searah dengan tulangan dan, yang lebih jarang, melintang terhadap arah tulangan. Dalam kasus pertama, dengan pilihan metode dan mode pengelasan atau penyolderan yang tepat, kekuatan sambungan yang sama dapat dicapai; dalam kasus kedua, kekuatan sambungan biasanya tidak melebihi kekuatan bahan matriks.

Material komposit yang diperkuat dengan partikel, serat pendek, dan kumis dilas menggunakan teknik yang sama seperti paduan pengerasan presipitasi atau material bubuk. Dalam hal ini, kekuatan sambungan las yang sama dengan bahan dasar dapat dicapai asalkan bahan komposit dibuat menggunakan teknologi fase cair, diperkuat dengan bahan pengisi tahan panas dan ketika memilih mode pengelasan dan bahan pengelasan yang sesuai. Dalam beberapa kasus, elektroda atau bahan pengisi mungkin memiliki komposisi yang serupa atau mirip dengan bahan dasar.

38.5.2. Pengelasan busur terlindung gas

Metode ini digunakan untuk pengelasan fusi material komposit dengan matriks logam dan paduan yang aktif secara kimia (aluminium, magnesium, titanium, nikel, kromium). Pengelasan dilakukan dengan elektroda yang tidak dapat dikonsumsi dalam atmosfer argon atau campuran dengan helium. Untuk mengatur efek termal pengelasan pada material, disarankan untuk menggunakan busur berdenyut, busur terkompresi, atau busur tiga fase.

Untuk meningkatkan kekuatan sambungan, disarankan untuk membuat sambungan menggunakan elektroda komposit atau kabel pengisi dengan kandungan volumetrik fase penguat 15-20%. Serat pendek boron, safir, nitrida atau silikon karbida digunakan sebagai fase penguat.

38.5.3. Pengelasan berkas elektron

Keuntungan dari metode ini adalah tidak adanya oksidasi logam cair dan pengisi penguat, degassing vakum logam di zona pengelasan, konsentrasi energi yang tinggi dalam balok, yang memungkinkan diperoleh sambungan dengan lebar leleh minimum. zona dan zona yang terkena dampak panas. Keuntungan terakhir ini sangat penting ketika membuat sambungan material komposit serat ke arah penguatan. Dengan persiapan sambungan khusus, pengelasan menggunakan spacer pengisi dapat dilakukan.

38.5.4. Pengelasan titik resistansi

Kehadiran fase penguat dalam material komposit mengurangi konduktivitas termal dan listrik dibandingkan dengan material matriks dan mencegah pembentukan inti cor. Hasil yang memuaskan diperoleh dengan pengelasan spot material komposit lembaran tipis dengan lapisan cladding. Saat mengelas lembaran dengan berbagai ketebalan atau lembaran komposit dengan lembaran logam homogen, untuk membawa inti titik las ke bidang kontak lembaran dan menyeimbangkan perbedaan konduktivitas listrik material, pilih elektroda dengan konduktivitas berbeda, mengompresi zona perifer, mengubah diameter dan jari-jari kelengkungan elektroda, dan ketebalan lapisan kelongsong, menggunakan gasket tambahan.

Kekuatan rata-rata titik las saat mengelas pelat aluminium bertulang boron monoaksial dengan ketebalan 0,5 mm (dengan fraksi volume serat 50%) adalah 90% dari kekuatan boron-aluminium pada bagian yang setara. Kekuatan sambungan lembaran bora-aluminium dengan tulangan silang lebih tinggi dibandingkan dengan lembaran dengan tulangan uniaksial.

38.5.5. Pengelasan difusi

Prosesnya dilakukan pada tekanan tinggi tanpa menggunakan solder. Jadi, bagian aluminium boron yang akan disambung dipanaskan dalam retort tertutup hingga suhu 480 °C pada tekanan hingga 20 MPa dan dipertahankan dalam kondisi ini selama 30-90 menit. Proses teknologi pengelasan titik ketahanan difusi bora-aluminium dengan titanium hampir tidak berbeda dengan pengelasan titik fusi. Perbedaannya adalah mode pengelasan dan bentuk elektroda dipilih sehingga suhu pemanasan matriks aluminium mendekati suhu leleh, tetapi lebih rendah. Akibatnya, zona difusi dengan ketebalan 0,13 hingga 0,25 mikron terbentuk pada titik kontak.

Spesimen yang dilas dengan pengelasan titik difusi, ketika diuji dalam tegangan pada kisaran suhu 20-120 °C, akan hancur di sepanjang bahan dasar dengan robekan di sepanjang serat. Pada suhu 315 °C, sampel dihancurkan oleh geseran pada sambungan.

38.5.6. Pengelasan baji-tekan

Untuk menyambung ujung-ujung paduan struktural konvensional dengan pipa atau badan yang terbuat dari bahan komposit, telah dikembangkan metode untuk mengelas logam-logam berbeda yang kekerasannya sangat berbeda, yang dapat disebut mesin press micro-wedge. Tekanan pengepresan diperoleh akibat tegangan termal yang timbul pada saat mandrel dan dudukan alat las termokompresi dipanaskan, terbuat dari bahan dengan koefisien muai panas (TE) yang berbeda. Elemen akhir, pada permukaan kontak yang diterapkan benang baji, dirakit dengan pipa yang terbuat dari bahan komposit, serta dengan mandrel dan dudukan. Perangkat rakitan dipanaskan dalam lingkungan pelindung hingga suhu 0,7-0,9 dari titik leleh logam yang paling mudah melebur. Mandrel perlengkapan memiliki CTE yang lebih tinggi daripada dudukannya. Selama proses pemanasan, jarak antara permukaan kerja mandrel dan dudukannya dikurangi, dan tonjolan (“irisan”) benang di ujungnya ditekan ke dalam lapisan selubung pipa. Kekuatan sambungan fase padat tidak lebih rendah dari kekuatan matriks atau logam pelapis.

38.5.7. Pengelasan ledakan

Pengelasan ledakan digunakan untuk menyambung lembaran, profil dan pipa yang terbuat dari bahan komposit logam yang diperkuat dengan serat atau lapisan logam yang mempunyai sifat plastis cukup tinggi untuk menghindari hancurnya fasa penguat, serta untuk menyambung bahan komposit dengan penguat yang terbuat dari berbagai logam dan paduan. . Kekuatan sambungan biasanya sama atau bahkan lebih tinggi (akibat pengerasan regangan) dibandingkan kekuatan bahan matriks paling lemah yang digunakan pada bagian yang akan disambung. Untuk meningkatkan kekuatan sambungan, digunakan gasket perantara yang terbuat dari bahan lain.

Biasanya tidak ada pori-pori atau retakan pada persendian. Daerah leleh pada zona transisi, terutama pada saat ledakan logam yang berbeda, merupakan campuran fase tipe eutektik.

38.6. Penyolderan material komposit

Proses penyolderan sangat menjanjikan untuk menyambung material komposit, karena dapat dilakukan pada suhu yang tidak mempengaruhi pengisi penguat dan tidak menyebabkan berkembangnya interaksi antar muka.

Penyolderan dilakukan dengan teknik konvensional, yaitu dengan cara direndam dalam solder atau dalam oven. Pertanyaan tentang kualitas persiapan permukaan untuk penyolderan sangat penting. Sambungan yang dibuat dengan solder brazing menggunakan fluks rentan terhadap korosi, sehingga fluks harus dihilangkan seluruhnya dari area sambungan.

Menyolder dengan solder keras dan lunak

Beberapa opsi untuk menyolder aluminium boron telah dikembangkan. Solder untuk penyolderan suhu rendah telah diuji. Solder dengan komposisi 55% Cd -45% Ag, 95% Cd -5% Ag, 82,5% Cd-17,5% Zn direkomendasikan untuk komponen yang beroperasi pada suhu tidak melebihi 90 °C; komposisi solder 95% Zn - 5% Al - untuk suhu pengoperasian hingga 315 °C. Untuk meningkatkan pembasahan dan penyebaran solder, lapisan nikel setebal 50 mikron diaplikasikan pada permukaan yang akan disambung. Penyolderan suhu tinggi dilakukan menggunakan solder eutektik dari sistem aluminium-silikon pada suhu sekitar 575-615 °C. Waktu penyolderan harus dijaga seminimal mungkin karena risiko penurunan kekuatan serat boron.

Kesulitan utama dalam menyolder komposisi karbon-aluminium baik satu sama lain maupun dengan paduan aluminium terkait dengan buruknya keterbasahan komposisi karbon-aluminium dengan solder. Penyolder terbaik adalah paduan 718 (A1-12% Si) atau lapisan foil bergantian dari paduan 6061. Penyolderan dilakukan dalam oven dalam atmosfer argon pada suhu 590 ° C selama 5-10 menit. Untuk menghubungkan bora-aluminium dan karbon-aluminium dengan titanium, solder sistem aluminium-silikon-magnesium dapat digunakan. Untuk meningkatkan kekuatan sambungan, disarankan untuk mengaplikasikan lapisan nikel pada permukaan titanium.

Penyolderan difusi eutektik. Metodenya terdiri dari penerapan lapisan tipis logam kedua pada permukaan bagian yang dilas, membentuk eutektik dengan logam matriks. Untuk matriks yang terbuat dari paduan aluminium, digunakan lapisan Ag, Cu, Mg, Ge, Zn, yang suhu eutektiknya dengan aluminium masing-masing adalah 566, 547, 438, 424 dan 382 °C. Akibat proses difusi, konsentrasi unsur kedua pada zona kontak berangsur-angsur berkurang, dan suhu leleh senyawa meningkat mendekati suhu leleh matriks. Dengan demikian, sambungan solder dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dari suhu punkka.

Pada penyolderan difusi aluminium boron, permukaan bagian yang akan disambung dilapisi dengan perak dan tembaga, kemudian dikompresi dan dipelihara di bawah tekanan hingga 7 MPa pada suhu 510-565 °C dalam retort baja dalam ruang hampa atau suasana lembam.

Jenis material komposit ini termasuk material seperti SAP (sintered aluminium powder), yaitu aluminium yang diperkuat dengan partikel aluminium oksida yang tersebar. Serbuk aluminium diperoleh dengan menyemprotkan logam cair, diikuti dengan penggilingan di ball mill hingga ukuran sekitar 1 mikron dengan adanya oksigen. Dengan bertambahnya waktu penggilingan, bubuk menjadi lebih halus dan kandungan aluminium oksidanya meningkat. Teknologi lebih lanjut untuk produksi produk dan produk setengah jadi dari SAP mencakup pengepresan dingin, pra-sintering, pengepresan panas, penggulungan atau ekstrusi billet aluminium yang disinter dalam bentuk produk jadi yang dapat dikenakan perlakuan panas tambahan.

Paduan tipe SAP digunakan dalam teknik pesawat terbang untuk pembuatan suku cadang dengan kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan terhadap korosi, beroperasi pada suhu hingga 300 - 500 °C. Mereka digunakan untuk membuat batang piston, bilah kompresor, cangkang elemen bahan bakar dan pipa penukar panas.

Penguatan aluminium dan paduannya dengan kawat baja meningkatkan kekuatannya, meningkatkan modulus elastisitas, ketahanan lelah, dan memperluas kisaran suhu masa pakai material.

Penguatan dengan serat pendek dilakukan dengan metode metalurgi serbuk, yang terdiri dari pengepresan dilanjutkan dengan hidroekstrusi atau penggulungan blanko. Saat memperkuat komposisi tipe sandwich yang terdiri dari lapisan aluminium foil dan serat bergantian dengan serat kontinu, digunakan penggulungan, pengepresan panas, pengelasan ledakan, dan pengelasan difusi.

Bahan yang sangat menjanjikan adalah komposisi kawat aluminium-berilium, yang mewujudkan sifat fisik dan mekanik penguat berilium yang tinggi dan, pertama-tama, kepadatannya yang rendah dan kekakuan spesifiknya yang tinggi. Komposisi dengan kawat berilium diperoleh dengan pengelasan difusi paket lapisan kawat berilium dan lembaran matriks yang berselang-seling. Paduan aluminium yang diperkuat dengan kabel baja dan berilium digunakan untuk membuat bagian badan roket dan tangki bahan bakar.

Dalam komposisi “aluminium - serat karbon”, kombinasi tulangan dan matriks kepadatan rendah memungkinkan terciptanya material komposit dengan kekuatan dan kekakuan spesifik yang tinggi. Kerugian dari serat karbon adalah kerapuhan dan reaktivitasnya yang tinggi. Komposisi aluminium-karbon diperoleh dengan menghamili serat karbon dengan logam cair atau menggunakan metode metalurgi serbuk. Secara teknologi, cara termudah untuk melakukannya adalah dengan menarik kumpulan serat karbon melalui aluminium cair.

Komposit aluminium-karbon digunakan dalam struktur tangki bahan bakar pesawat tempur modern. Karena kekuatan spesifik dan kekakuan material yang tinggi, bobot tangki bahan bakar berkurang sebesar 30%. Bahan ini juga digunakan untuk pembuatan bilah turbin mesin turbin gas pesawat terbang.

Bahan komposit dengan matriks non-logam

Material komposit dengan matriks non-logam telah banyak digunakan dalam industri. Bahan polimer, karbon dan keramik digunakan sebagai matriks non-logam. Matriks polimer yang paling banyak digunakan adalah epoksi, fenol-formaldehida, dan poliamida. Matriks batubara dibuat kokas atau diperoleh dari polimer sintetik yang mengalami pirolisis (dekomposisi, disintegrasi). Matriks mengikat komposisi, memberinya bentuk. Penguat adalah serat: kaca, karbon, boron, organik, berbahan dasar kristal kumis (oksida, karbida, borida, nitrida, dll), serta logam (kabel), yang memiliki kekuatan dan kekakuan tinggi.

Sifat-sifat material komposit bergantung pada komposisi komponen, kombinasinya, rasio kuantitatif dan kekuatan ikatan antar komponen.

Kandungan pengeras pada bahan berorientasi adalah 60 - 80 vol. %, dalam non-orientasi (dengan serat dan kumis terpisah) - 20 - 30 vol. %. Semakin tinggi kekuatan dan modulus elastisitas serat maka semakin tinggi pula kekuatan dan kekakuan material komposit tersebut. Sifat-sifat matriks menentukan kekuatan geser dan tekan komposisi serta ketahanan terhadap kegagalan lelah.

Berdasarkan jenis perkuatannya, material komposit diklasifikasikan menjadi serat kaca, serat karbon dengan serat karbon, serat boron dan serat organofiber.

Pada bahan berlapis, serat, benang, pita yang diresapi dengan bahan pengikat diletakkan sejajar satu sama lain pada bidang peletakan. Lapisan planar dirangkai menjadi pelat. Sifatnya anisotropik. Agar material dapat bekerja pada suatu produk, penting untuk memperhitungkan arah beban kerja. Anda dapat membuat material dengan sifat isotropik dan anisotropik. Serat dapat diletakkan pada sudut yang berbeda, memvariasikan sifat material komposit. Kekakuan lentur dan torsional material bergantung pada urutan peletakan lapisan pada ketebalan bungkusan.

Penguat dari tiga, empat atau lebih benang digunakan (Gbr. 7). Struktur yang paling banyak digunakan adalah struktur tiga benang yang saling tegak lurus. Penguat dapat ditempatkan pada arah aksial, radial, dan melingkar.

Bahan tiga dimensi dapat memiliki ketebalan berapa pun dalam bentuk balok atau silinder. Kain berukuran besar meningkatkan kekuatan kupas dan kekuatan geser dibandingkan dengan kain laminasi. Sebuah sistem empat ulir dibangun dengan menempatkan tulangan di sepanjang diagonal kubus. Struktur empat ulir adalah keseimbangan dan telah meningkatkan kekakuan geser pada bidang utama. Namun, membuat material empat arah lebih sulit daripada membuat material tiga arah.

Beras. 7. Skema perkuatan material komposit: 1- persegi panjang, 2- heksagonal, 3- miring, 4- dengan serat melengkung, 5 – sistem n benang

Yang paling efektif dari sudut pandang penggunaan dalam kondisi gesekan kering yang paling parah adalah bahan antifriction berdasarkan polytetrafluoroethylene (PTFE).

PTFE dicirikan oleh koefisien gesekan statis yang cukup tinggi, namun, selama gesekan geser, lapisan polimer yang sangat berorientasi tinggi terbentuk pada permukaan PTFE, yang membantu menyamakan koefisien gesekan statis dan dinamis serta pergerakan halus saat meluncur. . Ketika arah geser berubah, keberadaan lapisan permukaan yang berorientasi menyebabkan peningkatan sementara pada koefisien gesekan, yang nilainya kembali menurun seiring dengan reorientasi lapisan permukaan. Perilaku gesekan PTFE ini menyebabkan penggunaannya secara luas di industri, dimana PTFE yang tidak terisi terutama digunakan untuk produksi bantalan. Dalam banyak kasus, bantalan yang tidak dilumasi harus beroperasi pada tingkat gesekan yang lebih tinggi. Pada saat yang sama, PTFE yang tidak terisi ditandai dengan nilai koefisien gesekan dan tingkat keausan yang tinggi. Bahan komposit, paling sering berdasarkan PTFE, telah banyak digunakan sebagai bahan bantalan tidak berpelumas yang beroperasi dalam kondisi seperti itu.

Cara paling sederhana untuk mengurangi tingkat keausan PTFE yang relatif tinggi selama gesekan kering adalah dengan menggunakan bahan pengisi bubuk. Pada saat yang sama, ketahanan mulur selama kompresi meningkat dan peningkatan ketahanan aus yang signifikan selama gesekan kering diamati. Pengenalan jumlah pengisi yang optimal memungkinkan peningkatan ketahanan aus hingga 10 4 kali lipat.

Polimer dan material komposit berdasarkan bahan tersebut memiliki serangkaian sifat fisik dan mekanik yang unik, sehingga berhasil bersaing dengan baja dan paduan struktural tradisional, dan dalam beberapa kasus, tanpa menggunakan bahan polimer, tidak mungkin untuk memastikan karakteristik fungsional yang diperlukan. dan kinerja produk dan mesin khusus. Kemampuan manufaktur yang tinggi dan intensitas energi yang rendah dari teknologi untuk mengolah plastik menjadi produk, dikombinasikan dengan keunggulan PCM yang disebutkan di atas, menjadikannya bahan yang sangat menjanjikan untuk suku cadang mesin untuk berbagai keperluan.

Pengisi bubuk dimasukkan ke dalam matriks material komposit untuk mewujudkan sifat yang melekat pada bahan pengisi dalam sifat fungsional komposit. Dalam komposit bubuk, matriksnya sebagian besar adalah logam dan polimer. Komposit bubuk dengan matriks polimer mempunyai nama "plastik".

Komposit Matriks Logam

Komposit matriks logam. Komposit bubuk dengan matriks logam diproduksi dengan pengepresan dingin atau panas dari campuran matriks dan bubuk pengisi, diikuti dengan sintering produk setengah jadi yang dihasilkan dalam lingkungan inert atau reduksi pada suhu sekitar 0,75 T hal logam matriks. Terkadang proses pengepresan dan sintering digabungkan. Teknologi untuk memproduksi komposit bubuk disebut “metalurgi serbuk”. Metode metalurgi serbuk digunakan untuk memproduksi sermet dan paduan dengan sifat khusus.

Kermet adalah bahan komposit dengan matriks logam, yang pengisinya adalah partikel keramik terdispersi, misalnya karbida, oksida, borida, silisida, nitrida, dll. Kobalt, nikel, dan kromium terutama digunakan sebagai matriks. Cermet menggabungkan kekerasan, ketahanan panas, dan ketahanan panas keramik dengan ketangguhan tinggi dan konduktivitas termal logam. Oleh karena itu, cermet, tidak seperti keramik, tidak terlalu rapuh dan dapat menahan perubahan suhu yang besar tanpa kerusakan.

Cermet paling banyak digunakan dalam produksi alat pengerjaan logam. Paduan keras berbentuk bubuk disebut cermet untuk tujuan instrumental.

Pengisi bubuk dari paduan keras adalah karbida atau karbonitrida dengan jumlah 80% atau lebih. Tergantung pada jenis pengisi dan logam yang berfungsi sebagai matriks komposit, paduan keras bubuk dibagi menjadi empat kelompok:

• 1) WC-Co - tipe B K karbida tunggal;
• 2) WC-TiC-Co - TK tipe dua karbida,
• 3) WC-TiC-TaC-Co - TTK tipe tiga karbida;
• 4) TiC dan TiCN-(Ni + Mo) - paduan berdasarkan titanium karbida dan karbonitrida - bebas tungsten tipe TN dan KNT.

Paduan VK. Paduan ditandai dengan huruf VK dan angka yang menunjukkan kandungan kobalt. Misalnya komposisi paduan VK6 adalah: 94% WC dan 6% Co. Ketahanan panas paduan VK adalah sekitar 900°C. Paduan golongan ini mempunyai kekuatan yang paling besar dibandingkan dengan paduan keras lainnya.

paduan TK. Paduan ditandai dengan kombinasi huruf dan angka. Angka setelah T menunjukkan kandungan titanium karbida dalam paduan, dan setelah K - kobalt. Misalnya komposisi paduan T15K6: TiC - 15%, Co - 6%, sisanya 79% WC. Kekerasan paduan TK, karena masuknya titanium karbida yang lebih keras ke dalam komposisi pengisinya, lebih besar daripada kekerasan paduan VK. Mereka juga memiliki keunggulan dalam ketahanan panas - 1000°C, tetapi kekuatannya dengan kandungan kobalt yang sama adalah lebih rendah.

Paduan TTK (TT7K12, TT8K, TT20K9). Penunjukan paduan TTK mirip dengan TK. Angka setelah huruf kedua T menunjukkan kandungan total karbida TiC dan TaC.

Dengan ketahanan panas yang sama (1000°C), paduan TTK lebih unggul daripada paduan TK dengan kandungan kobalt yang sama baik dalam kekerasan maupun kekuatan. Efek terbesar dari paduan dengan tantalum karbida muncul pada beban siklik - umur kelelahan akibat benturan meningkat hingga 25 kali lipat. Oleh karena itu, paduan yang mengandung tantalum digunakan terutama untuk kondisi pemotongan parah dengan beban daya dan suhu tinggi.

Paduan TN, KNT. Ini adalah paduan keras bebas tungsten (TBHS) berdasarkan titanium karbida dan karbonitrida dengan pengikat nikel-molibdenum, bukan pengikat kobalt.

Dalam hal ketahanan panas, BVTS lebih rendah daripada paduan yang mengandung tungsten; ketahanan panas BVTS tidak melebihi 800°C. Kekuatan dan modulus elastisitasnya juga lebih rendah. Kapasitas panas dan konduktivitas termal BHTS lebih rendah dibandingkan paduan tradisional.

Meskipun biayanya relatif rendah, meluasnya penggunaan BVTS untuk pembuatan alat pemotong menimbulkan permasalahan. Sangat disarankan untuk menggunakan paduan bebas tungsten untuk pembuatan alat ukur (blok pengukur, pengukur) dan alat menggambar.

Matriks logam juga digunakan untuk mengikat pengisi bubuk yang terbuat dari berlian dan kubik boron nitrida, yang secara kolektif disebut “bahan superhard” (SHM). Material komposit yang diisi STM digunakan sebagai alat pengolahan.

Pilihan matriks untuk pengisi bubuk berlian dibatasi oleh rendahnya ketahanan panas berlian. Matriks harus menyediakan rezim termokimia untuk pengikatan butiran pengisi berlian yang andal, tidak termasuk pembakaran atau grafitisasi berlian. Perunggu timah paling banyak digunakan untuk mengikat pengisi berlian. Ketahanan panas yang lebih tinggi dan kelembaman kimia boron nitrida memungkinkan penggunaan bahan pengikat berbahan dasar besi, kobalt, dan paduan keras.

Perkakas dengan STM dibuat terutama dalam bentuk lingkaran, yang pengolahannya dilakukan dengan cara menggiling permukaan bahan yang diolah dengan lingkaran yang berputar. Roda abrasif berbahan dasar intan dan boron nitrida banyak digunakan untuk mengasah dan menyelesaikan alat pemotong.

Saat membandingkan alat abrasif berbahan dasar intan dan boron nitrida, perlu dicatat bahwa kedua kelompok ini tidak bersaing satu sama lain, namun memiliki bidang penerapan rasionalnya masing-masing. Hal ini ditentukan oleh perbedaan sifat fisik, mekanik dan kimianya.

Keunggulan intan sebagai bahan perkakas dibandingkan boron nitrida antara lain konduktivitas termalnya lebih tinggi dan koefisien muai panasnya lebih rendah. Namun, faktor penentunya adalah kemampuan difusi intan yang tinggi dalam kaitannya dengan paduan berbahan dasar besi - baja dan besi tuang dan, sebaliknya, kelembaman boron nitrida terhadap bahan-bahan tersebut.

Pada suhu tinggi, interaksi difusi aktif antara berlian dan paduan berbasis besi diamati. Pada suhu di bawah

Penerapan berlian di udara memiliki batasan suhu. Berlian mulai teroksidasi dengan kecepatan yang nyata pada suhu 400°C. Pada suhu yang lebih tinggi ia terbakar dan melepaskan karbon dioksida. Hal ini juga membatasi kemampuan kinerja perkakas berlian dibandingkan dengan perkakas kubik boron nitrida. Oksidasi boron nitrida yang nyata di udara hanya terlihat setelah pemaparan selama satu jam pada suhu 1200°C.

Batas suhu kinerja berlian dalam lingkungan inert dibatasi oleh transformasinya menjadi bentuk karbon - grafit yang stabil secara termodinamika, yang dimulai ketika dipanaskan hingga 1000°C.

Area penerapan lain yang luas dari sermet adalah penggunaannya sebagai bahan struktural bersuhu tinggi untuk objek teknologi baru.

Sifat pelayanan komposit serbuk dengan matriks logam ditentukan terutama oleh sifat bahan pengisi. Oleh karena itu, untuk material komposit bubuk dengan sifat khusus, klasifikasi yang paling umum adalah berdasarkan area aplikasi.

Jenis material komposit ini termasuk material seperti SAP (sintered aluminium powder), yaitu aluminium yang diperkuat dengan partikel aluminium oksida yang tersebar. Serbuk aluminium diperoleh dengan menyemprotkan logam cair, diikuti dengan penggilingan di ball mill hingga ukuran sekitar 1 mikron dengan adanya oksigen. Dengan bertambahnya waktu penggilingan, bubuk menjadi lebih halus dan kandungan aluminium oksidanya meningkat. Teknologi lebih lanjut untuk produksi produk dan produk setengah jadi dari SAP mencakup pengepresan dingin, pra-sintering, pengepresan panas, penggulungan atau ekstrusi billet aluminium yang disinter dalam bentuk produk jadi yang dapat dikenakan perlakuan panas tambahan.

Paduan tipe SAP digunakan dalam teknologi penerbangan untuk pembuatan suku cadang dengan kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan terhadap korosi, beroperasi pada suhu hingga 300–500 °C. Mereka digunakan untuk membuat batang piston, bilah kompresor, cangkang elemen bahan bakar dan pipa penukar panas.

Penguatan aluminium dan paduannya dengan kawat baja meningkatkan kekuatannya, meningkatkan modulus elastisitas, ketahanan lelah, dan memperluas kisaran suhu masa pakai material.

Penguatan dengan serat pendek dilakukan dengan metode metalurgi serbuk, yang terdiri dari pengepresan dilanjutkan dengan hidroekstrusi atau penggulungan blanko. Saat memperkuat komposisi tipe sandwich yang terdiri dari lapisan aluminium foil dan serat bergantian dengan serat kontinu, digunakan penggulungan, pengepresan panas, pengelasan ledakan, dan pengelasan difusi.

Bahan yang sangat menjanjikan adalah komposisi “kawat aluminium-berilium”, yang mewujudkan sifat fisik dan mekanik yang tinggi dari penguat berilium, dan yang pertama, kepadatannya yang rendah dan kekakuan spesifiknya yang tinggi. Komposisi dengan kawat berilium diperoleh dengan pengelasan difusi paket lapisan kawat berilium dan lembaran matriks yang berselang-seling. Paduan aluminium yang diperkuat dengan kabel baja dan berilium digunakan untuk membuat bagian badan roket dan tangki bahan bakar.

Pada komposisi serat aluminium-karbon, kombinasi tulangan dan matriks kepadatan rendah memungkinkan terciptanya material komposit dengan kekuatan dan kekakuan spesifik yang tinggi. Kerugian dari serat karbon adalah kerapuhan dan reaktivitasnya yang tinggi. Komposisi aluminium-karbon diperoleh dengan menghamili serat karbon dengan metode logam cair atau metalurgi serbuk. Secara teknologi, cara termudah untuk melakukannya adalah dengan menarik kumpulan serat karbon melalui aluminium cair.

Komposit aluminium-karbon digunakan dalam konstruksi tangki bahan bakar pesawat tempur modern. Karena kekuatan spesifik dan kekakuan material yang tinggi, bobot tangki bahan bakar berkurang
tiga puluh%. Bahan ini juga digunakan untuk pembuatan bilah turbin mesin turbin gas pesawat terbang.