Дисперснозміцнені МКМ

Структурною особливістю дисперснозміцнених мееталевих композитних матеріалів є спеціально введені в матеріал ма­триці дуже дрібні тугоплавкі частинки карбідів, оксидів, ніт­ридів та ін., що не розчиняються в ній. Ці частинки характери­зуються високою твердістю, хімічною тривкістю і модулем пру­жності та низькою густиною. Що дрібніші зміцнювальні части­нки, менші відстані між ними й рівномірніше вони розподілені в матриці, то краще вони блокують рух дислокацій, підвищую­чи міцність і жорсткість МКМ. Дисперснозміцнені МКМ можна виготовити на основі біль­шості застосовуваних у техніці металів і їх сплавів з викорис­танням порошкових технологій. Металева матриця порівняно з іншими матрицями характеризується підвищеною міцністю, жорсткістю, електро- і теплопровідністю та задовільною пластичністю. У промисловості використовують дис­перснозміцнені матеріали на основі алюмінію, берилію, заліза, кобальту, магнію, нікелю, вольфраму та ін.

Представником найпоширенішого виду МКМ на основі алюмінію є ма­теріали типу САП (спечена алюмінієва пудра). Матрицею служить алюміній, зміцнювальним компонентом — частин­ки оксиду алюмінію А1₂О_а. Алюмінієва пудра з частинками завбільшки 1 мкм збагачується оксидом алюмінію під час її мелення в кульових млинах, де концентрація кисню мен­ша, ніж а атмосфері. Виготовлення виробів з порошків Аl і Аl₂О₃ відбувається завдяки пресуванню й подальшому спіканню.

Матеріали типу САП (САП-1, САП-2, САП-З) містять 6...17 % А1₂0₃. Зі збільшенням об'ємної концентрації ок­сиду алюмінію зростають міцність, твердість і жаростійкість і знижується пластичність САП. При температурах експлуата­ції 300... 500 °С САП перевищують за жаростійкістю всі дефор-мівні промислові сплави алюмінію.

САП добре деформуються у гарячому стані, обробляються рі­занням, легко зварюються. З них виробляють профільні напівфа­брикати, листи, фольгу і штамповки. САП успішно застосовують для деталей з високою питомою міцністю й корозійною тривкістю (штоки поршнів, лопатки компресорів, труби теплообмінників).

Волоконні МКМ

Для металевої матриці найчастіше використовують алю­міній, магній, титан, нікель, кобальт або сплави на їх основі. Армують МКМ високоміцними й високомодульними волокна­ми з бору, вуглецю, важкоплавких оксидів, карбідів, нітридів, а також волокнами зі сталі, берилію, вольфраму. З огляду на істотну відмінність властивостей матриці й волокон МКМ з однонапрямленими волокнами анізотропні і найміцніші вздовж волокон. Волокна за об'ємом займають в МКМ від 10 до 75 %, вони добре сприймають осьові навантаження. У зв'язку з цим орієнтація волокон повинна збігатись з напрямом найбільших напружень.

Для виготовленнл волоконних МКМ використовують рідкофазові (лиття) й твердофазові (деформування) процеси, порош­кові технології тощо.

Застосування алюмінію та його сплавів марок АМц, АМг2,
АМг6, АДЗЗ, Д16, В95 та ін. для матриці пояснюється їх низь­кою ціною, малою густиною, доброю корозійною тривкістю.

Найпоширенішим серед МКМ є бороалюміній ВКА-1. За міц­ністю при кімнатній температурі він перевищує конструкційні сплави алюмінію вдвічі, а за жорсткістю — у 3,5 разу. Волокна бору, що займають у матеріалі ВКА-1 об'єм від 40 до 50 %, високоміцні (σ_в = 2800...3500 МПа). Їх недолік — підвищена крихкість і ви­сока хімічна активність.

У МКМ алюміній-вуглецеві волокна поєднуються низька густина матриці та арматури з високою міцністю і жорсткіс­тю волокон, внаслідок чого композит характеризується знач­ними питомою міцністю та жорсткістю. Окрім цього, вуглецеві волокна добре проводять тепло й електричний струм. Міцність вуглецевих волокон становить 1500...3500 МПа і більше.

Армування алюмінієвих сплавів безперервними волокнами з таких важкоплавких матеріалів як бор, карбіди кремнію, ок­сиди алюмінію істотно підвищує жароміцність МКМ.

Із МКМ алюмінієвий сплав-волокна SіС виготовляють тру­би, фасонні деталі, танкові траки, поршні для двигуна автомо­біля тощо.

МКМ алюмінієва матриця-металевий дріт характеризуються підвищеними міцністю, модулем пружності та втомною міцніс­тю. Металевий дріт використовують у вигляді волокон і сітки. Звичайно застосовують дріт Ø 20...1500 мкм, з високовуглецевих або легованих сталей з межею міцності σ_в = 1800...3150 МПа. Сталевий дріт належить до найдешевших зміцнювачів.

Перспективним зміцнювальним компонентом є берилієвий дріт з високою питомою міцністю й жорсткістю. Межа міц­ності берилієвого дроту Ø 50 мкм становить σ_в — 1450 МПа, а густина — 1,84-10³ кг/м³.

Зі сплавів алюмінію, армованих сталевим і берилієвим дро­том, виготовляють деталі корпусів ракет й паливні баки літаль­них апаратів,

МКМ, матрицею яких є технічний магній чи його сплави, мають високу питому міцність, а також добру хімічну трив­кість до більшості матеріалів волокон. Для армування матриці використовують волокна бору, вуглецю, оксиду алюмінію, кар­біду кремнію, сталевий і титановий дроти.

Відомі також магнієві композити, армовані волокнами SiС, дротом на основі титану або танталу. Всім їм властива висока хімічна стабільність.

МКМ на основі магнію, армовані сталевим дротом, мають високу міцність.

З волоконних композитних матеріалів на основі магнію виготовляють деталі літаків, космічних апаратів і ядерних реакторів.

Композитні матеріали на основі титану та його сплавів зміцнюють волокнами зі сплавів берилію, вольфраму, моліб­дену, бору, карбіду кремнію та оксиду алюмінію. Їх перева­гою над МКМ з алюмінієвою та магнієвою матрицями є вищі температури оксидації та корозійна тривкість. Серед недоліків МКМ з титановою матрицею — порівняно висока густина, вартість і технологічні труднощі, пов'язані з виготовленням виробів,

Найважливіші в техніці МКМ на основі сплаву титану з алю­мінієм іванадієм {90 % Ті, 6 % А1, 4 % V), армовані волокнами бору, берилію, карбіду кремнію. Оскільки сплави титану навіть без армування характеризуються підвищеною питомою міцніс­тю, головна мета армування — збільшення модуля пружності й підвищення температурного інтервалу експлуатації МКМ до 700...800 °С.

МКМ на основі нікелю мають вищу окалиностійкість і жа­роміцність порівняно зі спеціальними нікелевими окалиностійкими й жароміцними сплавами. Зміцнювачами МКМ на ніке­левій основі можуть бути волокна вуглецю, оксиду й нітриду алюмінію, карбіду й нітриду кремнію, карбіду бору та дріт з тугоплавких металів.