Faserverbund Metallmaterialien.
Eutektische Verbundmetallmaterialien.
Durch Sintern gebildete Metallverbundwerkstoffe.
Dispersionsverstärkte Materialien auf einer Metallmatrix.
Verbundwerkstoffe auf einer Metallmatrix.
Vorlesung Nr. 2
Geschichtet verstärkte Kunststoffe
Textolithe– Materialien, die aus mit duroplastischem Kunstharz imprägnierten Stoffschichten bestehen.
Doppelte Köpfe– geschichtete Materialien, bestehend aus Folien aus Polyethylen, Polypropylen und anderen Thermoplasten, verbunden durch eine Unterschicht auf der Basis von Stoff, chemisch beständigem Gummi, nicht gewebten Fasermaterialien usw.
Linoleum– Polymer Rollenmaterial für Bodenbeläge – ist ein mehrschichtiges oder gewebebasiertes CPM, das Alkydharze, Polyvinylchlorid, synthetische Kautschuke und andere Polymere enthält.
Getinax– laminierter Kunststoff auf Papierbasis, imprägniert mit duroplastischem Kunstharz.
Metall-Kunststoff- ein Strukturmaterial bestehend aus Metallblech ein- oder beidseitig bestückt Polymerbeschichtung aus Polyethylen, Fluorkunststoff oder Polyvinylchlorid.
Holzlaminate– Materialien, die durch „Heißpressen“ von mit synthetischen duroplastischen Harzen imprägnierten Holzrohlingen (Furnier) gewonnen werden.
Thema: „VERBUNDWERKSTOFFE AUF METALLMATRIX“
Die KMM-Nomenklatur ist in drei Hauptgruppen unterteilt: 1) Dispersionsverstärkte Materialien, die mit Partikeln verstärkt sind, einschließlich Pseudolegierungen, die durch Pulvermetallurgie hergestellt werden; 2) Eutektikum Verbundwerkstoffe– Legierungen mit gerichteter Kristallisation eutektischer Strukturen; 3) Fasermaterialien, verstärkt mit Einzel- oder Endlosfasern.
Dispersionsverstärkte Materialien
Wenn in der Metallmatrix des KMG Partikel einer Festigungsphase mit einer Größe von 1...100 nm verteilt sind und 1...15 % des Volumens des Verbundwerkstoffs einnehmen, nimmt die Matrix den Großteil der einwirkenden mechanischen Belastung auf zum CMM, und die Rolle der Partikel reduziert sich auf die Schaffung eines wirksamen Widerstands gegen die Bewegung von Versetzungen im Matrixmaterial. Solche KMGs zeichnen sich durch eine erhöhte Temperaturstabilität aus, wodurch ihre Festigkeit bis zu Temperaturen (0,7...0,8) praktisch nicht abnimmt. T pl wo T pl – Schmelztemperatur der Matrix. Materialien dieser Art werden in zwei Gruppen eingeteilt: Sintermaterialien und Pseudomaterialien.
Durch Sintern gebildete Materialien enthalten feine Partikel aus Oxiden, Karbiden, Nitriden und anderen feuerfesten Verbindungen sowie intermetallische Verbindungen, die während der Bildung von CMMs nicht in der Matrix schmelzen oder sich auflösen. Die Technologie zur Formung von Produkten aus solchen KMGs gehört zum Bereich der Pulvermetallurgie und umfasst die Vorgänge der Gewinnung von Pulvermischungen, des Pressens in eine Form, des Sinterns der resultierenden Halbzeuge sowie der Verformung und Wärmebehandlung der Werkstücke.
Aluminiummatrixmaterialien. CMs mit einer Aluminiummatrix, die hauptsächlich mit Stahldraht, Bor- und Kohlenstofffasern verstärkt sind, werden als Matrix verwendet.
Dispersionsgehärtete Stähle enthalten Oxide als Verstärkungskomponenten: Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2 usw.
KMM auf einer Kobaltmatrix Thoriumoxid als dispergierten Zusatzstoff enthalten, auf Magnesiummatrix– eigene Oxide.
Materialien auf Kupferbasis, verstärkt mit Oxiden, Karbiden und Nitriden, erhalten eine Hitzebeständigkeit, die mit der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Kupfermatrix kombiniert wird. Solche KMGs werden zur Herstellung von elektrischen Kontakten, Elektroden zum Rollenschweißen, Werkzeugen zur Funkenbearbeitung usw. verwendet.
KMM auf Nickelbasis, gefüllt mit Thoriumoxid und Hafniumoxid, sind für den Betrieb bei Temperaturen über 1000 °C ausgelegt und werden im Flugzeugbau, in der Energietechnik und in der Raumfahrttechnik eingesetzt.
Pseudolegierung ist ein durch Dispersion verstärktes CMM, bestehend aus Metall und metallähnlichen Phasen, die keine Lösungen bilden und keine chemischen Verbindungen eingehen. Die Technologie zur Bildung von Pseudolegierungen gehört zum Bereich der Pulvermetallurgie. Die letzten Arbeitsgänge zur Herstellung von Pseudolegierungen sind das Imprägnieren oder Flüssigphasensintern von Formen.
Beim Imprägnieren werden die Poren eines Formteils oder Sinterwerkstücks aus einer feuerfesten Komponente mit einer Schmelze einer niedrig schmelzenden Pseudolegierungskomponente gefüllt. Die Imprägnierung erfolgt durch Eintauchen des porösen Werkstücks in die Schmelze.
Das Spektrum der Pseudolegierungen umfasst hauptsächlich Werkstoffe für tribotechnische Zwecke.
Die Pseudolegierungen W – Cu und W – Ag auf Wolframbasis vereinen hohe Härte, Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Sie dienen der Herstellung elektrischer Kontakte. Dem gleichen Zweck dienen Pseudolegierungen auf Basis von Molybdän (Mo – Cu) und Nickel (Ni – Ag) usw.
Eutektische CMMs sind Legierungen mit eutektischer oder ähnlicher Zusammensetzung, in denen die Verstärkungsphase aus orientierten faserigen oder lamellaren Kristallen besteht, die während der gerichteten Kristallisation der Metallmatrix gebildet werden.
Die Technologie zur Bildung eutektischer KMGs besteht darin, dass die Probe mit konstanter Geschwindigkeit aus der Schmelze gezogen und dabei kontinuierlich gekühlt wird. Die Form der Kristallisationsfront hängt von der Ziehgeschwindigkeit und den Wärmeaustauschbedingungen ab, die durch die Strukturelemente des Kristallisators reguliert werden.
Faserstoffe. Die Technologie zur Bildung faseriger KMGs umfasst Methoden des Pressens, Walzens, gemeinsamen Ziehens, Extrudierens, Schweißens, Sprühens oder Auftragens sowie Imprägnieren.
Beim „Heiß“-Pressen (Pressen mit Erhitzen) entsteht CMM, dessen Ausgangsmatrixmaterial Pulver, Folien, Bänder, Bleche und andere Metallhalbzeuge sind. Sie und Verstärkungselemente (Draht, Keramik, Kohlenstoff oder andere Fasern) werden in einer bestimmten Reihenfolge auf einer Pressplatte oder in einer Form platziert und dann unter Erhitzen an Luft oder in einer inerten Atmosphäre gepresst.
Beim Walzen werden die gleichen Bauteile verarbeitet wie beim Pressen.
Die gemeinsame Zeichnungsmethode ist wie folgt. In das Matrixmetallwerkstück werden Löcher gebohrt, in die Bewehrungsstäbe oder Drähte eingeführt werden. Das Werkstück wird erhitzt und komprimiert und gezogen, was durch Glühen abgeschlossen wird.
Bei der Extrusionsmethode entstehen Produkte in Form von Stäben oder Rohren, die mit kontinuierlichen und einzelnen Fasern verstärkt sind. Ausgangsmaterial der Matrix sind Metallpulver,
Das Sortiment an Faser-KMG umfasst viele Materialien auf Matrizen aus Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Nickel, Kobalt usw.
Der pulverförmige Füllstoff wird in die Matrix des Verbundwerkstoffs eingebracht, um die inhärenten Eigenschaften des Füllstoffs in die funktionellen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs umzusetzen. Bei Pulververbundwerkstoffen besteht die Matrix hauptsächlich aus Metallen und Polymeren. Den Namen tragen Pulververbundwerkstoffe mit Polymermatrix „Kunststoffe“.
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe
Verbundwerkstoffe mit Metallmatrix. Pulververbundwerkstoffe mit einer Metallmatrix werden durch Kalt- oder Heißpressen einer Mischung aus Matrix- und Füllstoffpulvern und anschließendes Sintern des resultierenden Halbzeugs in einer inerten oder reduzierenden Umgebung bei Temperaturen von etwa 0,75 hergestellt T pl Matrixmetall. Manchmal werden die Prozesse Pressen und Sintern kombiniert. Empfangstechnik Pulververbundwerkstoffe angerufen „Pulvermetallurgie“. Zur Herstellung von Cermets und Legierungen mit besonderen Eigenschaften werden pulvermetallurgische Verfahren eingesetzt.
Kermets sind Verbundwerkstoffe mit einer Metallmatrix, deren Füllstoff dispergierte Keramikpartikel sind, beispielsweise Karbide, Oxide, Boride, Silizide, Nitride usw. Als Matrix werden hauptsächlich Kobalt, Nickel und Chrom verwendet. Cermets vereinen die Härte, Hitzebeständigkeit und Hitzebeständigkeit von Keramik mit der hohen Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Daher sind Cermets im Gegensatz zu Keramik weniger spröde und können großen Temperaturschwankungen ohne Zerstörung standhalten.
Am meisten breite Anwendung Cermets wurden bei der Herstellung von Metallbearbeitungswerkzeugen gewonnen. Pulverförmige Hartlegierungen für instrumentelle Zwecke Cermets genannt.
Der Pulverfüllstoff harter Legierungen besteht aus Carbiden oder Carbonitriden in einer Menge von 80 % oder mehr. Abhängig von der Art des Füllstoffs und dem Metall, das als Matrix des Verbundwerkstoffs dient, werden pulverförmige Hartlegierungen in vier Gruppen eingeteilt:
- 1) WC-Co – Einzelkarbid Typ B K;
- 2) WC-TiC-Co – Zweikarbid Typ TK,
- 3) WC-TiC-TaC-Co – TTK vom Typ Dreikarbid;
- 4) TiC und TiCN-(Ni + Mo) – Legierungen auf Basis von Titancarbid und Carbonitrid – wolframfreier Typ TN und KNT.
VK-Legierungen. Legierungen sind mit den Buchstaben VK und einer Zahl gekennzeichnet, die den Kobaltgehalt angibt. Die Zusammensetzung der VK6-Legierung beträgt beispielsweise: 94 % WC und 6 % Co. Die Hitzebeständigkeit von VK-Legierungen liegt bei etwa 900°C. Legierungen dieser Gruppe weisen im Vergleich zu anderen Hartlegierungen die größte Festigkeit auf.
TK-Legierungen. Legierungen werden durch eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen gekennzeichnet. Die Zahl nach T gibt den Gehalt an Titancarbid in der Legierung an und nach K - Kobalt. Zum Beispiel die Zusammensetzung der T15K6-Legierung: TiC – 15 %, Co – 6 %, der Rest, 79 %, ist WC. Die Härte von TK-Legierungen ist aufgrund der Zugabe von härterem Titancarbid in die Füllstoffzusammensetzung größer als die Härte von VK-Legierungen. Sie haben auch einen Vorteil in der Hitzebeständigkeit – 1000 °C, aber ihre Festigkeit ist bei gleichem Kobaltgehalt höher untere.
TTK-Legierungen (TT7K12, TT8K, TT20K9). Die Bezeichnung der TTK-Legierungen ähnelt der von TK. Die Zahl nach dem zweiten Buchstaben T gibt den Gesamtgehalt an TiC- und TaC-Karbiden an.
Bei gleicher Hitzebeständigkeit (1000°C) sind TTK-Legierungen TK-Legierungen mit gleichem Kobaltgehalt sowohl in der Härte als auch in der Festigkeit überlegen. Der größte Effekt des Legierens mit Tantalcarbid zeigt sich bei zyklischer Belastung – die Schlagermüdungslebensdauer erhöht sich um das 25-fache. Daher werden tantalhaltige Legierungen vor allem bei anspruchsvollen Zerspanbedingungen mit hoher Leistungs- und Temperaturbelastung eingesetzt.
Legierungen TN, KNT. Hierbei handelt es sich um wolframfreie Hartlegierungen (TBHS) auf Basis von Titancarbid und Carbonitrid mit einem Nickel-Molybdän-Binder anstelle eines Kobalt-Binders.
In Bezug auf die Hitzebeständigkeit sind BVTS wolframhaltigen Legierungen unterlegen; die Hitzebeständigkeit von BVTS überschreitet 800 °C nicht. Auch ihre Festigkeit und ihr Elastizitätsmodul sind geringer. Die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von BHTS ist geringer als die herkömmlicher Legierungen.
Trotz der relativ geringen Kosten ist die Verwendung von BVTS für die Herstellung weit verbreitet Schneidwerkzeug problematisch. Für die Herstellung von Mess- (Endmaßen, Lehren) und Ziehwerkzeugen ist es am besten, wolframfreie Legierungen zu verwenden.
Die Metallmatrix dient auch zur Bindung des Pulverfüllstoffs aus Diamant und kubischem Bornitrid, die sich verbinden gebräuchlicher Name„superharte Materialien“ (STM). Als Verarbeitungswerkzeuge werden mit STM gefüllte Verbundwerkstoffe eingesetzt.
Die Wahl der Matrix für Diamantpulverfüllstoffe wird durch die geringe Hitzebeständigkeit von Diamant eingeschränkt. Die Matrix muss ein thermochemisches Regime für eine zuverlässige Bindung der Diamantfüllerkörner bereitstellen, ohne dass es zu einer Verbrennung oder Graphitisierung des Diamanten kommt. Zinnbronzen werden am häufigsten zum Binden von Diamantfüllern verwendet. Die höhere Hitzebeständigkeit und chemische Inertheit von Bornitrid ermöglichen die Verwendung von Bindemitteln auf Basis von Eisen, Kobalt und Hartlegierungen.
Werkzeuge mit STM werden hauptsächlich in Form von Kreisen hergestellt, deren Bearbeitung durch Schleifen der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials mit einem rotierenden Kreis erfolgt. Schleifscheiben Sie basieren auf Diamant und Bornitrid und werden häufig zum Schärfen und Endbearbeiten von Schneidwerkzeugen verwendet.
Beim Vergleich von Schleifwerkzeugen auf Basis von Diamant und Bornitrid ist zu beachten, dass diese beiden Gruppen nicht miteinander konkurrieren, sondern eigene Bereiche haben rationelle Nutzung. Dies wird durch die Unterschiede in ihren physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften bestimmt.
Zu den Vorteilen von Diamant als Werkzeugwerkstoff gegenüber Bornitrid gehört, dass seine Wärmeleitfähigkeit höher und sein Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger ist. Ausschlaggebend sind jedoch die hohe Diffusionsfähigkeit von Diamant gegenüber eisenbasierten Legierungen – Stähle und Gusseisen – und im Gegenteil die Inertheit von Bornitrid gegenüber diesen Materialien.
Bei hohen Temperaturen wird eine aktive Diffusionswechselwirkung zwischen Diamant und Eisenlegierungen beobachtet. Bei Temperaturen darunter
Die Anwendbarkeit von Diamant in Luft hat Temperaturbeschränkungen. Diamant beginnt bei einer Temperatur von 400 °C merklich schnell zu oxidieren. Mit mehr hohe Temperaturen es brennt vor Erlösung Kohlendioxid. Dies schränkt auch die Leistungsfähigkeit von Diamantwerkzeugen im Vergleich zu Werkzeugen aus kubischem Bornitrid ein. Eine merkliche Oxidation von Bornitrid in Luft wird erst nach einer einstündigen Einwirkung einer Temperatur von 1200 °C beobachtet.
Die Temperaturgrenze der Leistung von Diamant in einer inerten Umgebung wird durch seine Umwandlung in eine thermodynamisch stabile Form von Kohlenstoff – Graphit, begrenzt, die beim Erhitzen auf 1000 °C beginnt.
Ein weiteres breites Anwendungsgebiet von Cermets ist ihre Verwendung als Baumaterial Hochtemperaturanwendungen für neue Technologieobjekte.
Die Gebrauchseigenschaften von Pulververbundwerkstoffen mit Metallmatrix werden hauptsächlich durch die Eigenschaften des Füllstoffs bestimmt. Daher für Pulververbundwerkstoffe mit besonderes Eigentum Die gebräuchlichste Einteilung erfolgt nach Anwendungsgebiet.
38.1. Einstufung
Verbundwerkstoffe sind mit Füllstoffen verstärkte Stoffe, die in einer bestimmten Weise in einer Matrix angeordnet sind hohe Energie interatomare Bindungen, hohe Festigkeit und hoher Modul, jedoch können hochplastische Füllstoffe in Kombination mit spröden Matrizen verwendet werden
Bindungskomponenten oder Matrizen in Verbundwerkstoffen können unterschiedlich sein – Polymer, Keramik, Metall oder gemischt. Im letzteren Fall spricht man von Polymatrix-Verbundwerkstoffen.
Entsprechend der Morphologie der Verstärkungsphasen werden Verbundwerkstoffe unterteilt in:
nulldimensional (Bezeichnung: 0,) oder verstärkt durch Partikel unterschiedlicher Dispersion, zufällig verteilt in der Matrix;
eindimensional faserig (Symbol: 1) oder mit unidirektionalen kontinuierlichen oder einzelnen Fasern verstärkt;
zweidimensional geschichtet (Bezeichnung: 2) oder mit identisch ausgerichteten Verstärkungslamellen oder -schichten (Abb. 38.1).
Die Anisotropie von Verbundwerkstoffen, die im Vorfeld mit dem Ziel „entworfen“ wird, sie in geeigneten Strukturen einzusetzen, wird als strukturell bezeichnet.
Basierend auf der Größe der Verstärkungsphasen bzw. der Größe der Verstärkungszelle werden Verbundwerkstoffe wie folgt unterteilt:
Submikrokomposite (Verstärkungszellgröße, Faser- oder Partikeldurchmesser).<С 1 мкм), например, дисперсноупрочненные сплавы или волокнистые композиционные материалы с очень тонкими волокнами:
Mikrokomposite (Verstärkungszellgröße, Durchmesser der Fasern, Partikel oder Schichtdicke ^1 μm), zum Beispiel mit Partikeln verstärkte Materialien, Kohlenstofffasern, Siliziumkarbid, Bor usw., unidirektionale eutektische Legierungen;
Makrokomposite (Durchmesser oder Dicke der Verstärkungskomponenten -100 Mikrometer), zum Beispiel Teile aus Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, verstärkt mit Wolfram- oder Stahldraht oder -folie. Makrokomposite werden am häufigsten zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Reibungsteilen in technologischen Geräten verwendet.
38.2. Grenzflächeninteraktion in Verbundwerkstoffen
38.2.1. Physikochemische und thermomechanische Kompatibilität von Komponenten
Die Kombination von Stoffen, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren physikalischen Eigenschaften deutlich unterscheiden, in einem Material stellt bei der Entwicklung, Herstellung und Verbindung von Verbundwerkstoffen das Problem der thermodynamischen und kinetischen Verträglichkeit der Komponenten in den Vordergrund. Unter Druck
Unter dynamischer Verträglichkeit versteht man die Fähigkeit der Matrix und der verstärkenden Füllstoffe, sich bei Produktions- und Betriebstemperaturen über einen unbegrenzten Zeitraum im thermodynamischen Gleichgewichtszustand zu befinden. Fast alle künstlich hergestellten Verbundwerkstoffe sind thermodynamisch inkompatibel. Die einzigen Ausnahmen bilden einige Metallsysteme (Cu-W, Cu-Mo, Ag-W), bei denen es für eine unbegrenzte Zeit ihres Kontakts keine chemische und Diffusionswechselwirkung zwischen den Phasen gibt.
Kinetische Kompatibilität – die Fähigkeit von Komponenten von Verbundwerkstoffen, in bestimmten Temperatur-Zeit-Intervallen ein metastabiles Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Das Problem der kinetischen Kompatibilität hat zwei Aspekte: 1) physikalisch und chemisch – Gewährleistung einer starken Bindung zwischen den Komponenten und Begrenzung der Auflösungs-, Hetero- und Reaktionsdiffusionsprozesse an den Grenzflächen, die zur Bildung spröder Wechselwirkungsprodukte und zum Abbau von führen die Festigkeit der Verstärkungsphasen und des Verbundmaterials als Ganzes; 2) thermomechanisch – Erzielung einer günstigen Verteilung der inneren Spannungen thermischen und mechanischen Ursprungs und Reduzierung ihres Niveaus; Gewährleistung einer rationalen Beziehung zwischen der Kaltverfestigung der Matrix und ihrer Fähigkeit, Spannungen abzubauen, wodurch Überlastung und vorzeitige Zerstörung der Verstärkungsphasen verhindert werden.
Zur Verbesserung der physikalischen und chemischen Verträglichkeit von Metallmatrizen mit verstärkenden Füllstoffen gibt es folgende Möglichkeiten:
I. Entwicklung neuer Arten von verstärkenden Füllstoffen, die bei hohen Temperaturen gegen den Kontakt mit Metallmatrizen beständig sind, zum Beispiel Keramikfasern, Whisker und dispergierte Partikel aus Siliziumkarbiden, Titan, Zirkonium, Bor, Aluminiumoxiden, Zirkonium, Siliziumnitriden, Bor , usw.
II Aufbringen von Barrierebeschichtungen auf verstärkende Füllstoffe, beispielsweise Beschichtungen aus Refraktärmetallen, Titankarbiden, Hafnium, Bor, Titannitriden, Bor, Yttriumoxiden auf Kohlenstofffasern, Bor, Siliziumkarbid. Einige Barrierebeschichtungen auf Fasern, hauptsächlich Metallfasern, dienen dazu, die Benetzung der Fasern durch Matrixschmelzen zu verbessern, was besonders wichtig bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Flüssigphasenverfahren ist. Solche Beschichtungen werden oft als technologisch bezeichnet
Nicht weniger wichtig ist der beim Aufbringen technologischer Beschichtungen entdeckte Plastifizierungseffekt, der sich in einer Stabilisierung und sogar Erhöhung der Festigkeit der Fasern äußert (z. B. beim Aluminisieren von Borfasern durch Ziehen durch ein Schmelzbad oder beim Vernickeln von Kohlenstofffasern mit anschließender Vernickelung). Wärmebehandlung).
III. Die Verwendung von Metallmatrizen in Verbundwerkstoffen, die mit Elementen dotiert sind, die eine größere Affinität zum verstärkenden Füllstoff haben als das Matrixmetall, oder mit Tensidzusätzen. Die daraus resultierende Änderung der chemischen Zusammensetzung der Grenzflächen soll die Entwicklung von Grenzflächenwechselwirkungen verhindern. Das Legieren von Matrixlegierungen mit oberflächenaktiven oder karbidbildenden Zusätzen sowie das Aufbringen technologischer Beschichtungen auf Fasern kann dazu beitragen, die Benetzbarkeit des verstärkenden Füllstoffs zu verbessern Metall schmilzt.
IV. Legieren der Matrix mit Elementen, die das chemische Potenzial des verstärkenden Füllstoffs in der Matrixlegierung erhöhen, oder mit Zusätzen des verstärkenden Füllstoffmaterials bis zu Sättigungskonzentrationen bei den Produktions- und Betriebstemperaturen des Verbundwerkstoffs. Eine solche Legierung verhindert die Auflösung der Verstärkungsphase, d. h. erhöht die thermische Stabilität der Zusammensetzung.
V. Schaffung „künstlicher“ Verbundmaterialien, die „natürlichen“ eutektischen Zusammensetzungen ähneln, durch Auswahl der geeigneten Zusammensetzung der Komponenten.
VI. Auswahl optimaler Kontaktdauern von Komponenten während eines bestimmten Prozesses zur Herstellung von Verbundwerkstoffen oder unter ihren Einsatzbedingungen, d. h. unter Berücksichtigung von Temperatur- und Kraftfaktoren. Die Kontaktdauer muss einerseits ausreichend sein, damit sich starke Klebeverbindungen zwischen den Bauteilen bilden; andererseits führen sie nicht zu einer intensiven chemischen Wechselwirkung, der Bildung spröder Zwischenphasen und einer Abnahme der Festigkeit des Verbundwerkstoffs.
Die thermomechanische Kompatibilität der Komponenten in Verbundwerkstoffen wird gewährleistet durch:
Auswahl von Matrixlegierungen und Füllstoffen mit minimalen Unterschieden in den Elastizitätsmodulen, Poisson-Zahlen und Wärmeausdehnungskoeffizienten;
die Verwendung von Zwischenschichten und Beschichtungen in Verstärkungsphasen, wodurch Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der Matrix und der Phasen verringert werden;
Übergang von der Verstärkung mit einer Komponente einer Art zur Polyverstärkung, d. h. eine Kombination von Verstärkungsfasern, Partikeln oder Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und physikalischer Eigenschaften in einem Verbundwerkstoff;
Ändern der Geometrie von Teilen, des Musters und des Maßstabs der Bewehrung; Morphologie, Größe und Volumenanteil der Verstärkungsphasen; Ersetzen eines kontinuierlichen Füllstoffs durch einen diskreten;
die Wahl von Methoden und Modi zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, die ein bestimmtes Maß an Verbindungsfestigkeit seiner Komponenten gewährleisten.
38.2.2. Verstärkende Füllstoffe
Zur Verstärkung von Metallmatrizen werden hochfeste Füllstoffe mit hohem Modul verwendet – kontinuierliche und diskrete Metall-, nichtmetallische und keramische Fasern, kurze Fasern und Partikel, Whisker (Tabelle 38.1).
Kohlenstofffasern gehören zu den fortschrittlichsten und fortschrittlichsten Verstärkungsmaterialien in der Produktion. Ein wichtiger Vorteil von Kohlenstofffasern ist ihr niedriges spezifisches Gewicht, die Wärmeleitfähigkeit ähnlich der von Metallen (R = 83,7 W/(m-K)) und ihre relativ geringen Kosten.
Fasern werden in Form von geraden oder gedrehten Myogofilamentsträngen, daraus hergestellten Stoffen oder Bändern geliefert. Abhängig von der Art des Ausgangsmaterials variiert der Durchmesser der Filamente zwischen 2 und 10 Mikrometern, die Anzahl der Filamente im Bündel – von Hunderten bis zu Zehntausenden Stücken.
Kohlenstofffasern weisen eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber atmosphärischen Bedingungen und Mineralsäuren auf. Die Hitzebeständigkeit der Fasern ist gering: Die Temperatur des Langzeitbetriebs an der Luft überschreitet 300–400 °C nicht. Um die chemische Beständigkeit im Kontakt mit Metallen zu erhöhen, werden auf die Oberfläche der Fasern Barrierebeschichtungen aus Titan- und Zirkoniumboriden, Titancarbiden, Zirkonium, Silizium und Refraktärmetallen aufgebracht.
Borfasern werden durch Abscheidung von Bor aus einem Gasgemisch aus Wasserstoff und Bortrichlorid auf Wolframdraht oder Kohlenstoffmonofilamenten hergestellt, die auf eine Temperatur von 1100–1200 °C erhitzt werden. Beim Erhitzen an der Luft beginnen Borfasern bei Temperaturen von 300–350 °C zu oxidieren und verlieren bei 600–800 °C vollständig ihre Festigkeit. Die aktive Wechselwirkung mit den meisten Metallen (Al, Mg, Ti, Fe, Ni) beginnt bei Temperaturen von 400–600 °C. Um die Hitzebeständigkeit von Borfasern zu erhöhen, werden dünne Schichten (2-6 μm) aus Siliziumkarbid (SiC/B/W), Borkarbid (B4C/B/W) und Bornitrid (BN/B/W) aufgetragen die Gasphase.
Siliziumkarbidfasern mit einem Durchmesser von 100–200 Mikrometern werden durch Abscheidung bei 1300 °C aus einem Dampf-Gas-Gemisch aus Siliziumtetrachlorid und Methan, verdünnt mit Wasserstoff im Verhältnis 1:2:10, auf Wolframdraht hergestellt
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Kohlenstofffasern
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TABELLE 38.2 LEGIERUNGEN, DIE ALS MATRIX IN VERBUNDWERKSTOFFEN VERWENDET WERDEN
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oder Pechkohlenstofffasern. Die besten Faserproben haben eine Festigkeit von 3000–4000 MPa bei 1100 °C
Kernlose Siliziumkarbidfasern in Form von Multifilamentitbündeln, die aus flüssigen Organosilanen durch Ziehen und Pyrolyse gewonnen werden, bestehen aus ultrafeinen f)-SiC-Kristallen.
Metallfasern werden in Form von Drähten mit einem Durchmesser von 0,13 hergestellt; 0,25 und 0,5 mm. Fasern aus hochfesten Stählen und Berylliumlegierungen sind hauptsächlich zur Verstärkung von Matrizen aus Leichtlegierungen und Titan vorgesehen. Fasern aus hochschmelzenden Metallen, legiert mit Rhenium-, Titan-, Oxid- und Karbidphasen, werden zur Verstärkung hitzebeständiger Nickel-Chrom-, Titan- und anderer Legierungen verwendet.
Zur Verstärkung verwendete Whisker können aus Metall oder Keramik sein. Die Struktur solcher Kristalle ist monokristallin, der Durchmesser beträgt normalerweise bis zu 10 Mikrometer mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 20–100. Whisker werden durch verschiedene Methoden erhalten: Wachstum aus Beschichtungen, elektrolytische Abscheidung, Abscheidung aus einer Dampf-Gas-Umgebung, Kristallisation von der Gasphase durch die flüssige Phase. durch den Dampf-Flüssigkristall-Mechanismus, Pyrolyse, Kristallisation aus gesättigten Lösungen, Einviszeration
38.2.3. Matrixlegierungen
In Metallverbundwerkstoffen werden hauptsächlich Matrizen aus leichten Knet- und Gusslegierungen aus Aluminium und Magnesium sowie Legierungen aus Kupfer, Nickel, Kobalt, Zink, Zinn, Blei und Silber verwendet; hitzebeständige Nickel-Chrom-, Titan-, Zirkonium-, Vanadiumlegierungen; Legierungen der Refraktärmetalle Chrom und Niob (Tabelle 38 2).
38.2.4. Bindungsarten und Grenzflächenstrukturen in Verbundwerkstoffen
Abhängig vom Füllmaterial und den Matrizen sowie den Methoden und Methoden zur Herstellung von Verbundwerkstoffen über Grenzflächen hinweg werden sechs Arten von Bindungen implementiert (Tabelle 38.3). Die stärkste Bindung zwischen Komponenten in Zusammensetzungen mit Metallmatrizen wird durch chemische Wechselwirkung bereitgestellt. Eine übliche Art der Bindung ist gemischt, dargestellt durch feste Lösungen und intermetallische Phasen (z. B. die Zusammensetzung „Aluminium-Bor-Fasern“, erhalten durch Stranggießen) oder feste Lösungen, intermetallische und Oxidphasen (die gleiche Zusammensetzung wird durch Pressen von Plasma-Halbleitern erhalten). Fertigprodukte) usw.
38.3. Methoden zur Herstellung von Verbundwerkstoffen
Die Technologie zur Herstellung von Metallverbundwerkstoffen wird durch das Design der Produkte bestimmt, insbesondere wenn diese eine komplexe Form haben und eine Vorbereitung der Verbindungen durch Schweißen, Löten, Kleben oder Nieten erfordern, und ist in der Regel mehrgängig.
Die elementare Grundlage für die Herstellung von Teilen oder Halbzeugen (Bleche, Rohre, Profile) aus Verbundwerkstoffen sind meist sogenannte Prepregs oder Bänder mit einer Schicht verstärkendem Füllstoff, imprägniert oder beschichtet mit Matrixlegierungen; metallimprägnierte Faserkabel oder einzelne Fasern, die mit Matrixlegierungen beschichtet sind.
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ARTEN DER VERBINDUNG ENTLANG DER SCHNITTFLÄCHEN IN VERBUNDWERKSTOFFEN
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Teile und Halbzeuge werden durch Zusammenfügen (Verdichten) der Original-Prepregs durch Imprägnieren, Heißpressen, Walzen oder Ziehen von Prepreg-Paketen gewonnen. Manchmal werden sowohl Prepregs als auch Produkte aus Verbundwerkstoffen mit den gleichen Methoden hergestellt, beispielsweise im Pulver- oder Gießverfahren, jedoch in unterschiedlichen Verfahren und auf unterschiedlichen technologischen Stufen.
Verfahren zur Herstellung von Prepregs, Halbzeugen und Produkten aus Verbundwerkstoffen mit Metallmatrizen lassen sich in fünf Hauptgruppen einteilen: 1) Dampf-Gas-Phase; 2) chemisch und elektrochemisch; 3) flüssige Phase; 4) feste Phase; 5) Fest-Flüssig-Phase.
38.4. Eigenschaften von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen
Verbundwerkstoffe mit Metallmatrizen bieten gegenüber anderen Strukturmaterialien, die für den Einsatz unter extremen Bedingungen vorgesehen sind, eine Reihe unbestreitbarer Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehören: hohe Festigkeit und... Steifigkeit kombiniert mit hoher Bruchzähigkeit; hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit (das Verhältnis der Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls zum spezifischen Gewicht von a/y und E/y); hohe Ermüdungsgrenze; hohe Hitzebeständigkeit; geringe Empfindlichkeit gegenüber Thermoschock, gegenüber Oberflächenfehlern, hohe Dämpfungseigenschaften, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Herstellbarkeit in Design, Verarbeitung und Verbindung (Tabelle 38 4).
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VERBUNDWERKSTOFFE MIT METALLMATRIZEN IM VERGLEICH ZU DEN BESTEN METALLSTRUKTURMATERIALIEN |
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TABELLE 385 |
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MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON VERBUNDWERKSTOFFEN MIT METALLMATRIXEN
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Sofern keine besonderen Anforderungen an Materialien hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Kältebeständigkeit und anderen Eigenschaften gestellt werden, werden die Temperaturbereiche für den Einsatz von Verbundwerkstoffen wie folgt bestimmt:<250 °С - для материалов с полимерными матрицами; >1000 °C – für Materialien mit Keramikmatrizen; Verbundwerkstoffe mit Metallmatrizen decken diese Grenzen ab
Die Festigkeitseigenschaften einiger Verbundwerkstoffe sind in Tabelle 38 5 aufgeführt.
Die wichtigsten Verbindungsarten von Verbundwerkstoffen sind heute Schraub-, Niet-, Klebeverbindungen, Löt- und Schweißverbindungen sowie kombinierte Verbindungen durch Löten und Schweißen, die die Möglichkeit eröffnen, die einzigartigen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs optimal auszuschöpfen Material in einem Bauwerk, ihre Umsetzung stellt jedoch ein komplexes wissenschaftlich-technisches Problem dar und hat in vielen Fällen das experimentelle Stadium noch nicht verlassen
38,5. Probleme der Schweißbarkeit von Verbundwerkstoffen
Wenn wir unter Schweißbarkeit die Fähigkeit eines Materials verstehen, Schweißverbindungen zu bilden, die ihm in seinen Eigenschaften nicht nachstehen, dann sind Verbundwerkstoffe mit Metallmatrizen, insbesondere faserige, als schwer schweißbare Werkstoffe einzustufen. Dafür gibt es mehrere Gründe.
I. Schweiß- und Lötverfahren beinhalten das Verbinden von Verbundwerkstoffen über einer Metallmatrix. Der verstärkende Füllstoff fehlt in einer Schweiß- oder Lötnaht entweder vollständig (z. B. bei quer zur Verstärkungsrichtung liegenden Stumpfnähten bei Faser- oder Schichtverbundwerkstoffen) oder ist in einem reduzierten Volumenanteil vorhanden (beim Schweißen vondispersionsverstärkten Werkstoffen). Drähte, die eine diskrete Verstärkungsphase enthalten) oder es liegt eine Verletzung der Kontinuität und Richtung der Verstärkung vor (z. B. beim Diffusionsschweißen von Faserzusammensetzungen quer zur Richtung der Verstärkung). Folglich handelt es sich bei einer Schweiß- oder Lötnaht um einen geschwächten Bereich einer Verbundwerkstoffstruktur, der bei der Gestaltung und Vorbereitung der Schweißverbindung berücksichtigt werden muss. In der Literatur gibt es Vorschläge für das autonome Schweißen von Verbundkomponenten, um die Kontinuität der Verstärkung aufrechtzuerhalten (z. B. Pressschweißen von Wolframfasern in einer Wolfram-Kupfer-Zusammensetzung). Das autonome Stumpfschweißen von Faserverbundwerkstoffen erfordert jedoch eine spezielle Vorbereitung der Kanten , strikte Einhaltung des Bewehrungsabstandes und ist nur für Materialien mit Metallfaserverstärkung geeignet. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, Stoßverbindungen mit überlappenden Fasern über die kritische Länge hinaus vorzubereiten, was jedoch Schwierigkeiten beim Füllen der Verbindung mit Matrixmaterial und beim Sicherstellen einer starken Verbindung an der Faser-Matrix-Grenzfläche mit sich bringt.
II. Es ist zweckmäßig, den Einfluss der Schweißerwärmung auf die Entwicklung physikalisch-chemischer Wechselwirkungen in einem Verbundwerkstoff am Beispiel einer Verbindung zu betrachten, die entsteht, wenn ein Lichtbogen ein Fasermaterial quer zur Verstärkungsrichtung schmilzt (Abb. 38.2). Wenn das Matrixmetall keinen Polymorphismus aufweist (z. B. Al, Mg, Cu, Ni usw.), können in der Verbindung 4 Hauptzonen unterschieden werden: 1 - Zone, die auf die Matrixrücklauftemperatur erhitzt wird (analog zum Schweißen von homogene Materialien, wir werden diese Zone das Hauptmaterial nennen); 2 – Zone begrenzt durch die Temperaturen der Rückkehr und Rekristallisation des Matrixmetalls (Rückführungszone); 3-Zonen,
begrenzt durch die Temperaturen der Rekristallisation und des Schmelzens der Matrix (Rekristallisationszone); 4 - Heizzone über der Schmelztemperatur der Matrix (nennen wir diese Zone die Schweißnaht). Wenn es sich bei der Matrix im Verbundwerkstoff um Legierungen aus Ti, Zr, Fe und anderen Metallen mit polymorphen Umwandlungen handelt, treten in Zone 3 Unterzonen mit vollständiger oder teilweiser Phasenrekristallisation der Matrix auf, für diese Betrachtung ist dieser Punkt jedoch nicht von Bedeutung.
Veränderungen in den Eigenschaften des Verbundmaterials beginnen in Zone 2. Hier beseitigen Erholungsprozesse die Kaltverfestigung der Matrix, die bei der Festphasenverdichtung des Verbundmaterials erreicht wird (bei Zusammensetzungen, die durch Flüssigphasenverfahren erhalten werden, wird dabei keine Erweichung beobachtet). Zone).
In Zone 3 kommt es zur Rekristallisation und zum Wachstum der Matrixmetallkörner. Durch die Diffusionsmobilität der Matrixatome wird die Weiterentwicklung der Interphasenwechselwirkung, die bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs begann, möglich, die Dicke der spröden Schichten nimmt zu und die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs insgesamt verschlechtern sich. Beim Schmelzschweißen von Material
Bei der Gewinnung durch Verfahren der Festphasenverdichtung von Pulvern oder Prepregs mit einer Pulver- oder Sprühmatrix ist eine Porosität entlang der Schmelzgrenze und angrenzenden Grenzflächen zwischen den Phasen möglich, die nicht nur die Festigkeitseigenschaften, sondern auch die Dichtheit der Schweißverbindung beeinträchtigt.
In der Zone 4 (Schweißnaht) lassen sich 3 Abschnitte unterscheiden:
Abschnitt 4", angrenzend an die Schweißnahtachse, wo aufgrund der starken Überhitzung unter dem Lichtbogen der Metallmatrixschmelze und der längsten Verweildauer des Metalls im geschmolzenen Zustand eine vollständige Auflösung der Verstärkungsphase auftritt;
Abschnitt 4“, gekennzeichnet durch eine niedrigere Erwärmungstemperatur der Schmelze und eine kürzere Kontaktdauer der Verstärkungsphase mit der Schmelze. Hier wird diese Phase nur teilweise in der Schmelze gelöst (z. B. nimmt der Durchmesser der Fasern ab, es entstehen Hohlräume). an ihrer Oberfläche ist die Unidirektionalität der Bewehrung gestört);
Abschnitt 4“, in dem sich die Abmessungen der Verstärkungsphase nicht merklich ändern, sich jedoch eine intensive Wechselwirkung mit der Schmelze entwickelt, Schichten oder Inseln spröder Wechselwirkungsprodukte gebildet werden und die Festigkeit der Verstärkungsphase abnimmt. Dadurch wird Zone 4 zur Zone maximaler Schädigung des Verbundwerkstoffs beim Schweißen.
III. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Matrixmaterials und der Verstärkungsphase in Schweißverbindungen von Verbundwerkstoffen entstehen zusätzliche thermoelastische Spannungen, die zur Bildung verschiedener Defekte führen: Rissbildung, Zerstörung spröder Verstärkungsphasen in der am stärksten erhitzten Zone 4 der Verbindung , Delamination entlang der Phasengrenzen in Zone 3.
Um hohe Eigenschaften von Schweißverbindungen aus Verbundwerkstoffen zu gewährleisten, wird Folgendes empfohlen.
Erstens sind unter den bekannten Fügeverfahren Festphasenschweißverfahren zu bevorzugen, bei denen aufgrund des geringeren Energieeintrags eine minimale Verschlechterung der Eigenschaften der Bauteile in der Fügezone erreicht werden kann.
Zweitens müssen die Pressschweißmodi so gewählt werden, dass ein Verschieben oder Quetschen des Verstärkungsbauteils verhindert wird.
Drittens sollten beim Schmelzschweißen von Verbundwerkstoffen Methoden und Modi gewählt werden, die einen minimalen Wärmeeintrag in die Verbindungszone gewährleisten.
Viertens sollte das Schmelzschweißen zum Verbinden von Verbundwerkstoffen mit thermodynamisch kompatiblen Komponenten wie Kupfer-Wolfram, Kupfer-Molybdän, Silber-Wolfram oder verstärkt mit hitzebeständigen Füllstoffen wie Siliziumkarbidfasern oder Füllstoffen mit Barrierebeschichtungen empfohlen werden. wie Fasern aus Bor mit Borcarbid- oder Siliziumcarbid-Beschichtungen.
Fünftens muss das Elektroden- oder Zusatzmaterial oder das Material von Zwischendichtungen zum Schmelzschweißen oder Löten Legierungszusätze enthalten, die die Auflösung der Verstärkungskomponente und die Bildung spröder Produkte der Grenzflächenwechselwirkung während des Schweißprozesses und während des anschließenden Betriebs des Schweißguts begrenzen Einheiten.
38.5.1. Schweißen von Verbundwerkstoffen
Faserige und laminierte Verbundwerkstoffe werden meist überlappend verbunden. Das Verhältnis der Länge des Bodens zur Dicke des Materials liegt in der Regel über 20. Solche Verbindungen können durch Niet- oder Schraubverbindungen zusätzlich verstärkt werden. Neben Überlappungsverbindungen ist es auch möglich, Stoß- und Eckschweißverbindungen in Richtung der Bewehrung und seltener auch quer zur Bewehrungsrichtung herzustellen. Im ersten Fall ist es bei richtiger Wahl der Schweiß- oder Lötmethode und -art möglich, eine gleiche Festigkeit der Verbindung zu erreichen; im zweiten Fall übersteigt die Festigkeit der Verbindung in der Regel nicht die Festigkeit des Matrixmaterials.
Mit Partikeln, Kurzfasern und Whiskern verstärkte Verbundwerkstoffe werden mit den gleichen Techniken geschweißt wie ausscheidungshärtende Legierungen oder Pulverwerkstoffe. In diesem Fall kann eine gleiche Festigkeit der Schweißverbindungen mit dem Grundmaterial erreicht werden, sofern der Verbundwerkstoff in Flüssigphasentechnologie hergestellt, mit hitzebeständigen Füllstoffen verstärkt wird und geeignete Schweißarten und Schweißmaterialien ausgewählt werden. In manchen Fällen kann das Elektroden- oder Füllmaterial in seiner Zusammensetzung dem Grundmaterial ähnlich oder ähnlich sein.
38.5.2. Schutzgasschweißen
Das Verfahren dient zum Schmelzschweißen von Verbundwerkstoffen mit einer Matrix aus chemisch aktiven Metallen und Legierungen (Aluminium, Magnesium, Titan, Nickel, Chrom). Das Schweißen erfolgt mit einer nicht abschmelzenden Elektrode in einer Atmosphäre aus Argon oder einer Mischung mit Helium. Um die thermische Wirkung des Schweißens auf Materialien zu regulieren, empfiehlt sich der Einsatz eines Impulslichtbogens, eines Drucklichtbogens oder eines Drehstromlichtbogens.
Um die Festigkeit der Verbindungen zu erhöhen, wird empfohlen, Nähte mit Verbundelektroden oder Fülldrähten mit einem Volumengehalt der Verstärkungsphase von 15-20 % herzustellen. Als Verstärkungsphasen werden Kurzfasern aus Bor, Saphir, Nitrid oder Siliziumkarbid verwendet.
38.5.3. Elektronenstrahlschweißen
Die Vorteile des Verfahrens sind das Fehlen einer Oxidation des geschmolzenen Metalls und des verstärkenden Füllstoffs, die Vakuumentgasung des Metalls in der Schweißzone und die hohe Energiekonzentration im Strahl, wodurch Verbindungen mit minimaler Schmelzbreite erzielt werden können Zone und Wärmeeinflusszone. Letzterer Vorteil kommt insbesondere bei Verbindungen von Faserverbundwerkstoffen in Bewehrungsrichtung zum Tragen. Bei spezieller Nahtvorbereitung ist das Schweißen mit Füllabstandshaltern möglich.
38.5.4. Widerstandspunktschweißen
Das Vorhandensein einer Verstärkungsphase in einem Verbundwerkstoff verringert dessen thermische und elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zum Matrixmaterial und verhindert die Bildung eines Gusskerns. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden beim Punktschweißen dünnblechiger Verbundwerkstoffe mit Mantelschichten erzielt. Beim Schweißen von Blechen unterschiedlicher Dicke oder Verbundblechen mit homogenen Blechen werden Elektroden mit unterschiedlicher Leitfähigkeit ausgewählt, um den Kern der Schweißstelle in die Kontaktebene der Bleche zu bringen und den Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit des Materials auszugleichen. Komprimieren der Randzone, Ändern des Durchmessers und des Krümmungsradius der Elektroden sowie der Dicke der Mantelschicht, Verwendung zusätzlicher Dichtungen.
Die durchschnittliche Festigkeit des Schweißpunkts beim Schweißen von monoaxialen borverstärkten Aluminiumplatten mit einer Dicke von 0,5 mm (mit einem Volumenanteil an Fasern von 50 %) beträgt 90 % der Festigkeit von Bor-Aluminium eines äquivalenten Querschnitts. Die Verbindungsfestigkeit von Bora-Aluminium-Blechen mit Querverstärkung ist höher als die von Blechen mit einachsiger Verstärkung.
38.5.5. Diffusionsschweißen
Der Prozess erfolgt unter hohem Druck ohne Verwendung von Lot. Dabei werden zu verbindende Bor-Aluminium-Teile in einer geschlossenen Retorte bei einem Druck von bis zu 20 MPa auf eine Temperatur von 480 °C erhitzt und 30-90 Minuten unter diesen Bedingungen gehalten. Der technologische Prozess des Diffusionswiderstandspunktschweißens von Boraluminium mit Titan unterscheidet sich kaum vom Schmelzpunktschweißen. Der Unterschied besteht darin, dass der Schweißmodus und die Form der Elektroden so gewählt werden, dass die Heiztemperatur der Aluminiummatrix nahe an der Schmelztemperatur, aber darunter liegt. Dadurch entsteht an der Kontaktstelle eine Diffusionszone mit einer Dicke von 0,13 bis 0,25 Mikrometer.
Durch Diffusionspunktschweißen überlappend geschweißte Proben werden bei der Zugprüfung im Temperaturbereich von 20–120 °C entlang des Grundmaterials zerstört und reißen entlang der Fasern aus. Bei einer Temperatur von 315 °C werden die Proben durch Scherung an der Verbindungsstelle zerstört.
38.5.6. Keilpressschweißen
Um Enden aus herkömmlichen Strukturlegierungen mit Rohren oder Körpern aus Verbundwerkstoffen zu verbinden, wurde ein Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Metalle mit stark unterschiedlicher Härte entwickelt, das als Mikrokeilpresse bezeichnet werden kann. Der Pressdruck entsteht durch thermische Spannungen, die beim Erhitzen des Dorns und der Halterung des Thermokompressionsschweißgeräts aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (K.TE) entstehen. Die Endelemente, an deren Kontaktfläche ein Keilgewinde angebracht ist, werden mit einem Rohr aus Verbundwerkstoff sowie mit Dorn und Halter zusammengebaut. Das zusammengebaute Gerät wird in einer Schutzumgebung auf eine Temperatur von 0,7 bis 0,9 °C vom Schmelzpunkt des schmelzbarsten Metalls erhitzt. Der Spanndorn hat einen höheren WAK als der Halter. Beim Erhitzen verringert sich der Abstand zwischen den Arbeitsflächen von Dorn und Halter und die Vorsprünge („Keile“) des Gewindes an der Spitze werden in die Mantelschichten des Rohres gedrückt. Die Festigkeit der Festphasenverbindung ist nicht geringer als die Festigkeit des Matrix- oder Mantelmetalls.
38.5.7. Explosionsschweißen
Das Explosionsschweißen dient zum Verbinden von Blechen, Profilen und Rohren aus Metallverbundwerkstoffen, die mit Metallfasern oder -schichten mit ausreichend hohen plastischen Eigenschaften verstärkt sind, um ein Zerdrücken der Verstärkungsphase zu vermeiden, sowie zum Verbinden von Verbundwerkstoffen mit Verstrebungen aus verschiedenen Metallen und Legierungen . Die Festigkeit der Verbindungen ist in der Regel gleich oder sogar höher (aufgrund der Kaltverfestigung) als die Festigkeit des schwächsten Matrixmaterials, das in den zu verbindenden Teilen verwendet wird. Um die Festigkeit der Verbindungen zu erhöhen, werden Zwischendichtungen aus anderen Materialien verwendet.
In den Fugen sind in der Regel keine Poren oder Risse vorhanden. Geschmolzene Bereiche in der Übergangszone, insbesondere bei der Explosion unterschiedlicher Metalle, sind Mischungen eutektischer Phasen.
38.6. Löten von Verbundwerkstoffen
Lötverfahren sind für die Verbindung von Verbundwerkstoffen sehr vielversprechend, da sie bei Temperaturen durchgeführt werden können, die den verstärkenden Füllstoff nicht beeinträchtigen und keine Grenzflächenwechselwirkungen hervorrufen.
Das Löten erfolgt mit herkömmlichen Techniken, d. h. durch Eintauchen in Lot oder im Ofen. Die Frage nach der Qualität der Oberflächenvorbereitung zum Löten ist sehr wichtig. Verbindungen, die mit Hartloten unter Verwendung von Flussmitteln hergestellt werden, sind korrosionsanfällig, daher muss das Flussmittel vollständig aus dem Verbindungsbereich entfernt werden.
Löten mit Hart- und Weichloten
Es wurden mehrere Möglichkeiten zum Löten von Boraluminium entwickelt. Es wurden Lote zum Niedertemperaturlöten getestet. Lote der Zusammensetzung 55 % Cd – 45 % Ag, 95 % Cd – 5 % Ag, 82,5 % Cd – 17,5 % Zn werden für Teile empfohlen, die bei Temperaturen nicht höher als 90 °C betrieben werden; Lotzusammensetzung 95 % Zn – 5 % Al – für Betriebstemperaturen bis 315 °C. Um die Benetzung und Verteilung des Lotes zu verbessern, wird eine 50 Mikrometer dicke Nickelschicht auf die zu verbindenden Flächen aufgetragen. Das Hochtemperaturlöten erfolgt mit eutektischen Loten des Aluminium-Silizium-Systems bei Temperaturen in der Größenordnung von 575-615 °C. Aufgrund der Gefahr einer Verschlechterung der Festigkeit der Borfasern sollte die Lötzeit auf ein Minimum beschränkt werden.
Die Hauptschwierigkeiten beim Löten von Kohlenstoff-Aluminium-Zusammensetzungen sowohl untereinander als auch mit Aluminiumlegierungen hängen mit der schlechten Benetzbarkeit von Kohlenstoff-Aluminium-Zusammensetzungen mit Loten zusammen. Die besten Lote sind Legierung 718 (A1-12 % Si) oder abwechselnde Folienschichten aus Legierung 6061. Das Löten erfolgt in einem Ofen in einer Argonatmosphäre bei einer Temperatur von 590 °C für 5-10 Minuten. Zur Verbindung von Bora-Aluminium und Kohlenstoff-Aluminium mit Titan können Lote des Systems Aluminium-Silizium-Magnesium verwendet werden. Um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, empfiehlt es sich, eine Nickelschicht auf die Titanoberfläche aufzutragen.
Eutektisches Diffusionslöten. Das Verfahren besteht darin, eine dünne Schicht eines zweiten Metalls auf die Oberfläche der zu schweißenden Teile aufzutragen und dabei mit dem Matrixmetall ein Eutektikum zu bilden. Für Matrizen aus Aluminiumlegierungen werden Schichten aus Ag, Cu, Mg, Ge, Zn verwendet, deren eutektische Temperatur mit Aluminium 566, 547, 438, 424 bzw. 382 °C beträgt. Durch den Diffusionsprozess nimmt die Konzentration des zweiten Elements in der Kontaktzone allmählich ab und die Schmelztemperatur der Verbindung steigt an und nähert sich der Schmelztemperatur der Matrix. Daher können Lötverbindungen bei Temperaturen betrieben werden, die über der Punkka-Temperatur liegen.
Beim Diffusionslöten von Boraluminium werden die Oberflächen der zu verbindenden Teile mit Silber und Kupfer beschichtet, anschließend verdichtet und unter einem Druck von bis zu 7 MPa bei einer Temperatur von 510–565 °C in einer Stahlretorte im Vakuum oder gehalten inerte Atmosphäre.
Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Metallmatrix(üblicherweise A1, Mg, Ni und deren Legierungen), verstärkt mit hochfesten Fasern (Fasermaterialien) oder fein verteilten feuerfesten Partikeln, unlöslich im Grundmetall (dispersionsverstärkte Werkstoffe). Die Metallmatrix verbindet die Fasern (dispergierte Partikel) zu einem Ganzen. Faser (dispergierte Partikel) plus ein Bindemittel (Matrix), aus dem das besteht
Reis. 1
1 - körniges (dispersionsverstärktes) Material (l/d- ICH): 2 - diskretes Faserverbundmaterial; 3 - Endlosfaser-Verbundwerkstoff; 4 - kontinuierliches Verlegen von Fasern; 5 - zweidimensionale Faserplatzierung; 6,7 - volumetrische Faserverlegung
oder eine andere Komposition, erhielt den Namen Verbundwerkstoffe(Abb. 196).
Faserverbundwerkstoffe.
In Abb. 196 zeigt Verstärkungsdiagramme für Faserverbundwerkstoffe. Gemäß dem Mechanismus der verstärkenden Wirkung werden Verbundwerkstoffe mit einem faserigen Füllstoff (Verstärker) in diskrete Werkstoffe unterteilt, bei denen das Verhältnis von Faserlänge zu Durchmesser l/d « 10-tL03 beträgt, und in kontinuierliche Werkstoffe, bei denen l/d gilt = co. In der Matrix sind diskrete Fasern zufällig angeordnet. Der Faserdurchmesser reicht von Bruchteilen bis zu Hunderten von Mikrometern. Je größer das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Faser ist, desto höher ist der Verstärkungsgrad.
Häufig handelt es sich bei dem Verbundwerkstoff um eine Schichtstruktur, bei der jede Schicht mit einer Vielzahl paralleler Endlosfasern verstärkt ist. Jede Schicht kann auch mit Endlosfasern verstärkt werden, die zu einem Stoff verwoben sind, der die ursprüngliche Form darstellt und der Breite und Länge des Endmaterials entspricht. Oft werden die Fasern zu dreidimensionalen Strukturen verwoben.
Verbundwerkstoffe unterscheiden sich von herkömmlichen Legierungen durch höhere Werte der Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit (um 50-100 %), des Elastizitätsmoduls und des Steifigkeitskoeffizienten (Ely) und verringerte Rissanfälligkeit. Der Einsatz von Verbundwerkstoffen erhöht die Steifigkeit der Struktur und reduziert gleichzeitig den Metallverbrauch.
Tabelle 44
Mechanische Eigenschaften metallbasierter Verbundwerkstoffe
Die Festigkeit von Verbundwerkstoffen (Fasermaterialien) wird durch die Eigenschaften der Fasern bestimmt; Die Matrix sollte hauptsächlich die Spannungen zwischen den Verstärkungselementen umverteilen. Daher müssen die Festigkeit und der Elastizitätsmodul der Fasern deutlich größer sein als die Festigkeit und der Elastizitätsmodul der Matrix. Starre Verstärkungsfasern nehmen die bei Belastung in der Zusammensetzung auftretenden Spannungen auf und verleihen ihr Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der Faserorientierung.
Zur Verfestigung von Aluminium, Magnesium und deren Legierungen werden Borverbindungen verwendet (ca. = 2500-*-3500 MPa, E = 38h-420 GPa) und Kohlenstoff (st v = 1400-g-3500 MPa, E 160–450 GPa) Fasern sowie Fasern aus feuerfesten Verbindungen (Karbide, Nitride, Boride und Oxide) mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul. So haben Siliziumkarbidfasern mit einem Durchmesser von 100 μm eine Temperatur von = 2500-*t3500 MPa, E= 450 GPa. Als Fasern werden häufig Drähte aus hochfesten Stählen verwendet.
Zur Verstärkung von Titan und seinen Legierungen werden Molybdändraht, Saphirfasern, Siliziumkarbid und Titanborid verwendet.
Die Erhöhung der Hitzebeständigkeit von Nickellegierungen wird durch deren Verstärkung mit Wolfram- oder Molybdändraht erreicht. Metallfasern werden auch dort eingesetzt, wo eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist. Vielversprechende Festiger für hochfeste und hochmodulige Faserverbundwerkstoffe sind Whisker aus Aluminiumoxid und -nitrid, Siliziumkarbid und -nitrid, Borkarbid usw. mit einem b = 15.000-g-28.000 MPa und E= 400-*-600 GPa.
In der Tabelle 44 zeigt die Eigenschaften einiger Faserverbundwerkstoffe.
Metallbasierte Verbundwerkstoffe weisen eine hohe Festigkeit (st, a_ x) und Hitzebeständigkeit bei gleichzeitig geringer Plastizität auf. Fasern in Verbundwerkstoffen verringern jedoch die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rissen, die in der Matrix entstehen, und verhindern plötzliche Risse fast vollständig
Reis. 197. Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls E(a) und Zugfestigkeit o in (b) Bor-Aluminium-Verbundmaterial entlang (/) und quer (2) Verstärkungsachse abhängig vom Volumengehalt der Borfaser
Sprödbruch. Ein charakteristisches Merkmal einachsiger Faserverbundwerkstoffe ist die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften entlang und quer zu den Fasern und die geringe Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentratoren.
In Abb. 197 zeigt die Abhängigkeit a in und E Bor-Aluminium-Verbundwerkstoff aus dem Gehalt an Borfasern entlang (/) und quer ( 2 ) Verstärkungsachse. Je höher der Volumengehalt an Fasern, desto höher sind a b, a_ t und E entlang der Achse der Bewehrung. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Matrix nur dann Spannungen auf die Fasern übertragen kann, wenn an der Grenzfläche zwischen Verstärkungsfaser und Matrix eine starke Verbindung besteht. Um den Kontakt zwischen den Fasern zu verhindern, muss die Matrix alle Fasern vollständig umgeben, was erreicht wird, wenn ihr Gehalt mindestens 15–20 % beträgt.
Matrix und Faser sollten während der Herstellung oder im Betrieb nicht miteinander interagieren (es sollte keine gegenseitige Diffusion stattfinden), da dies zu einer Verringerung der Festigkeit des Verbundwerkstoffs führen kann.
Die Anisotropie der Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen wird bei der Konstruktion von Teilen berücksichtigt, um die Eigenschaften zu optimieren, indem das Widerstandsfeld an die Spannungsfelder angepasst wird.
Die Verstärkung von Aluminium-, Magnesium- und Titanlegierungen mit kontinuierlichen feuerfesten Fasern aus Bor, Siliziumkarbid, Titandiborid und Aluminiumoxid erhöht die Hitzebeständigkeit deutlich. Ein Merkmal von Verbundwerkstoffen ist die geringe Erweichungsgeschwindigkeit im Laufe der Zeit (Abb. 198, A) mit steigender Temperatur.
Reis. 198. Langzeitfestigkeit von Bor-Aluminium-Verbundwerkstoffen mit 50 % Borfaser im Vergleich zur Festigkeit von Titanlegierungen (a) und Langzeitfestigkeit von Nickel-Verbundwerkstoffen im Vergleich zur Festigkeit vondispersionshärtenden Legierungen (b) :
/ - Bor-Aluminium-Verbundwerkstoff; 2 - Titanlegierung; 3 - Dispersionsverstärkter Verbundwerkstoff; 4 - Dispersionshärtende Legierungen
Der Hauptnachteil von Verbundwerkstoffen mit ein- und zweidimensionaler Verstärkung ist der geringe Widerstand gegen Scherung und Querbruch zwischen den Schichten. Materialien mit volumetrischer Verstärkung haben diesen Nachteil nicht.
- Polymer-, Keramik- und andere Matrizen werden häufig verwendet.
Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Metallmatrix (meist Al, Mg, Ni und deren Legierungen), verstärkt mit hochfesten Fasern (Fasermaterialien) oder fein verteilten feuerfesten Partikeln, die sich nicht im Grundmetall auflösen (dispersionsverstärkte Materialien). Die Metallmatrix verbindet die Fasern (dispergierte Partikel) zu einem Ganzen. Faser (dispergierte Partikel) plus ein Bindemittel (Matrix), aus dem das besteht
Reis. 196. Schema der Struktur (a) und Verstärkung mit Endlosfasern (b) von Verbundwerkstoffen: 1 – körniges (dispersionsverstärktes) Material (l/d = 1); 2 – diskretes Faserverbundmaterial; 3 – Endlosfaserverbundwerkstoff; 4 - kontinuierliches Verlegen von Fasern; 5 - zweidimensionale Faserverlegung; 6.7 - volumetrische Faserverlegung
oder einer anderen Zusammensetzung nennt man Verbundwerkstoffe (Abb. 196).
Faserverbundwerkstoffe. In Abb. 196 zeigt Verstärkungsdiagramme für Faserverbundwerkstoffe. Nach dem Mechanismus der Verstärkungswirkung werden Verbundwerkstoffe mit einem faserigen Füllstoff (Verstärker) in diskrete, bei denen das Verhältnis von Faserlänge zu Durchmesser besteht, und in kontinuierliche Fasern, bei denen diskrete Fasern zufällig in der Matrix angeordnet sind, unterteilt. Der Faserdurchmesser reicht von Bruchteilen bis zu Hunderten von Mikrometern. Je größer das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Faser ist, desto höher ist der Verstärkungsgrad.
Häufig handelt es sich bei dem Verbundwerkstoff um eine Schichtstruktur, bei der jede Schicht mit einer Vielzahl paralleler Endlosfasern verstärkt ist. Jede Schicht kann auch mit Endlosfasern verstärkt werden, die zu einem Stoff verwoben sind, der die ursprüngliche Form darstellt und der Breite und Länge des Endmaterials entspricht. Oft werden die Fasern zu dreidimensionalen Strukturen verwoben.
Verbundwerkstoffe unterscheiden sich von herkömmlichen Legierungen durch höhere Werte der Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit (um 50–100 %), des Elastizitätsmoduls, des Steifigkeitskoeffizienten () und einer verringerten Rissanfälligkeit. Der Einsatz von Verbundwerkstoffen erhöht die Steifigkeit der Struktur und reduziert gleichzeitig den Metallverbrauch.
Tabelle 44 (siehe Scan) Mechanische Eigenschaften metallbasierter Verbundwerkstoffe
Die Festigkeit von Verbundwerkstoffen (Fasermaterialien) wird durch die Eigenschaften der Fasern bestimmt; Die Matrix sollte hauptsächlich die Spannungen zwischen den Verstärkungselementen umverteilen. Daher müssen die Festigkeit und der Elastizitätsmodul der Fasern deutlich größer sein als die Festigkeit und der Elastizitätsmodul der Matrix. Starre Verstärkungsfasern nehmen die bei Belastung in der Zusammensetzung auftretenden Spannungen auf und verleihen ihr Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der Faserorientierung.
Zur Verstärkung von Aluminium, Magnesium und deren Legierungen werden Bor- und Kohlenstofffasern sowie Fasern aus feuerfesten Verbindungen (Karbide, Nitride, Boride und Oxide) mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul verwendet. So verfügen Siliziumkarbidfasern mit einem Durchmesser von 100 Mikrometern über hochfeste Stahldrähte, die häufig als Fasern verwendet werden.
Zur Verstärkung von Titan und seinen Legierungen werden Molybdändraht, Saphirfasern, Siliziumkarbid und Titanborid verwendet.
Die Erhöhung der Hitzebeständigkeit von Nickellegierungen wird durch deren Verstärkung mit Wolfram- oder Molybdändraht erreicht. Metallfasern werden auch dort eingesetzt, wo eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist. Vielversprechende Festiger für hochfeste und hochmodulige Faserverbundwerkstoffe sind Whisker aus Aluminiumoxid und -nitrid, Siliziumkarbid und -nitrid, Borkarbid usw
In der Tabelle 44 zeigt die Eigenschaften einiger Faserverbundwerkstoffe.
Verbundwerkstoffe auf Metallbasis weisen eine hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit bei gleichzeitig geringer Plastizität auf. Fasern in Verbundwerkstoffen verringern jedoch die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rissen, die in der Matrix entstehen, und verhindern plötzliche Risse fast vollständig
Reis. 197. Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls E (a) und der Zugfestigkeit (b) von Bor-Aluminium-Verbundwerkstoffen entlang (1) und quer (2) der Verstärkungsachse vom volumetrischen Gehalt an Borfasern
Sprödbruch. Ein charakteristisches Merkmal einachsiger Faserverbundwerkstoffe ist die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften entlang und quer zu den Fasern und die geringe Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentratoren.
In Abb. 197 zeigt die Abhängigkeit und E des Bor-Aluminium-Verbundwerkstoffs vom Gehalt an Borfasern entlang (1) und quer zur Verstärkungsachse. Je höher der Volumengehalt an Fasern, desto höher E entlang der Verstärkungsachse. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Matrix nur dann Spannungen auf die Fasern übertragen kann, wenn an der Grenzfläche zwischen Verstärkungsfaser und Matrix eine starke Verbindung besteht. Um einen Kontakt zwischen den Fasern zu verhindern, muss die Matrix alle Fasern vollständig umgeben, was erreicht wird, wenn ihr Gehalt mindestens 15–20 % beträgt.
Matrix und Faser sollten während der Herstellung oder im Betrieb nicht miteinander interagieren (es sollte keine gegenseitige Diffusion stattfinden), da dies zu einer Verringerung der Festigkeit des Verbundwerkstoffs führen kann.
Die Anisotropie der Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen wird bei der Bauteilkonstruktion zur Optimierung der Eigenschaften durch die Anpassung des Widerstandsfeldes an 6 Spannungsfelder berücksichtigt.
Die Verstärkung von Aluminium-, Magnesium- und Titanlegierungen mit kontinuierlichen feuerfesten Fasern aus Bor, Siliziumkarbid, Titandiborid und Aluminiumoxid erhöht die Hitzebeständigkeit deutlich. Ein Merkmal von Verbundwerkstoffen ist die geringe Erweichungsgeschwindigkeit im Laufe der Zeit (Abb. 198, a) bei steigender Temperatur.
Reis. 198. Langzeitfestigkeit von Bor-Aluminium-Verbundwerkstoffen mit 50 % Borfasern im Vergleich zur Festigkeit von Titanlegierungen (a) und Langzeitfestigkeit von Nickel-Verbundwerkstoffen im Vergleich zur Festigkeit vondispersionshärtenden Legierungen (b). ): 1 - Bor-Aluminium-Verbundwerkstoff; 2 - Titanlegierung; 3 – Dispersionsverstärkter Verbundwerkstoff; 4 - ausscheidungshärtende Legierungen
Der Hauptnachteil von Verbundwerkstoffen mit ein- und zweidimensionaler Verstärkung ist der geringe Widerstand gegen Zwischenschichtschub und Querversagen. Materialien mit volumetrischer Verstärkung haben diesen Nachteil nicht.
Dispersionsverstärkte Verbundwerkstoffe. Im Gegensatz zu Faserverbundwerkstoffen ist beidispersionsverstärkten Verbundwerkstoffen die Matrix das Haupttragelement und dispergierte Partikel hemmen die Bewegung von Versetzungen darin. Eine hohe Festigkeit wird bei einer Partikelgröße von 10–500 nm mit einem durchschnittlichen Abstand zwischen ihnen von 100–500 nm und ihrer gleichmäßigen Verteilung in der Matrix erreicht. Festigkeit und Wärmebeständigkeit gehorchen je nach Volumengehalt der Verstärkungsphasen nicht dem Additivitätsgesetz. Der optimale Gehalt der zweiten Phase variiert für verschiedene Metalle, überschreitet ihn jedoch normalerweise nicht
Die Verwendung stabiler feuerfester Verbindungen (Oxide von Thorium, Hafnium, Yttrium, komplexe Verbindungen von Oxiden und Seltenerdmetallen), die im Matrixmetall unlöslich sind, als Verstärkungsphasen ermöglicht die Aufrechterhaltung einer hohen Festigkeit des Materials bis zu . In diesem Zusammenhang werden solche Materialien häufig als hitzebeständig verwendet. Dispersionsverstärkte Verbundwerkstoffe können auf Basis der meisten in der Technik verwendeten Metalle und Legierungen gewonnen werden.
Die am häufigsten verwendeten Legierungen auf Aluminiumbasis sind SAP (gesintertes Aluminiumpulver). SAP besteht aus Aluminium und dispergierten Flocken. Die Partikel hemmen effektiv die Bewegung von Versetzungen und erhöhen dadurch die Festigkeit
Legierung Der Gehalt im SAP variiert von und bis. Mit zunehmendem Gehalt steigt er von 300 bis bis an und die relative Dehnung nimmt entsprechend von 8 bis 3 % ab. Die Dichte dieser Materialien entspricht der Dichte von Aluminium, sie stehen diesem in puncto Korrosionsbeständigkeit in nichts nach und können im Temperaturbereich sogar Titan und korrosionsbeständige Stähle ersetzen sind Aluminium-Knetlegierungen überlegen. Langzeitfestigkeit für Legierungen bei beträgt
Mit Nickeldispersion verstärkte Werkstoffe haben große Aussichten. Nickelbasislegierungen mit 2-3 Vol.-% haben die höchste Hitzebeständigkeit. Thoriumdioxid oder Hafniumdioxid. Die Matrix dieser Legierungen ist in der Regel eine feste Lösung. Die Legierungen (Nickel, verstärkt durch Thoriumdioxid), (Nickel, verstärkt durch Hafniumdioxid) und (Matrix, verstärkt durch Thoriumoxid) werden häufig verwendet. Diese Legierungen weisen eine hohe Hitzebeständigkeit auf. Bei der Temperatur weist die Legierung eine Legierung auf. Dispersionsverstärkte Verbundwerkstoffe sind wie faserige Verbundwerkstoffe beständig gegen Erweichung mit zunehmender Temperatur und Einwirkungsdauer bei einer bestimmten Temperatur (siehe Abb. 198).
Die Einsatzgebiete von Verbundwerkstoffen sind nicht begrenzt. Sie werden in der Luftfahrt für hochbelastete Flugzeugteile (Haut, Holme, Rippen, Paneele usw.) und Triebwerke (Kompressor- und Turbinenschaufeln usw.), in der Raumfahrttechnik für Energiestrukturen von Geräten, die einer Erwärmung ausgesetzt sind, für Versteifungselemente, Bleche, in der Automobilindustrie zur Erleichterung von Karosserien, Federn, Rahmen, Karosserieblechen, Stoßfängern usw., im Bergbau (Bohrwerkzeuge, Teile von Mähdreschern usw.), im Tiefbau (Brückenfelder, Elemente vorgefertigter Konstruktionen hoch). (Hochhäuser usw.) und in anderen Bereichen der Volkswirtschaft.
Der Einsatz von Verbundwerkstoffen stellt einen neuen Qualitätssprung bei der Leistungssteigerung von Motoren, Energie- und Transportanlagen sowie der Gewichtsreduzierung von Maschinen und Geräten dar.
Die Technologie zur Herstellung von Halbzeugen und Produkten aus Verbundwerkstoffen ist recht weit entwickelt.
