Метод пропитки

Пропитка также, как и литье относится к жидкофазным технологиям, ее применяют для изготовления полуфабрикатов и деталей ограниченных размеров и сложной конфигурации.

Получение композита пропиткой заключается в заливке матричным материалом каркаса (или пучка) волокон. Используют разные способы заливки:

  • - вакуумной заливкой матричного расплава каркаса из волокон, размещенного в пресс-форме;
  • - пропиткой под давлением;
  • - центробежным литьем.

Возможны и другие технологии. Процессы могут проводиться в обычной воздушной или защитной атмосфере.

Технологии пропитки уступают в производительности методам литья. Это означает, что волокна находятся в более длительном контакте с расплавленным металлом при получении композита, поэтому необходимы специальные меры защиты.

Методом пропитки получают бормагниевые, углеродмагниевые препреги с объемной долей волокон ~ 70 % (предел прочности -2400 МПа).

Возможны и другие комбинации материалов «матрица - армирующий компонент».

В качестве матричных материалов наибольшее применение нашли алюминий, магний, титан и их сплавы, композиты на основе алюминия и магния — из-за их высокой удельной прочности, на основе титана — вследствие жаропрочности.

Отметим некоторые технологические особенности при производстве этих композитов.

Композиты с алюминиевой матрицей обладают высокой технологичностью. Технологичность композитов с магниевой и титановой матрицами пониженная, это требует специальных приемов при их производстве.

Магний склонен к окислению с образованием рыхлой оксидной пленки на поверхности металла.

Из-за высокой температуры плавления титана и химической активности, особенно при высоких температурах, возможно взаимодействие титана с материалом волокна при заливке. Это приводит к образованию хрупких фаз по границам раздела и снижению прочности композита. Технологический процесс должен быть построен с учетом протекающих реакций. Наибольшая совместимость достигается в системах «Ti — SiC».

Метод направленной кристаллизации

Метод реализуется для сплавов эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой являются ориентированные волокнистые или пластинчатые кристаллы, полученные в процессе направленной кристаллизации. Структура эвтектического композита создается не искусственным введением упрочнителя в матрицу, а в результате направленной кристаллизации (см. п. 17.3.4).

Необходимая структура сплава (см. рис. 17.6) может быть получена только при строгом соблюдении технологии охлаждения расплава.

Направленная кристаллизация расплава реализуется при постепенном затвердевании расплава. Тигель с расплавленным сплавом опускается из зоны нагрева

Установка для направленной кристаллизации эвтектических сплавов

Рис. 27.31. Установка для направленной кристаллизации эвтектических сплавов:

  • 1 тигель; 2 — стеклянный корпус;
  • 3 - индуктор; 4 - расплав; 5 - фронт кристаллизации; 6— слиток; 7— охлаждаемый водой блок; 8 — подвижная опора

с постоянной скоростью (рис. 27.31), обеспечивая постепенную кристаллизацию. Первые объемы затвердевшего металла образуются на дне охлаждаемого тигля. Затем фронт кристаллизации перемещается вверх со скоростью, определяемой скоростью движения тигля.

Нагрев сплава до температуры плавления осуществляется индуктором, охлаждение и, таким образом, кристаллизация происходит в охлаждаемой зоне. Процесс кристаллизации эвтектического сплава с образованием ориентированной структуры происходит только в том случае, если обе фазы — жидкая и твердая имеют близкое строение (эпитаксильные границы раздела — см. п. 17.3.4). Это обеспечивается регулируемой скоростью кристаллизации, температурным градиентом между соприкасающимися фазами, т.е. зависит от скорости перемещения тигля (см. рис. 17.31).

Дисперсность структуры также определяется скоростью кристаллизации. При малой скорости образуется упорядоченная, но грубая структура, при большой скорости — мелкодисперсная.

Для получения композита методом направленной кристаллизации следует использовать чистые материалы, т.к. наличие примесей изменяет условия кристаллизации - температуру образования эвтектики, ее состав.

Технологическим преимуществом метода направленной кристаллизации является возможность получения заготовки за одну операцию (исключается приготовление армирующего компонента, его введения в матрицу — операций, характерных при получении прочих волокнистых композитов).

Недостаток технологии заключается в том, что материал и объемные содержания матрицы и упрочняющей фазы нельзя выбирать произвольно (состав сплава определен - он соответствует эвтектическому). Кроме того, технология требует точного соблюдения режимов охлаждения, использования исходных материалов высокой чистоты.

Технология направленной кристаллизации позволяет получать заготовки определенной формы, повторяющей конфигурацию тигля, или заготовки для получения деталей обработкой резанием.

Метод используется, главным образом, для получения функциональных материалов с особыми электрическими свойствами (система «In — Sb»), жаропрочностью (система «Та - Та2С») и др.

Получение деталей из псевдосплавов

Получение собственно псевдосплава, а также деталей и заготовок из него может быть совмещено. Возможно также получение заготовки для последующего получения полуфабриката - ленты, листа и т.п. - методами пластической деформации (ковка, прокатка).

Изготовление детали (заготовки) включает изготовление пористого каркаса из прочного тугоплавкого металла и его пропитки легкоплавким металлом (см. п. 17.3.4). Основная технология изготовления каркаса (матрицы) - порошковая металлургия (см. главу 3). Может быть использовано твердофазное и жидкофазное спекание. При изготовлении матрицы необходимо обеспечить определенную, заранее заданную, пористость. Это достигается спеканием свободно насыпанных или спрессованных при определенном давлении порошков. Для изготовления матриц могут быть использованы волокна, сетки с их последующим уплотнением и спеканием, при этом также необходимо обеспечить определенную пористость.

Для получения заготовки (детали) из псевдосплава тугоплавкая матрица пропитывается легкоплавким металлом (технологию пропитки см. в п. 27.3.3).

Свойства псевдосплавов подчиняются принципу аддитивности — прямой зависимости от содержания компонентов. Так, электропроводность вольфрамовомедного псевдосплава при увеличении содержания вольфрама уменьшается, а при повышении содержания меди увеличивается по линейному закону.

Для изготовления деталей из псевдосплавов может быть использована обработка резанием, давлением (штамповка).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >