Композиционные сплавы на основе меди для электродов контактной сварки

Введение 3
1.1 Требования к сплавам электродов контактных машин 5
1.2 Требования к электродам 8
1.3 Композиционные материалы на основе металлов: получение, структура,
физико-химические и механические свойств 10
1.3.1 Понятие композиционных материалов, их характеристики и
классификация 10
1.3.2 Композиционные материалы электротехнического назначения 12
1.4. Методы упрочнения композиционных материалов на основе меди 14
1.4.1 Методы упрочнения медематричных композиционных материалов
механическим легированием 12
1.4.2 Методы упрочнения медематричных КМ синтезированием в расплаве
упрочняющих фаз 21
1.4.3 Процесс образования карбидов хрома из компонентов расплава
системы Cu-Cr-C 26
1.5. Заключение по литературному обзору и постановка задач для
исследования 32
2. Исходные материалы, оборудование и методика проведения исследований 37
3.1 Результаты исследований и их обсуждение 40
3.2 Микроструктура композиционных сплавов системы Cu-Cr-B 40
3.3 Твердость композиционных сплавов системы Cu-Cr-B 43
3.4 Влияние температуры на прочность композиционных сплавов системы
Cu-Cr-B 44
3.5 Влияние температуры на электросопротивление сплава системы
Cu-Cr-B 45
3.6 Влияние высокотемпературной обработки расплава и его
модифицирования на структуру и свойства сплавов на основе меди 48
Заключение 53
Список литературы
Купить

Актуальность темы исследования. В последние годы прогресс промышленности, неразрывно связанный с разработкой новых материалов, повышает спрос на создание новых высокопрочных композиционных материалов, надежно работающих в экстремальных условиях воздействия агрессивных сред, высоких давлений и температур. Такие материалы должны отвечать многим требованиям, сочетать в себе разные физико-механические свойства, иметь долгий срок эксплуатации. Перспективным решением является создание таких композиционных материалов, в основе которых лежит модель армированной гетерофазной структуры. В настоящее время такие композиты получают в основном порошковой металлургией. Стоимость их получения относительно высокая и связана, в основном, со сложностью технологического процесса, который является многостадийным, энергозатратным и длительным во времени.
Известным способом упрочнения металла является дисперсионное твердение, когда в процессе распада пересыщенного твердого раствора выделяются мелкодисперсные фазовые составляющие от нано- до микро размеров. Однако рабочие температуры дисперсионно-твердеющих сплавов не должны превышать (0,6...0,7)Тпл, т. к. упрочнение, вызванное временной термообработкой и старением, практически полностью снимается из-за рекристаллизации матрицы и коагуляции фаз-упрочнителей.
Более высокой жаропрочностью обладают дисперсно-упрочненные сплавы, т. е. сплавы, упрочненные термически стабильными частицами, например, карбидами, оксидами, нитридами. Роль упрочняющей фазы состоит в формировании дислокационной структуры и в ее стабилизации при высоких температурах.
Одним из наиболее эффективных методов получения сплавов данного класса считается внутреннее окисление, включающее в себя операции выплавки сплава заданного состава, получения из него тонкодисперсных порошков, их окисление до заданной степени, компактирование, пластическую деформацию (волочение, прокатка) экструдированных заготовок в различных температурных интервалах. Таким способом получают, например, сплавы на основе меди, работающие при температурах до 1000 °C. Однако этот способ получения композитов требует больших энерго-временных затрат [1].
В поисках более простых и дешевых технологий ведутся исследования по внедрению в расплавы наноразмерных керамических частиц введением, например, их в разливочный ковш или в изложницу [2]. Однако полученные структуры крайне неоднородны. Отметим, что во всех исследованиях по использованию технологий введения частиц в расплав извне отмечаются трудности, обусловленные свойствами непосредственно наночастиц, главным образом, это - короткое время их существования, плохая смачиваемость расплавом, склонность к образованию крупных конгломератов. Поэтому проводятся работы по осуществлению реакций синтеза таких частиц непосредственно в расплаве (реакционное литье), что способствует получению беспористой межфазной границы и изначальному разделению частиц матричным металлом [3, 4, 5, 6]. Однако и в этом случае сохраняется проблема обеспечения равномерного распределения частиц в объеме расплава, что требует проведения дополнительных мероприятий.
В настоящее время интенсивно изучаются и внедряются в промышленности жидкофазные методы получения композиционных материалов, что особенно важно для составов с небольшим содержанием упрочняющей фазы. При этом знания как о взаимодействии упрочняющих фаз с расплавом матрицы, так и при экстремальных условиях эксплуатации композиционных сплавов (вибрация, повышенное давление и др.) необходимы для определения их областей применения и выбора материалов с нужным комплексом физико-химических свойств. Замешивание в расплав упрочнителя позволит получить из свободно текущей суспензии фасонные отливки по обычным литейным технологиям. На этом пути проблемы получения однородного распределения в сплаве упрочняющей фазы, борьбы с плохим смачиванием и тенденциями к конгломератам предложено решать кратковременной НЧК расплавов [3].
Практическая значимость работы. Полученные сведения по структуре и физико-химическим и механическим свойствам литых композиционных сплавов на основе меди, содержащих тугоплавкие карбиды и свободный углерод, позволяют рекомендовать их в качестве перспективных материалов для работы разрывных электроконтактов.

Купить