ВВЕДЕНИЕ 5
1 Композиционные материалы на основе металлов: получение, структура, физико-химические и механические свойства 7
1.1 Понятие композиционных материалов, их характеристики и классификация 7
1.2 Композиционные материалы электротехнического назначения.
Выбор матрицы и упрочняющих фаз 11
1.3 Методы упрочнения медематричных композиционных материалов 11
1.3.1 Методы упрочнения медематричных композиционных материалов механическим легированием 11
1.3.2 Методы упрочнения медематричных КМ частицами синтезированые в расплаве матрицы 16
2 Исходные материалы и методика проведения эксперимента 22
2.1 Изготовление и испытание образцов 24
Заключение
Список литературы
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)Т плавления, т. к. упрочнение, вызванное временной термообработкой и старением, практически полностью снимается из-за рекристаллизации матрицы и коагуляции фаз-упрочнителей.
Более высокой жаропрочностью обладают дисперсноупрочненные 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
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].
1 При приготовлении композиционного сплава в открытой печи требуется тщательное раскисление меди наноразмерным углеродом перед вводом в неё реакционной смеси.
2 Обоснован выбор исходных материалов для синтеза упрочняющих фаз (диборидов хрома) и дана оценка их смачиваемости расплавом меди.
3 Исследована макроструктура образцов системы Cu-Cr-B и определена величина зерна упрочняющих фаз в зависимости от состава реакционной смеси.
4 С повышением содержания упрочняющей фазы до 1 масс % повышается твердость композиционного сплава (с 60 до 91 HB), прочность при т=20^ (со 160 до 207 МПа) и при т=350^ (с 46 до 91 МПа), электропроводность снижает¬ся на 29 и 43 % от исходной меди, оставаясь достаточно высокой для материалов электротехнического назначения.
5 Исследованный комплекс свойств нового литого материала системы Cu- Cr-B позволяет рекомендовать его для изделий электротехнического назначения, работающих при повышенных температурах.
