Эвтектические КМ и псевдосплавы

Эвтектическими КМ называют сплавы эвтектического или близкого к нему состава, в которых армирующей фазой служат ориентированные волокнистые или пластинчатые кристаллы, образованные в процессе направленной кристаллизации. Поскольку структура создается в эвтектических КМ естественным путем, а не в результате искусственного введения армирующей фазы в матрицу, эвтектические КМ называют естественными.

Они характеризуются:

- высокой прочностью (прочность и совершенство стр-ры армирующей фазы);

- термически стабильной структурой до температур, близких к темп-ре плавления эвтектики;

Преимущества:

- нет проблемы хим. несовместимости между М и упроч. фазой (так как условия кристаллизации равновесны, равенства хим. потенциалов и поверхностная энергия минимальна)

- возможность изготовления детали за 1 операцию (если нет трудоемких процессов получения волокон или введения их в матрицу)

Недостатки:

- ограниченность в варьировании объемного содержания армирующей фазы (исходя из диаграммы состояния)

- повышенные требования к чистоте шихтовых материалов

- точность направленной кристаллизации (скорость роста)

- снижение производительности из-за кристаллизации

- нежелательные действия между изделием и литейной формой из-за скорости кристаллизации.

Виды:

- на основе Al (обладают низким электрическим сопротивлением и используются для изготовления электрических проводов в тех случаях, когда требуется оптимальное сочетание прочности и электропроводности

- на основе Ni, Co (служат для изготовления литых рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей. Их применение позволяет примерно на 85 °С повысить рабочую температуру на лопатках при сохранении существующих напряжений или на 50% увеличить напряжение без изменения существующих температур)

- Ta, Nb (применяются для изготовления деталей конструкций самолетов и ракет (лопаток двигателей, кромок крыльев и др.))

- полупроводниковая матрица с проводниковыми волокнами (антимонида индия InSb, армированной волокнами проводников (Sb, NiSb, FeSb, MnSb, CrSb)) распространены в электронике

- на основе ферромагнитных материалов (применяют для роторов энергетических установок космических летательных аппаратов, работающих в условиях высоких температур и механических напряжений)

Примеры: на основе сплавов алюминия (А1-А13М, Al-CuAl2, Al-Be, Al-Si), никеля (Ni-NiBe, Ni-Cr, Ni-NiMo, Ni-W), кобальта (Co-CoAl, Co-NbC, Co-Co7N6, (Co-Ni-Cr-Al-TaC) и т. д.

Псевдосплавы являются разновидностью дисперсно-упрочненных композиционных материалов, состоящих из металлических и металлоподобных фаз, не растворимых друг в друге и не вступающих в химическое взаимодействие.

Псевдосплавы, представляют собой пористый каркас, как правило, из тугоплавкого металла, пропитанный по всему объему другим, более легкоплавким металлом. При этом должны быть выполнены два условия:

1) металл каркаса и металл пропитки не должны взаимодействовать друг с другом;

2) металл пропитки должен смачивать металл, образующий каркас.

Такая композиционная структура в микромасштабе представляет собой два отдельных металла, а в макромасштабе — своеобразный сплав, которому присущи свойства обоих металлов. Таким образом, псевдосплав, по сути — объемный биметалл. (Рис. 1)

Механические и физические свойства определяются свойствами каркаса и пропитки, их объемным соотношением, а также технологией изготовления.

Для улучшения смачивания: вводят легирующие добавки, а также спец. флюсы.

Для получения спец. свойств: делают многокомпонентные сложные составы как пропитки так и армирующих сплавов.

Два вида структуры: каркасная или матричная.

Их получают методом порошковой металлургии: жидкофазного спекания, методом пропитки - матричная структура, также может происходить перестроение структуры, это когда в уже сформированном каркасе произойдет взаимодействие между частицами, структура трансформируется в матричную. Каркасные варианты это заполнение открытых пор пористого каркаса (как волокнистые так и порошковые). Также дополнительно к спеканию возможно уплотнение в виде прессования, прокатки, шликерным литьем, вибрацией.

Примеры псевдосплавов:

Тугоплавкий каркас изготовляют из смеси порошков железа и графита, железа и марганца. Железную основу легируют также Mo, Ni, Zn, Co, Al, и др. Для пропитки применяют сплавы меди с Mn, Zn, Sn, Al, Co

- Fe-Cu

Для псевдосплавов Fe — Сu характерны достаточно высокие демпфи­рующие свойства. При комнатной температуре и амплитудах напряжений 100—200 МПа декремент колебаний составляет 1—2 %, с ростом температуры он увеличивается.

Повышение коррозионной стойкости псевдосплавов Fe — Сu достигается за счет создания при пропитке тонкого медного покрытия толщиной 0,01—0,02 мм. Псевдосплавы легко свариваются между собой и со сталью с помощью медного припоя. Возможно совмещение операций пропитки и сварки.

Применение: Псевдосплавы Fe — Сu, содержащие 15—25 % Сu, применяют в качестве конструкционных материалов для изготовления деталей, подверженных ударным нагрузкам, и деталей узлов трения. А также седла клапанов ДВС, зубчатых колес, кронштейнов, деталей роторов, турбин, штампов и т.п. Буровые снаряды.

- Ti-Mg

Титан и магний практически нерастворимы друг в друге в твердом и жидком состояниях. Краевые углы смачивания в вакууме и аргоне в интервале температур 973—1123 К близки к нулю. Магний играет роль твердой смазки при трении. Получаются они путем прессования с последующим спеканием и нагревом с пропиткой в аргоне, далее после высокотемпературной пропитки (1020-1050 С) заготовки прокатываются до деформации 35%.

Псевдосплавы Ti—Mg предназначены для изготовления подшипников скольжения, подвижных уплотнений, зубчатых колес и других узлов, работающих в условиях сухого трения на воздухе, в вакууме и агрессивных средах

- на основе W,Mo

Псевдосплавы W-Cu, W-Ag широко применяют в электротехнике в качестве электроконтактных материалов. Взаимодействие вольфрама с медью и серебром отсутствует. Замена вольфрама молибденом приводит к снижению стоимости и массы изделия. Технология получения псевдосплавов Mo-Cu, Mo-Ag практически не отличается от технологии получения композиций W-Cu, W-Ag. Из этих псевдосплавов изготовляют контакты. В качестве легирующих добавок используют кобальт и никель Псевдосплавы, легированные кобальтом, служат для изготовления сильноточных контактов. Увеличение концентрации кобальта в псевдосплаве вызывает повышение его твердости и электросопротивления.