5.8. Композиційні матеріали

У даний час у машинобудуванні широко застосо-вуються шарові та волокнисті композити. Застосування шарових матеріалів дозволяє в одному виробі поєднати різні властивості. Один шар, наприклад, забезпечує міцність, інший – корозійну стійкість. У трьох шарових матеріалах середній шар служить роз’єднуючим основних, що запобігає утворенню небажаних фаз.

Біметали сталь-титан, сталь-мідь, сталь-латунь використовують для виготовлення котлів, ємкостей, труб та інших виробів, які знаходяться в контакті з агресивним середовищем. Сталь забезпечує міцність, а кольоровий метал – корозієстійкість.

Можливе використання матеріалів, в яких шари складаються з металів і неметалів (наприклад, фторопласти, гума тощо).

Отримують шарові композити прокаткою, зваркою вибухом з наступною прокаткою тощо.

Волокнисті матеріали можуть складатись із металічної основи та зміцнюючих волокон різного походження. Найбільш поширеними волокнами є дріт з нержавіючої сталі, скляні, графітні, з окислу алюмінію волокна тощо. Ефективним є зміцнення волокон ниткоподібними кристалами. Так, ниткоподібні кристали карбіду ніобію в ніобієвій матриці зберігають високу міцність композиції до 1630^oC.

Однією з цінних якостей волокнистих композицій є високий опір найбільш небезпечним напругам розтягу. Це пояснюється тим, що руйнування волокон має локальний характер, пластична матриця гальмує тріщини, не дає їм об’єднатись.

Волокнисті, як і шарові матеріали, не слід розглядати як просту комбінацію компонентів, які їх складають. Їх довговічність, в’язке руйнування, міцність, термостійкість, корозієстійкість, як правило, вище, ніж будь-якого з компонентів.

5.9. Аморфні металічні сплави

Це нові метастабільні металічні сплави, які виділяються незвичайними властивостями. Вони в процесі деформації при 20^oC практично не наклепуються, тому вироби не потребують відпалу. Твердість аморфних сплавів достатньо велика 700 – 750 НВ. При нагріванні вони можуть кристалізуватись. Чим вища температура нагріву, тим швидше відбувається перебудова. Однак, при кімнатній температурі навіть найбільш нестійкі з металічних стекол можуть існувати біля 200 тисяч років. Для кожного з аморфних сплавів температура кристалізації своя. Це можна використати. Так, після відпалу при температурі 800 – 850^oC спостерігається підвищення твердості до 1200 – 1500 НВ. Це пояснюється розстеклуванням (кристалізацією) сплаву, аналогічно ефекту старіння металічних сплавів.

Висока твердість аморфних металічних сплавів використовується в техніці. Так, їх застосовують для армування шин, трубок високого тиску, виготовлення лез ріжучих інструментів тощо.

Для отримання аморфних металів необхідна величезна швидкість охолодження (106-110^oC на секунду) розплаву.

З’ясувалось, що при значних товщинах виробів такої швидкості охолодження досягнути не можливо, бо вирішальну роль починає відігравати тепловідвід з середніх шарів металу. Тому для аморфізації необхідно, щоб хоча один розмір виробу був дуже малий (декілька мілімікрон). У зв’язку з цим виготовляють вироби з аморфних металів у вигляді стрічок, дроту, фольги тощо.

Технологічні схеми виготовлення виробів з аморфних металів показані на рисунку 5.6.

Рис. 5.6

На рис. 5.6, а показана схема виготовлення дроту. Рідкий метал 1 направляється на поглинач тепла 3, який формує поперечний переріз дроту і швидко охолоджує його. Дріт можна отримати і за схемою, зображеною на рис. 31, б. Розплавлений метал 1 видавлюється зі швидкістю 2 – 10 м/с через отвір діаметром 0,05 – 1,25 мм, а потім швидко охолоджується в газоподібному або рідкому середовищі 3. Надзвичайно міцний дріт отримується по схемі, зображеній на рис. 5.6, в. Пруток 6, розташований в оболонці зі скла 5, розплавляється нагрівником 4 і витягується разом з розм’якшеною оболонкою до діаметра 0,008 – 0,01 мм. Дріт з вуглецевих і нержавіючих сталей для армування залізобетону виготовляють за схемою, показаною на рис. 5.6, г. Розплавлений метал захоплюється ребром диска-охолоджувача 3, швидко застигає і відводиться від диска та намотується на барабан. Стрічка з електротехнічної сталі отримується за схемою, показаною на рис. 31, д. Вона складається з вакуумної печі та охолоджуючого валу, який обертається зі швидкістю 5000 обертів за хвилину.

Можливості застосування аморфних металічних сплавів великі. Так, значні перспективи їх застосування для виготовлення магнітом’яких матеріалів, композиційних матеріалів, корозієзахисних покриттів тощо.