5.8. Композиційні матеріали
У даний час в машинобудуванні широко застосовуються шарові та волокнисті композити. Застосування шарових ма- теріалів дозволяє в одному виробі поєднати різні властивості. Один шар, наприклад, забезпечує міцність, інший — коро- зійну стійкість. У трьох шарових матеріалах середній шар служить роз’єднуючим основних, що запобігає утворенню не- бажаних фаз.
Біметали сталь-титан, сталь-мідь, сталь-латунь викорис- товують для виготовлення котлів, ємкостей, труб та інших виробів, які знаходяться в контакті з агресивним середови- щем. Сталь забезпечує міцність, а кольоровий метал — коро- зіостійкість.
Можливе використання матеріалів, в яких шари склада- ються з металів і неметалів (наприклад, фторопласти, гума тощо).
Отримують шарові композити прокаткою, зваркою вибу-
хом з наступною прокаткою тощо.
Волокнисті матеріали можуть складатись із металічної
89
основи та зміцнюючих волокон різного походження. Най- більш поширеними волокнами є дріт з нержавіючої сталі, скляні, графітні, з окислу алюмінію волокна тощо. Ефектив- ним 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 ви-
сокий опір найбільш небезпечним напругам розтягу. Це по- яснюється тим, що руйнування волокон має локальний ха- рактер, пластична матриця гальмує тріщини, не дає їм об’єд- натись.
Волокнисті, як і шарові матеріали, не слід розглядати як просту комбінацію компонентів, які їх складають. Їх дов- говічність, в’язке руйнування, міцність, термостійкість, ко- розіостійкість, як правило, вище, ніж будь-якого з компо- нентів.
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 потребу-
ють відпалу. Твердість аморфних сплавів достатньо велика
700 — 750 НВ. При нагріванні вони можуть кристалізува- тись. Чим вища температура нагріву, тим швидше відбувається перебудова. Однак, при кімнатній температурі навіть най- більш 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 розстеклуван- ням (кристалізацією) сплаву, аналогічно ефекту старіння ме- талічних сплавів.
Висока твердість аморфних металічних сплавів викори- стовується 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 1010 oC на секунду) розплаву.
90
З’ясувалось, що при значних товщинах виробів такої швид- кості 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 виготов- ляють вироби з аморфних металів у вигляді стрічок, дроту, фольги тощо.
Технологічні схеми виготовлення виробів з аморфних металів показані на рисунку 31.
Рис. 31.
На рис. 31, а показана схема виготовлення дроту. Рідкий метал 1 направляється на поглинач тепла 3, який формує по- перечний переріз дроту і швидко охолоджує його. Дріт мож- на отримати і за схемою, зображеною на рис. 31, б. Розплав- лений метал 1 видавлюється зі швидкістю 2 — 10 м/с через отвір діаметром 0,05 — 1,25 мм, а потім швидко охолоджуєть- ся в газоподібному або рідкому середовищі 3. Надзвичайно міцний дріт отримується по схемі, зображеній на рис. 31, в. Пруток 6, розташований в оболонці зі скла 5, розплавляється нагрівником 4 і витягується разом з розм’якшеною оболон- кою до діаметра 0,008 — 0,01 мм. Дріт з вуглецевих і нержа- віючих сталей для армування залізобетону виготовляють за схемою, показаною на рис. 31, г. Розплавлений метал захоп- люється 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 охолоджую- чого валу, який обертається зі швидкістю 5000 обертів за хви- лину.
91
Можливості застосування аморфних металічних сплавів великі. Так, значні перспективи їх застосування для виготов- лення магнітом’яких матеріалів, композиційних матеріалів, корозіозахисних покриттів тощо.