ОП 03 материаловедение группа 1-4 на 16.04

Тема урока: Общие сведения о композиционных материалах. Металлокерамические твердые сплавы.

Дата проведения: _16.04.2020г._

№ урока: __38.___

Группа: __1-4

При изучении данной темы используйте литературу, Интернет-ресурсы, презентацию.

Литература:

_Барташевич А.А.__Материаловедение,_

Заплатин В.Н. Основы материаловедения (металлообработка

«Материаловедение» (электронный ресурс). www.supermetalloved.narod.ru,

http://www.rimoyt.com/materialovedenie/medi-latuni-bronzy.php

https://infourok.ru/prezentaciya-na-temu-kompozicionnie-materiali-702425.html -презентация

_______________________________________________________________________________________

План.

1.Общие сведения о композиционных материалах

2. Классификация композиционных материалов 

3. Металлокерамические твердые сплавы.

Примечание для студентов: эта лекция рассчитана на 2 часа (урока). 15.04.вы записывали конспект на 1 и 2 вопросы по плану. Сегодня, 16.04. вы пишите конспект на 3 вопрос по плану. Домашнее задание внизу.

1.Композицио́нный материал (КМ), композит - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители).

Два или более неоднородных материала используют вместе, чтобы создать новый уникальный материал или же улучшить характеристики одного из них. Первое использование этого метода относится к 1500 году до нашей эры, когда в Египте и Месопотамии начали использовать глину и солому для строения зданий. Также солому вносили в состав для укрепления керамических изделий и лодок. 

2. Классификация композиционных материалов 

Все композиционные материалы можно условно классифицировать по следующим признакам: материалу матрицы, типу арматуры ее ориентации, способу получения композиции и изделий из них.

В зависимости от материала матрицы композиционные материалы можно разделить на следующие основные группы: композиции с металлической матрицей - металлические композиционные материалы (МКМ), с полимерной - полимерные композиционные материалы (ПКМ), с резиновой - резиновые композиционные материалы (РКМ) и с керамической - керамические композиционные материалы (ККМ). Название ПКМ обычно присваивают в зависимости от армирующего материала. Например, ПКМ армированы стеклянными волокнами называют стеклопластиками. Аналогично получили свои названия углепластики, боропластики и т. д. По типу арматуры и ее ориентации

Структура композиционных материалов 

В композиционном материале главную роль в упрочнении играют наполнители, (армирующие компоненты), их называют упрочнителями. Они должны обладать высокой прочностью, твердостью и высоким модулем упругости. Чем выше эти характеристики у наполнителей, тем выше соответствующие свойства композиционного материала, хотя они и не достигают характеристик наполнителя. По типу упрочняющих наполнителей композиционные материалы делят на дисперсноупрочненные, волокнистые и слоистые. 
Дисперсноупрочненные материалы содержат мелкие, равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов, которые не взаимодействуют с матрицей и не растворяются в ней вплоть до температуры плавления. Дисперсные частицы упрочняют материал за счет сопротивления оказываемого движению дислокаций, при нагружении. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояние между ними, тем прочнее материал. Сопротивление движению дислокаций сохраняется вплоть до температуры плавления матрицы. Поэтому данные материалы отличаются высокой жаропрочностью и сопротивлением ползучести.

В волокнистых композиционных материалах, арматурой могут быть волокна различной формы: нити, ленты, сетки различного плетения. Армирование волокнистых композиционных материалов может осуществляться по одноосной, двухосной и трехосной схеме. В композиционных материалах твердость матрицы благодаря наличию прочных волокон повышать не требуется. 

Армирование волокнами дает больший прирост прочности, но дисперсное упрочнение технологически легче осуществимо.

Слоистые композиционные материалы (набираются из чередующихся слоев наполнителя и материала матрицы (конструкция типа «сэндвич»). Слои наполнителя могут быть различно ориентированы. Возможно поочередное использование слоев наполнителя из материалов, с разными механическими свойствами. Для слоистых композитов обычно используют неметаллические материалы.

3.Металлокерамические твердые сплавы представляют инструментальные материалы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла - кобальта, играющего роль связки. Твердые сплавы обладают наиболее высокой твердостью и сохраняют ее при нагреве до высоких температур.

Твердые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Применяют карбиды вольфрама, титана и тантала, а за рубежом - также карбиды ниобия и ванадия. Сплавы получают спеканием порошков карбидов с порошком кобальта, являющегося связующим компонентом, при 1400-1550^оС после предварительного прессования.

Твердые сплавы изготавливают в виде пластин, которые медным припоем припаивают к державке из обычной углеродистой стали. Твердые сплавы применяют для резцов, сверл, фрез и другого инструмента.

Инструмент из металлокерамических твердых сплавов характеризуется высокой твердостью (НRА 80-97), износостойкостью в сочетании с высокой теплостойкостью (до 800-1000^oС). Их недостатком является высокая хрупкость. Скорость резания твердыми сплавами в 5-10 раз выше, чем при применении быстрорежущих сталей.

В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов: вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы изготавливаются на основе карбида вольфрама и кобальта. Сплавы этой группы называют однокарбидными и обозначают буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Например, сплав ВКЗ содержит 3% кобальта и 97% карбида вольфрама. Их обычно применяют для обработки чугуна, сплавов цветных металлов и различных неметаллических материалов, дающих прерывистую стружку.

Сплавы второй группы (двухкарбидные) изготовляют на основе карбидов WС и ТiС на кобальтовой связке. Их маркируют бук вами Т, К и цифрами. Цифры после буквы Т указывают содержание карбидов титана в процентах, а цифры после буквы К - содержание кобальта. Например, в сплаве Т15К6 содержится 15 % Т1С, 6% Со, остальное, (т. е. 79 %) WС. Карбид вольфрама растворяется в карбиде титана при температуре спекания, образуя твердый раствор (Тi, W) С, имеющий более высокую твердость, чем WС. Сплавы этой группы имеют более высокую до 900-1000^oС теплостойкость, повышающуюся с увеличением содержания карбидов титана. Их в основном применяют для высокоскоростной обработки сталей.

Для изготовления сплавов третьей группы используют карбиды вольфрама, титана, тантала и порошок кобальта в качестве связки. Эти сплавы маркируют буквами ТТК и цифрами. Цифра, стоящая после букв ТТ указывает суммарное содержание карбидов титана ТiС и тантала ТаС, а цифра, стоящая после буквы К - содержание кобальта. Например, сплав ТТ7К12 содержит 4% ТiC, 3 % ТаС, 12 % Со и 81 % WС. Сплавы этого типа имеют более высокую прочность, чем сплавы второй группы и лучшую сопротивляемость ударным воздействиям вибрации и выкрашиванию. Их применяют для более тяжелых условий резания (черновое точение стальных слитков, поковок, литья).

Общим недостатком рассмотренных сплавов помимо высокой хрупкости, является повышенная дефицитность исходного вольфрамового сырья, являющегося основным компонентом, определяющим их повышенные физико-механические характеристики. Поэтому перспективным направлением является использование безвольфрамовых твердых сплавов. Хорошо себя зарекомендовали сплавы, в качестве основы для которых используется карбид титана, а в качестве связки - никель и молибден. Они маркируются КТС и ТН. Твердые сплавы КТС-1 и КТС-2 содержат 15-17 % никеля и 7-9 % молибдена соответственно, остальное - карбид титана. В твердых сплавах типа ТН-20, ТН-25, ТН-ЗО в качестве связующего металла применяют в основном никель, содержание которого 16-30 %. Концентрация молибдена составляет 5-9%), остальное -также карбид титана. Твердость подобных твердых сплавов составляет НRА 87-94, сплавы имеют высокую износо- и коррозионную стойкость. Их используют для изготовления режущего инструмента и быстроизнашивающихся деталей технологического оборудования.

Особо твердые инструментальные материалы созданы на основе нитрида бора и нитрида кремния. Изделия из нитридов бора и кремния используют в качестве материала инденторов (наконечников) для измерения твердости тугоплавких материалов в интервале температур 700-1800°С, как абразивный материал и в качестве сырья для изготовления сверхтвердых материалов, применяемых для оснащения режущей части инструментов для обработки закаленных сталей, твердых сплавов, стеклопластиков, цветных металлов. Они обладают высокой твердостью (НКА 94-96), прочностью, износостойкостью, теплопроводностью, высокой стабильностью физических свойств и структуры при повышении температуры до 1000°С. Их преимуществом является доступность и дешевизна исходного продукта, благодаря чему они используются для замены вольфрамсодержащих твердых сплавов.

Для изготовления доводочных паст, шлифовальных кругов применяют абразивные материалы. Они представляют собой порошки, либо скрепленные связкой, либо нанесенные на гибкую основу - ткань или бумагу. Различают природные и искусственные абразивные материалы. К природным относятся алмазы, гранаты, корунд; к искусственным - искусственные алмазы, гексагональный нитрид бора (эльбор), карборунд. _

Ответить письменно на ВОПРОСЫ:

1. Дайте определение композиционному материалу (КМ), композиту.

2. На какие компоненты можно разделить большинство композитов (за исключением слоистых)?

3. На какие группы в зависимости от материала матрицы можно разделить композиционные материалы?

4. Что является в композиционном материале упрочнителями?

5. Что представляют собой металлокерамические твердые сплавы?

6. Для чего применяют твёрдые сплавы?

7. Какими свойствами характеризуется инструмент из металлокерамических твердых сплавов?

8. В зависимости от состава карбидной основы какие группы твердых сплавов различают.

__________________________________________________________________

Выполнить задания: составить опорный конспект, ответить письменно на вопросы, изучить презентацию

Ответы отправить на этот адрес электронной почты, указав ФИО учащегося, №группы и номер урока:

msalahbekova@mail.ru