ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы От вольфрамовой нити к ракетным соплам из "Композиты " Сегодня сталь перестает быть бесспорно единственным конструкционным материалом, позволяющим делать соответствующие выводы о промышленном прогрессе. [c.86] Знание рядов активности окислов по отношению к металлам позволило рационально сочетать пары металл — окисел и выбирать параметры процессов получения композиционных материалов методами порошковой металлургии и сварки в твердом состоянии. Было установлено, что и силикаты при правильном выборе могут служить упрочняющей фазой металлов, сообщая им уникальные свойства. Это подтвердилось, в частности, экспериментальными работами, в которых участвовал автор данной книги. [c.87] В 1909 году сотрудники лаборатории американской компании Дженерал электрик решили узнать, можно ли изготавливать из вольфрама надежные нити для электрических лампочек накаливания. Хрупкость и недолговечность вольфрамовых нитей задерживали широкое распространение электрического освещения. Молодой ученый И. Лангмюр, позднее нобелевский лауреат, сделал важное открытие. Испытывая способность вольфрамовых нитей испускать электроны, оц установил, что введение в них дисперсных включений окиси тория (0,5—2 процента) повышает их долговечность во много раз. С тех пор торированный вольфрам начали широко использовать во всех работах, связанных с термоэлектронной эмиссией. [c.87] Открытые Лангмюром подступы к новым областям знания впоследствии позволили развернуть грандиозные по объему исследования в области диспер-, сионно-упрочненных материалов. [c.87] Наиболее устойчивое повышение прочности вольфрама при высоких температурах получено при введении в него дисперсных фаз карбида тантала (ТаС) и окиси тория (ТЬОг). При температурах 1375— 1650° весьма заметны преимущества сплава с ТаС. Однако с подъемом температуры до 2200° только вольфрам с диоперсной фазой в виде ТЬОг (1—2 про-, цента) обладает более высокой прочностью. Присадки окиси тория к вольфраму замедляют его рекристаллизацию и создают блочную структуру с вытянутыми зернами. Окись тория улучшает эмиссионные характеристики вольфрама, что заметно при ее равномерном распределении в вольфрамовой матрице в ввде частиц по возможности меньшего размера. [c.88] Дисперсионно-упрочненный вольфрам до последнего времени выпускали в виде прутков, проволоки или ленты шириной до 100 мм. Освоение производства вольфрама с дисперсной фазой окиси тория в виде листов больших размеров потребовало длительной экспериментальной работы. Перед специалистами стоит важная задача разработки сплава вольфрама, пластичного при комнатной температуре. Она может быть решена регулированием размера зерен дисперсными окисными частицами, легирующими присадками и т. п. [c.88] Полученный в начале века сплав вольфрама до сих пор является единственным сплавом этого металла, имеющим промышленное значение. Он оказался незаменимым для сопел ракет, работающих на топливе с температурой вспышки 3600°. Применение тонких листовых сопел, охлаждаемых низкотемпературными жидкими металлами (литием, магнием), позволяет значительно снизить массу конструкции. [c.88] мы рассмотрели композиционные материалы на основе металлической матрицы. Заметим, что их- принято подразделять на три основных класса дисперсиоино-твердеющие, упрочненные частицами (дисперсно-упрочненные) и армированные волокнами. [c.89] О дисперсио нно-твердеющих сплавах мы рассказывали раньше. Величина упрочняющей фазы колеблется здесь от 0,01 до 0,1 микрона, а содержание ее в сплаве от 1 до 15 процентов. [c.89] В композициях, упрочненных частицами до 1 микрона, их может быть до 20 процентов. Диаметр армирующей волокнистой фазы изменяется от долей микрона до нескольких десятков и даже сотен микрон, а содержание ее в сплаве может доходить до 70 процентов. [c.89] В первых двух классах рассматриваемых композиционных материалов степень упрочнения металлической матрицы пропорциональна сопротивлению, оказываемому дисперсной упрочняющей фазой движению дислокации. При волокнистом упрочнении, в отличие от дисперсного, волокна несут основную нагрузку, а матрица лишь передает ее. [c.89] Прочность соединения может достигаться двумя путями при совместном пластическом деформировании двух твердых веществ (имеются в виду все способы сварки в твердом состоянии — при статическом и ударном давлении, взрыве и т. д.) и в процессе взаимодействия твердой и жидкой фазы, когда последняя смачивает поверхность твердого вещества. [c.90] Исходные порошки для получения материалов типа САП и САС, как мы уже упоминали, подвергают поверхностному окислению, а последующие операции прессования, спекания и экструзии обеспечивают получение монолитного материала с равномер ньш распределением дисперсной фазы. Однако этот метод может быть использован для ограииченного числа металлов (А1, РЬ, Mg, Be), которые образуют прочно связанные с матрицей тонкие пленки собственного окисла (AI2O3, РЬО, MgO, ВеО). [c.90] Большой интерес представляет композиционный материал на основе никеля с дисперсной фазой в виде окиси тория (2 процента), материал, который за рубежом получил наименование ТД-никель. В интервале температур 870—1315 он в 3—4 раза прочнее чистого никеля, а при температуре 1095° прочнее стандартных жаропрочных сплавов. ТД-никель широко используется для изготовления камер сгорания, выхлопных камер, направляющих лопаток турбин и т. п. [c.91] Промышленное производство ТД-никеля начато в 1962 году. За последние годы стоимость этого материала снижена вдвое. Технология получения сплава заключается в селективном (избирательном) восстановлении металла матрицы из его соли, смешанной с соответствующим соединением дисперсной фазы. Характерная особенность метода заключается в проведении процесса восстановления в условиях, обеспечивающих получение металла матрицы в металлическом состоянии и одновременно предотвращающих восстановление упрочняющего окисла. Дальнейший процесс заключается в формовании заготовок из порошковой шихты, их экструзии и последующей обработки способами прессования, волочения или прокатки. [c.91] Разработанные в Советском Союзе дисперсно-упрочненные сплавы на никелевой основе марки ВДУ-1 и ВДУ-2 по жаропрочности при температурах выше 1050° превосходят никелевые сплавы и не уступают по свойствам сплаву ТД-никель. [c.92] Для получения однородных смесей путем механического смешивания компонентов используют мелкие металлические порошки. Равномерность их распределения при смешивании сухим или мокрым способом в значительной степени зависит не только от размеров частиц, но и от их удельного веса. Несмотря на недостатки, механическое амешивание обладает преимуществами простоты и дешевизны. При этом в шихту можно вводить различные окисные, силикатные- и другие соединения., . [c.92] Чтобы придать сплаву специальные свойства, в металлическую матрицу вводят природную слюду ( флогопит). Она способствует улучшению антифрикционных свойств и прирабатываемости трущихся деталей. Слюда выполняет роль твердой омазки, химически устойчивой к эксплуатации деталей при температуре выше 900°. [c.92] Большой вклад в теорию образования композиционных материалов на основе металлов и стекла внес советский ученый В. Преснов. Он показал, что прочная связь возникает в результате химического взаимодействия отдельных компонентов, входящих в состав соприкасающихся материалов. В. Пресновым и другими исследователями доказано, что на границе раздела между металлом и стеклом имеет место химическое взаимодействие донорно-акцепторного типа, в результате которого возникает координационно-ковалентная связь. Роль акцепторов электронов играют кислотные окислы, донорами электронов выступают окислы с основными свойстрами. [c.92] Металлостеклянные (Материалы широко применяются в электровакуумной лромышленности для изготовления переходных спаев. Композиционные материалы на основе порошков железа и стекла отличаются повышенной стойкостью в растворах соляной, серной и азотной кислот, а также небольшим износом и коэффициентом трения. Они с успехом используются для изготовления подшипников скольжения для узлов трения. От этих подшипников требуется высокая износостойкость, небольшой коэффициент трения, надежность. Железостеклянные материалы часто применяют в коррозионно-активных жидких средах. ,. [c.93] Вернуться к основной статье