Kompozit materiallar turlari.
Kompozitsion materiallar an’anaviy konstruktsion materiallarga nisbatan
alohida xossalariga ega bu narsa ijobiy xususiyatli materiallarni va
konstruktsiyalarni yaratishga olib keldi.
Kompozitsion materiallar (k.m.) ikki va undan ortiq tashkil etuvchilardan
komponetlardan tuzilgan murakkab material bo’lib, har xil usullar bilan bog’langn
va o’ziga xos xossalari bor.
Birinchi kompozitsion material frantsuz bog’boni J.Mone 1867-yilda
patentlangan (hovli gul tuvaklari, sim va sementdan yasalgan).
Samolyot konsturuktsiyasida oyna plastik “stekloplastik” poliefir materiali
oyna tolasi bilan sinchlangan (“armirovan”) kompozitsion material 1942-yilda
qo’llanilgan.
Kompozitsion materiallar mashinasozlik apparati konstruktsiyalariga
qo’yilgan quydagi talablarga javob beradi:
- yengil bo’lishligi;
- maksimal mustahkamlik va bikrlik;
- ishlash davrida maksimal ishlash resursi.
Shular uchun kompozitsion materiallar samolyotsozlikda ko’p qo’llanilgan.
CCC
Р ning “Ruslan” samolyotida 5,5 tonna og’irlikdagi konsturuktsion
kompozitsion materiallardan yasalgan va 15 tonna og’irlik iqtisod qilingan.
Hozirgi zamon transport samolyotlari konsturuktsiyalarning 15-20
%; harbiy
samolyotlarning 25-30
%; harbiy vertalyotlarning 45-55 %; strategic raketalarning
75-80
% kompozitsion materiallardan yasalgan.
Kompozitsion materiallarga quydagi xususiyatlar yig’indisi xos:
a) Komponetlarning tarkibi, formasi va taqsimlanishi oldindan aniqlangan
b) Ikki va undan ortiq kimyoviy har xil materiallardan tarkib topgan va bir-
birlari bilan ajralib turadilar;
c) Kompozitsion materiallarning xossalari har bir tashkil etuvchining
xossalari bilan aniqlanadi;
d) Kompozitsion materiallarning xossalari, tashkil etuvchilarning
xossalaridan farq qiladi;
e) Kompozitsion material makromasshtab miqyosida birtanli,
mikromasshtabda bir tanli emas;
f) Bu material tabiatda uchramaydi va odamzotning ixtirosidir.
16-modul. Kompozitsion materiallar.
Reja:
1. Kompozitsion material
lar haqida umumiy ma‟lumotlar.
2. Ularni olish, tarkibi, tuzilishi, xossasi va ishlatilish sohasi.
Kompozitsion materiallar an‟anaviy konstruktsion materiallarga nisbatan
alohida xossalarga ega. Bu narsa ijobiy xususiyatli materiallarni va
konstruktsiyalarni yaratishga olib keldi.
Kompozitsion materiallar (k.m.) ikki va undan ortiq tashkil etuvchilardan
komponentlardan tuzilgan murakkab material bo’lib, har xil usullar bilan
bog’langan va o’ziga xos xossalari bor.
Birinchi kompozitsion material frantsuz bog’boni J.Mone 1867 yilda
patentlangan (hovli gul tuvaklari, sim va sementdan yasalgan).
Samolyot konstruktsiyasida oynaplastik “stekloplastik” poliefir materiali
oyna tolasi bilan sinchlangan (“armirovan”) kompozitsion material 1942 yilda
qo’llanilgan.
Kompozitsion materiallar mashinasozlik apparati konstruktsiyalariga
qo’yilgan quyidagi talablarga javob beradi:
- yengil bo’lishligi;
-maksimal mustahkamlik va bikirlik;
-ishlash davrida maksimal ishlash resursi.
Shular uchun kompozitsion materiallar samolyotsozlikda ko’p qo’llanilgan.
СССР ning “Ruslan” samolyotida 5,5 t. og’irlikdagi konstruktsion
kompozitsion materiallardan yasalgan va 15 t. og’irlik iqtisod qilingan.
Hozirgi zamon transport samolyotlari konstruktsiyalarining 15-20%; harbiy
samolyotlarning 25-30%; harbiy vertolyotlarning 45-55%; strategik
raketalarning
75-80% kompozitsion materiallardan yasalgan.
Kompozitsion materiallarga quyidagi xususiyatlar yig’indisi xos:
a) Komponentlarning tarkibi, formasi va taqsimlanishi oldindan aniqlangan;
b) Ikki va undan ortiq kimyoviy har xil materiallardan tarkib topgan va birbirlari
bilan ajralib turadilar;
v) Kompozitsion materialning xossalari har bir tashkil etuvchining xossalari
bilan aniqlanadi;
g) Kompozitsion materialning xossalari, tashkil etuvchilarning xossalaridan
farq qiladi;
d) Kompozitsion material makromasshtab miqyosida birtanli,
mikromasshtabda bir tanli emas;
e) Bu material tabiyatda uchramaydi va odamzodning ixtirosidir.
Geometrik ko’rsatkichlariga qarab tashkil etuvchilar har xil bo’ladi. Butun
hajm bo’yicha uzluksiz-to’xtovsiz tarqalgan hamda kompozitsion materialning bir
butunligini ta‟minlovchi komponent -matritsa deyiladi (1-matritsa). Uzlukli,
bo’lak-bo’lakli materiallar sinchlovchi yoki puxtalovchi modda tashkil
etuvchilar ya‟ni armatura deb ataladi.
Matritsa bilan qo’shimchalar orasida maxsus yupqa qatlam bo’lib, u ajralish
yuzasini – 3 belgilaydi.
1-rasm Kompozitsion materiallarning tuzilishi
SHartli belgilar: 1- matritsa (bog’lovchi material); 2- armatura
(mustahkamlovchi)
element; 3- ajralish yuzasi.
Kompozitsion materiallarni sinflarga ajratishda matritsa yoki armatura va
qo’shimchalarning turiga, mikrotuzilish xususiyatlari va materialni olish usul
lariga
asoslangan.
Matritsa materiali sifatida metall va uning qotishmalari; organik va
noorganik polimerlar; keramika, uglerod va boshqa materiallar ishlatiladi. Matritsa
materiali xossalari kompozitsion materialni olish texnologik jarayonini ifodalaydi.
Uning zichligini, mustahkamligini, ishlash haroratini, charchab buzilishga
qarshiligini, tashqi agressiv muhitga qarshiligini ifodalaydi.
Sinchlovchi yoki puxtalovchilar matritsa bo’ylab bir tekisda joylashadi.
Bular yuqori puxtalikka, qattiqlikka, elastiklik moduliga ega. Bu
ko’rsatkichlar
matritsa ko’rsatkichlarinikidan ancha yuqori.
“To’ldirgichlar” puxtalikni oshirib qolmay, kompozitsion materialning
boshqa xossalariga ham ta‟sir qiladi.
To’ldirgichlarning geometriyasiga qarab, ularni matritsada joylashishiga
qarab, kompozitsion materiallar quyidagicha klassifikatsiya qilinadi.
To’ldirgichlarning geometriyasiga qarab:
1. Nol-o’lchamli to’ldirgichli: bularning o’lchamlari uch tomonlama
o’lchashda bir xil o’lcham ko’rsatgichiga ega;
2. Bir-o’lchamli to’ldirgichli: o’lchamlardan birining o’lchamlari qolgan
ikkitasinikidan juda katta;
3. Ikki-o’lchamli: ikki o’lchami qolgan bittasidan juda katta.
To’ldirgichlarning joylashish sxemasiga qarab kompozitsion materiallar uch
guruhga bo’linadi:
1. To’ldirgichlarni bir o’qda-chizig’iy joylashishi bilan to’ldirgichlar tola, ip,
intevid shaklidagi kristallar formasiga bo’lib, matritsada bir - biriga parallel
bo’ladi;
2. Ikki o’qli-yuzali: bularda sinchlovli to’ldirgichlar tola formasida, intevid
kristallarning matolari formasida, matritsada folga formasida parallel tekisliklarda
bo’ladi;
3. Uch o’qli-hajmiy: bunda sinchlovchi to’ldirgich hajm bo’yicha
joylashgan; afzal yo’nalishi yo’q.
2-rasm
Kompozitsion materiallarni makrotuzilishi bo’yicha farqlanish sxemasi
SHartli belgilar:
Tuldiruvchi va armaturaning tartibsiz (a, b, v, g va i), bir o’q yo’nalishida (d,
e, j
va z), murakkab (k, l va m.) joylashuvi.
Bunda: a - kukun; b- kalta tolalar; v - payraxalar; g- kukun bilan kalta
tolalar
aralashmasi; d- kalta tolalar; e- va i- uzun tolalar; j-to’qima va yupqa
materiallar
chiqindisi, z- to’qima va kukun aralashmasi.
Komponentlarning tabiatiga qarab kompozitsion materiallar quyidagi to’rt
guruhga bo’linadi:
1. Tarkibida metall yoki metall qotishmasi bor;
2. Tarkibida oksidlar, karbidlar, nitridlarning noorganik birlashmalari
borlari;
3. Tarkibida metall emas elemantli, uglerodli, borli va h.k. li komponent
borli;
4. Komponentlari organik moddalar birlashmasidan (epoksidli, poliefirli,
fenolli va h.k. smolalar) tashkil topgan.
Kompozitsion materiallar hozirgi zamon konstruktsion materiallarga
nisbatan ancha yuqori nisbiy bikirlikka (E/r) va nisbiy puxtalikka (
v
/p) ega.
3-rasm Nisbiy puxtalik va nisbiy egiluvchanlik moduli:
1 – alyuminiy uchun; po’lat va titan; 3 – oyna plastik; 4 – berilliy va boshqa
materiallar uchun
Kompozitsion materialning elastiklik modulini xohlagan tomonga ko’tarish
mumkin, o’sha tomonga sinchlovli qo’yib.
Kompozitsion materiallarning ishonchliligi ham yuqori. Oddiy
qotishmalarda darz ketish va uning o’sishi ishlash vaqtida tez ketadi.
Kompozitsion
materialda darz ketish matritsadan boshlanadi. U o’sa olmaydi, chunki yo’lda
puxtalovchi to’ldirgichga borib taqaladi.
Nol-o’lchamli to’ldirgichli kompozitsion materiallar
Bu tipdagi kompozitsion materiallarda matritsa asosan metaldan va
qotishmadan iborat. Metall asosidagi kompozitsiyalar bir tekis puxtalanadi, dispers
zarrachalar bilan. Dispers zarrachalar:
a) Mikroskopik (d=0,01-0,1 mkm);
b) Mayda (d=1-50 mkm) bo’ladi.
Xossalari izotrop bo’ladi.
Dispers zarrachalar bilan sinchlangan kompozitsiyalar ko’pincha kukun
metallurgiyasi usulida olinadi. Asosiy etaplari:
1. Matritsa metali va puxtalovchini kukunlarini aralashmasini olish (maxsus
usullar bilan kukunlar olinadi. So’ngra maxsus mashinalarda aralashtiriladi).
Боропластиклар
Углепластиклар
2. Po’lat matritsalarda kukunni presslash va ixcham zagatovkaga aylantirish.
So’ngra uni termik ishlash - ”spekonie” Presslash, deformatsiyalash va
termik
ishlash davrida mahsulot optimal, turg’un dislakatsion strukturaga ega bo’ladi.
Bunday materiallarda hamma kuchni matritsa o’ziga oladi. Dispers
zarrachalar esa plastik deformatsiyani rivojlanishiga tusqinlik qiladi. Bunda dispers
zarrachalar ham yakka holdagi dislakatsiyalarning harakatiga ham dislokatsiya
hosillari harakatiga to’sqinlik-qarshilik qiladilar. Samarali puxtalanish puxtalovchi
modda miqdori 5-10% tashkil etganda sodir bo’ladi.
Kompozitsiyaning puxtalik darajasiga puxtalovchi dispers zarrachalarning
hajmiy birligi, uning disperslik darajasi va zarrachalar orasidagi masofa ta‟sir
qiladi. Qarshilik ortadi zarrachalar orasidagi masofa kichiklashishi bilan
= Gb / l;
bu Orovan formulasi,
G- matritsa materiali siljish (“sdvig”) moduli;
b-atomlar orasidagi masofa;
l-puxtalovchi zarrachalari orasidagi masofa.
Sinchlovchi to’ldiruvchilar sifatida ko’pincha qiyin eriydigan oksidlarning,
nitridlarning, boridlarning, karbidlarning dispers zarrachalari (Al
2O3; ThO
2
; HfO2
;
BN; SiC; WC; TiC) xizmat qiladi. Bu qiyin eriydigan birlashmalar yuqori
elastiklik moduliga ega; zichligi past; matritsa materialiga nisbatan inert. Masalan,
ThO2
; Al
2O3
larning elastik moduli 380,5*10
3
va 146,12*10
3
Mpa ga teng, zichligi
1,0 va 3,97 g/sm
3.
Alyuminiy matritsali kompozitsion materiallar (nol-o’lchamli)
Mashinasozlikda, alyuminiy asosidagi Al2O3
bilan puxtalangan
kompozitsion materiallar o’rin olgan. Bular kukun metallurgiyasi usulida
alyuminiy upasini-kukunini presslab termik ishlab olinadi (SAP). Upa zarrachasi
“cheshuyka” formasida bo’lib, qalinligi=1mk.m. Zarrachalar yuzasidagi oksid
plenka qalinligi t=0,01-0,1 mkm. SAP-pishirilgan alyumin kukuni (“spechyonnaya
alyuminevaya pudra”). Tarkibi: Al 2O3
(6-22%); va alyumin.Ikkalasi ham kukun
holatda. SAS –
bu pishirilgan alyumin qotishmasi (“spechyonnыy
alyuminevыy
splav”). Kimyoviy tarkibi: SAP ga Fe, Ni, Cr, Mn, Cu, lar qo’
shiladi, ya‟ni shular
bilan legirlanadi.
SAP ning 20
0
S dagi mexanik xossalari.
Marka Al2O3
;
% hajmi
v
, MPa
0,2
MPa
1, % E, MPa
SAP-1 6-8 300 200 7-9 67
SAP-2 9-12 320 230 4 71
SAP-3 13-17 400 340 3 76
D20 420 300 11 69
Duralyumin-Al-Cu-Mg tizimidagi Al qotishmasi D20 ning xossalari toblash
(535 +-5)
0
S va 180
0
S da 124 soat ichida eskirishdan so’ng. Bu sharoitda D20 ning
mexanik xossalari SAP dan yuqori.
SAP ning ilg’orligi-yaxshi tomonlari 300
0
S dan yuqorida bilinadi, namoyon
bo’ladi. Bu haroratda alyuminiy qotishmalari o’z puxtaliklarini yo’qotadi.
Dispersli-mustahkamlangan qotishma uz xossalarini 0,8 T erish haroratigacha
ushlab tura oladi, chunki puxtalangan zarrachalarning termodinamik
turg’unligi
katta. Kislorod alyuminiyda erimaydi. Al
2O3
ning zarrachalari o’
zaro ta‟sir
qilaolmaydilar, chunki oradagi alyuminiy matritsa bunga yo’l qo’ymaydi. 500
0
S da
deformatsiyalanadigan qotishma D19 va D20 larning mustahkamligi
v
=1-5 MPa
ni tashkil qiladi. SA-1 niki
v
=80 Mpa; SAP-2 niki
v
=90 Mpa; SAP-3 niki
v
=120 Mpa.
SAP larning fizik xossalari (elektr o’tkazish, issiqlik o’tkazish, termik
kengayish koeffitsienti) Al
2O3
ning miqdoriga bog’liq. Al
2O3
ortishi bilan fizik
xossalari pasayadi. Lekin, SAP-3 ning elektr va issiqlik o’tkazishi D19 va
D20
larnikidan yuqori.
SAP qotishmalari issiq holda qoniqarli deformatsiyalanadi. SAP-1 sovuq
holda ham deformatsiyalanadi. SAP oson qirqiladi; argon yoy va kontakt
usullarida
qoniqarli payvandlanadi.
SAP lardan yarimfabrikatlar chiqariladi: listlar, profillar, trubalar, folga.
SAP dan yasalgan detallar 300..500
0
S da benalol ishlayveradi: kompressor,
trubina, ventilyator lopatkalari, porshen shtoklari. Issiq va kuch ostida ishlaydigan
detallar usti SAP listlari bilan qoplanadi.
Nikel matritsali kompozitsion materiallar (nol-o’lchamli)
Bunday kompozitsion materialning puxtalovchi komponentlari zaharli toriy
dioksidi (ThO 2) yoki gafniy dioksidi (HfO2) zarrachalaridir. Bu materiallar
VDU-1 va VDU-2 deb belgilanadi. VDU-3 qotishmasida matritsa vazifasini nikel-
xromli qattiq eritma (20%-xrom) bajaradi. Puxtalovchi zarracha-gafniy dioksidi.
Gafniy va toriy oksidlari qisishda yuqori mikroqattiqlikni va puxtalikni
ko’rsatadilar. Matritsa esa maksimum turg’un. Toriy va gafniy oksidlarini hajmi 2-
3%.
HfO2 oksidining mexanik xossalari yuqoridagi ThO2 nikidan kam farq
qiladi.
Issiqka bardoshligi oksid zarrachalarning soniga, o’lchamlariga; matritsa
dipolarining ham o’lchamlariga, formasiga va qurilishiga bog’liq. Matritsaning bu
dipolari bosim ostida va termik ishlash davrida hosil bo’ladi.
VDU-1, VDU-2, VDU-3 larning issiqqa bardoshligi oddiy haroratda nikel
asosidagi issiqbardosh po’latlarnikidan past. Lekin, harorat ko’tarilishi bilan
VDUlarning issiqqa bardoshligi (shu haroratdagi mustahkamligi) shu harorat
uchun nikel asosidagi issiqqa bardosh po’latlarning mustahkamligidan katta
bo’adi.
VDU-1, VDU-2 plastik, shuning uchun har xil harakatda har xil usullar bilan
deformatsiyalanadi: bolg’alash, shtamplash, cho’ktirish, botirish. Bir biri bilan
yuqori haroratli kavsharlash vositasida birlashtiriladi. Diffuzion payvandlash ham
qo’llash mumkin.
VDU-2, VDU-3 truba, chivik, list, sim, falga sifatida chiqariladi. Bular
asosan aviatsiya dvigatellari uchun ishlatiladi: lopatkalar, alanga stabilizatori,
yonish kamerasi.
Bir-o’lchamli to’ldirgichli kompozitsion materiallar
Bu tipdagi kompozitsion materiallarda puxtalovchi komponent sifatida bir
o’lchamli elementlar ipsimon kristall, tola (sim) formasida ishlatiladi. Tolalar va
boshqa sinchlovchi elementlar matritsa vositasida bir bo’lak qilib maxkamlanadi
qotiriladi. Matritsa tolalarni buzilishdan-zarb yeyishdan-uzilishdan saqlaydi.
Matritsa kuchlanishni tolaga uzatadi. Agar bitta tola uzilsa, kuchni qayta
taqsimlaydi. Bu yerda asosiy shart tolalar matritsa bo’ylab bir tekisda
bo’lingan
bo’lishi lozim.
Kompozitsion xossalarga sinchlovchi tolalarning puxtaligi, matritsaning
bikirligi, matritsa bilan tola orasidagi bog’
liqlik mustahkamligi ta‟sir qiladi.
Tolalar bilan puxtalash
Matritsaga joylashgan tolalarning elastik moduli (Et) matritsa materialining
elastik modulidan (Em) dan katta bo’lishi kerak: Et >Em.
Bu kompozitsiyaning mexanik xossalarining yuqori bo’lishining asosiy va
zaruriy sharti.
Kompozitsion materiallar nazariyasi shuni takoza qiladiki, tolalar butun
matritsa bo’yicha bir tekisda joylashgan bo’lishi kerak va matritsa-tola chegarasida
hech qanday sirpanish bo’lishi mumkin emas. Shunda kuch matritsa va
tolalar orasida bir xil bo’linadi. Kompozitsiya, matritsa va tola
deformatsiyalari teng bo’ladi:
k =
m =
t .
Bu holda kompozitsiya puxtaligi
v.kom
tolalarning hajmiga qarab o’zgaradi:
Rasm 4 Tolali material mustahkamligining to’ldirgich miqdoriga qarab
o’zgarishi
Holi, tolalarning hajmi
tola
<
kr
bo’lganda kuchni tolalar qabul qilib uziladi
va kuchni faqat matritsa qabul qiladi. Hajm
kr
dan oshgach (
tola
>
kr
), kuchni
tola oladi va uning puxtaligi kompozitsiya puxtaligini aniqlaydi.
Kompozitsiya puxtaligi matritsa va tola puxtaliklarining yig’indisiga teng
v.kom. =
v.tola.tola
+
v.matr
(1-tola)
Shu kabi elastik moduli ham. Ekom=Etola
tola +E
mat(1-tola).
Kompozitsiyaning puxtaligi
tola
=0,8-0,9 gacha bo’lguncha oshadi. Bundan
so’ng matritsa materialini tola bilan to’ldirish qiyin. Matritsa bilan tola bog’lanishi
pasayib, ular bir biriga nisbatan sirpanishi mumkin.
Puxtalovchi tolalarning matritsadagi kritik hajmi, quyidagicha aniqlanadi:
kr = (
v.mat.
-t.mat.)
(
v.tola-t.mat)
Kompozitsion materiallarning tola yo’nalishi bo’
yicha berilgan kuch ta‟siri
ostida deformatsiyasi uch bosqichda o’tadi.
Rasm 15. Cho’zish diagrammasi:
1 – tola; 2 – matritsa; 3 – bir tomonga yo’nalgan tolali kompozitlar uchun
Birinchi (I) bosqichda elastik deformatsiya bo’ladi. Bu tolaga ham,
matritsaga ham tegishli.
Ikkinchi (II) bosqichda matritsa elastik-plastik holatga o’tadi, tolalar esa
elastik deformatsiyalanadi. Bu holda elastik moduli:
Ekom=Etola
to
la+(d
mat.
dmat)
mat.
bu yerda: d
mat.
dmat, matritsaning deformatsion puxtalanishi.
Uchinchi (III) boskichda kompozitsiya puxtaligi keskin pasayadi, chunki
murt tolalar uziladi va matritsa buziladi.
Tolali kompozitlar anizotrop material hisoblanadi. Mexanik xossalari
tolalarning kuch yo’nalishiga qarab joylashishiga bog’liq.
Rasm 6
Bir tomonga yo’nalgan tolali kompozit mustahkamligining tola yo’nalish
burchagiga qarab o’zgarishi:
1- matritsa; 2- tola
Bu kamchilikni tola materialini to’g’ri tanlab va hajmiy sinch tolalarini,
detallarini shunday tanlash kerakki, kuch tola bo’
yicha ta‟sir qilsin.
Sinchlovchi materiallar va ularning xossalari
Kompozitsion materiallarni puxtalash uchun yuqori puxtalikdagi:
a) po’lat simlar; volframdan, molibdendan olingan simlar, ularning
qotishmalaridan olingan simlar va h.k.
b) bor, uglerod, oyna-shisha; alyuminiy nitridi va kremniy nitridi oksidi
monokristali tolalaridan foydalaniladi.
Simlar - eng arzon hammabop sinchlovchi material. Po’latdan va berilliydan
olingan detallar uchun ishlatiladi. Volfram va molibdendan yasalgan simlar o’rta
va yuqori haroratda ishlatiladi.
Hozirgi vao’tda puxtalash uchun austenit, austenit-martensit, martensit
klassidagi po’latdan olingan tola-simlar ishlatilmoqda.
Austenit klassidagi (X18N9, X18N10T) po’latlarni 92% ga qisib, kiryalab
(“volochenie”) sim olinadi. Bunda puxtalik birdaniga ortib, plastiklik anchag
ini
pasayadi. Turg’un emas austenitning matrensitga aylanishini tezlashtirish
uchun
zagatovka sovuq (minus) haroratgacha sovitiladi - bunga sovuqlayin ishlash
(“obrabotka xolodam”) deyiladi.
Martensit strukturali simning puxtaligi austenit strukturaliknikidan 40-50%
yuqori.
Martensit klassidagi po’latlar 30X13; N17N2; 13X14N3FA dan, ularni 950-10000
S da toblab (suvda yoki yogda), bo’shatib yuqori puxtalikdagi simlar olinadi.
Masalan, 30X13 ning puxtaligi 2000 Mpa ga yetadi.
Austenit va martensit klassidagi po’latlardan yasalgan sim 380-4000S da
puxtaligini yo’qotadi.
Austenit-martenit klassidagi 20X15N5AM3 po’lat puxtaligini 480-5000S da
ham ushlab turadi. Sovuq holda kiryalash (80%) bilan uning puxtaligini
ancha oshirish mumkin: 3200 Mpa.
Puxtalanish simning diametriga bog’liq: diametr kichiklashishi bilan
puxtalanish ortadi.
Volfram va molibden olingan simlar. Volfram va molibdendan hamda
ularning qotishmalaridan olingan simlar, asosan kukun metallurgiyasi usulida
olinadi. Oxirida kiryalanadi. Volfram simlarini olishda qo’shimcha sifatida
oksidlar ThO2; SiO2; La2O3 lar ishlatiladi. Bu volfram simini
mustahkamligini yetarli darajada ushlab turadi.
Oldin diametri 2,75 mm bo’lgan shtabiklar olinadi: po’lat formada, bosim
R=4-6 ts/sm2da, gidropresslarda, 30000S haroratda termik ishlab -pishirib
(“spekanie”). Kiryalash: 10000S da boshlanib, asta pasaytirib, oxirgi davrda 400-
6000S ga tushirib. Bir necha bor yumshatiladi: birinchisi 8000S da, qolganlari 600-
7500S da. Yumshatish bilan birga kiryalanadi: diametri d=0,3; 0,12; 0,05
mm li kiryalar (“filera”) bilan.
Diametri 0,5 mm bo’lgan volfram simlarining xossalari Sim markasi
Harorat, 0S Puxtalik, MPa Uzoq muddatli puxtalik, 100 soat. MPa
Oquvchanlik chegarasi, 6*10-5VA 900 1320 630 760W+qo’shimcha-”prisadka”
100011001130-480350630470SiO2va Al1200 740 330 380
VT-15 900 - - -W+1000 1200 660 8302% ThO2
1100 1090 440 6001200 850 410 520BP-20 900 2670 1170 1950
W+1000 2140 1060 130020% Re 1100 1990 420 6901200 1390 240 350
VR-20 ning puxtaligi, uzoq muddali puxtaligi 11000S gacha ancha yuqori.
VT-15 esa 12000
S da ham uzoq muddatli puxtaligini saqlagan.
Molibden, volfram, tantaldan yasalgan simlar o’z mustahkamliklarini 1200-15000
S da saqlab turadilar. Molibdenli simlar ham shu yo’sinda olinadi. Molibden
volframga nisbatan ancha plastik. Past haroratda ishlanadi, volframga
nisbatan (100-2000S) past haroratda. Molibden qo’shimchasiz sovuq holda
ham deformatsiyalanadi va 0,3 dan 0,02 mm gacha diametrli sim olinadi.
Umuman, volframli va molibdenli simlarni issiqbardosh kompozitsion
materiallarni sinchlash uchun ishlatish maqsadga to’g’ri keladi.
Berilliyli simlar. Berilliyni zichligi kam:
=1850 kg/m
3; katta
mustahkamlikka va Yung elastik moduliga ega. Bular berilliyning nisbiy
xarakteristikalari.Berilliy simi 400-4800S da kiryalanadi. Bu haroratda berilliy
plastikligi juda yuqori bo’ladi va kam uglerodli po’lat plastikligiga yaqin keladi.
Birilliy metall qobig’i ichida kiryalanadi, masalan, nikel qobig’ida. Kiryalab
bo’lgandan so’ng, qobiq eritib olib tashlanadi (“travit”) . So’ng sim yuzasi
elektro-kimyoviy sayqallanadi. Metall qobiq sifatida matritsa materiali ham
ishlatiladi. Bu holda elektro-kimyoviy eritish va saykallash operatsiyalari
bulmaydi. Diametri 1,8 mm bo’lgan berilliy simi
v
=1129 Mpa, E=320*103
MPa ga
ega. Qattiq deformatsiyalangan berilliy tolasi yuqori rekristallanish haroratiga ega:
7000S. Kamchiligi: past plastikligi (=1-2%) va zaharliligi.
Berilliy simi kupincha matritsasi alyuminiy, magniy yoki titandan bo’lgan
kompozitlarni puxtalash uchun ishlatiladi.
Uglerodli tolalar. Bular poliakripnitrilli gidrotsellyulozali toladan yoki
neftli smola asosida olingan tolalardan olingan. Uglerodli tolalarni olish
texnologiyasi organik dastlabki tolalarni issiq ta‟sirida parchalanishiga asoslangan.
Qizdirish boshqariladigan atmosferada olib boriladi.
Uglerodli tolalarni ishlab chiqarish quyidagi operatsiyalardan iborat:
1. Oksidlash;
2. Karbonizatsiyalash;
3. Grafitlash.
Tolalar 200-3000S da olib boriladi. Karbonizatsiya 9000S dan yuqorida
vodorod muhitida o’tadi. Unga o’tga turg’unlik xossasi beriladi 25000S dan
yuqorida uglerod tolasi hosil bo’ladi.
Ishlash vakuumda yoki inert gaz (azot, argon, geliy) muhitida olib boriladi.
Uglerod tolasi xossalariga yakunlovchi harorat katta ta‟sir qiladi. Grafitlash
haroratini o’zgartirib, tola xossalarini boshqarish mumkin:
Rasm 7. Uglerodli tolalar xossalariga grafitizatsiya qilish haroratini ta‟siri
Uglerodli tolalar strukturasi lentasimon kondensirovkalash uglerod
qatlamlari tizimidan iborat. Bu geksoganal strukturali, nomi mikrofibrillalar.
Bir xil yunaltirilgan mikrofibrillar gruppasi fibrillalarni tashkil qiladi. Bunda
mikrofibrillar bir-birlaridan tor tirkishlar bilan ajralib turadi.
Rasm 8. Uglerodli tolalar qurilishini sxemasi:
a - umumiy ko’rinish; b – fibrillarning uzunasiga
kesimi; v – mikrofibrillani ko’ndalang kesimi; lava lc –mikrofibrillani ko’ndalang
o’lchamlari Fibrillalarning o’zaro joylanishi, ularni “orientatsiya” darajasi
dastlabki xom-ashyoga bog’liq: tolaning cho’zilish darajasiga, makromolekula
tarkibiga, tola olish texnologiyasiga. Shuning uchun har xil
dastlabki materiallardan olingan tolalarning puxtalik va bikirlik xossalarining bir
biriga nisbati har xil, puxtalik xossalari ham har xil.
Rasm 9. Poliakrilnitrildan (1) va viskozadan (2) olingan uglerodli tolalarning
vaqtincha qarshiligi va egiluvchanlik moduli orasidagi bog’liqlik
Uglerodli tolalar puxtaligiga nuqsonlar ancha ta‟sir qiladi: g’ovaklik, darz
ketish.
Mexanik xossalariga qarab 2 xil bo’ladi:
1. Yuqori puxtalikdagi tola:
v
=2500-3200 MPaE=(180-220)103Mpa.
2. Yuqori modulli tola:
v
=1400-2200 MpaE=(350-550)103Mpa.
Korxonalar uglerodli tolalarni buralgan yoki buralmagan arqon formasida
chiqaradi. Arqondagi tolalar soni: 1000-160 000 tola diametri d=7 mkm.
Kamchiliklari:
1. Havoda oksidlanishiga moyilligi;
2. Metall-matritsa bilan kimyoviy aktivligi;
3. Polimer-matritsa bilan adgeziya pastligi.
Yuqoridagi 2 kamchilikni yo’qotish uchun tolaga metall va keramika
qoplama beriladi.
Bor tolasi. Diametri d=12 mkm bo’lgan, tozalangan va dastlab 1100-12000S
gacha qizdirilgan volfram simiga gaz fazodan (Bcl2 + H2) bor utirishi bilan
bor tolasi olinadi. Natijada, o’rtasi volfram boridi(WB; W2B5; WB4) hosil
bo’ladi:
diametri 15-17 mkm. Buni atrofida polikristallik bor joylashadi. Hosil bo’lgan tola
diametri hammasi bo’lib 70-200 mkm bo’ladi.O’rta o’zagi puxtaligi umumiy tola
puxtaligidan past bo’ladi. O’rta kisilgan, atrofi chuzilgan bo’ladi-bu kuchlanishga
va darz ketishga olib keladi.
Bor tolalari bebaho xossalarga ega: kam zichlik (
=2600 kg/m
3), yetarli
darajadagi yuqori mustahkamlik (
v
=3500 MPa). Yung moduli 420 000 MPa da
va erish harorati 23000S. Bor tolasi havoda 4000S da tez oksidlanadi. 5000S
dan yuqorida matritsa-alyuminiy bilan reaktsiyaga kirishadi. Buni yo’qotish va
issiqbardoshligini oshirish uchun tola yuzasi kremniy karbidi bilan 3-5 mkm
kalindligida qoplanadi. Buni nomi-borsiq. Yuqori haroratda borsiqning
puxtaligi bor tolasinikidan yuqori.
Rasm 10. Tolalar mustahkamligining haroratga qarab o’zgarishi:
1 – tola bordan yasalgan; 2 – borsiqdan yasalgan; 3 – kremniy karbididan
Yasalgan Korxonalarda monotola shaklida g’altaklarda chiqariladi. Bor tolalari
polimer va alyuminiy asosli matritsali kompozitlar ishlab chiqishda qo’llaniladi.
Kremniy karbidi tolalari. Olish texnologiyasi bor tolalari olish
texnologiyasidan farqi yo’q.
Asos uglerod bo’lgan (o’rtasi) kremniy karbid tolalari arzon. Lekin, yuza
nuqsonlariga injik, puxtaligi kamroq.
Metall matritsali yuqori haroratda ishlaydigan kompozitlarni sinchlashda
qo’llaniladi.
Shisha tolalar. Eritilgan 1200-14000S da shisha diametri 0,8-3 mm bo’lgan
fileradan o’tkaziladi va tezda bir necha mikrometrgacha cho’ziladi. Diametri 3 -
100 mkm bo’lgan tola barabanga o’raladi, uzunligi 20 km gacha. Tolaning
ko’ndalang kesim yuzasi kvadrat, to’g’ri to’rtburchak, dumoloq, uchburchak
va oltiburchak formada bo’ladi. Bu zich joylashishni va yuqori puxtalikni
ta‟minlaydi.
Shisha tolasining asosi-bu kremniy dioksididir (SiO2). Shisha hosil qiluvchi
tabiatiga qarab silikatli (SiO2), alyumosilikatli (Al2O3-SiO2),
alyumobosilikatli (Al2O3-B2O3- SiO2) bo’ladi.
Yuqori puxtalikdagi S-shisha tarkibi: 65% SiO2; 25% Al2O3; 10% MgO uy
haroratida 4,5*103MPa mustahkamlikka ega. Egiluvchanligi 87*103Pa.Shisha
tolalarining diametri ortishi bilan uning puxtaligi kamayadi.
Rasm 11.Ishqorli (1), ishqorsiz (2) alyumoborosilikatli (3) oynalar
mustahkamligini uning diametrigiga bog’liqlik grafigiIngichka tolada
mikrodarzlar va govaklar kam bo’ladi. Lekin, juda ingichkalari tezrok uziladi
(ishlash va ishlatishda). Shuning uchun o’rtacha 5 -15 mkm olinadi.
Shisha tolalari arkon, ip, lenta, to’qima, matolar ko’rinishida kompozitlarni
sinchlash uchun ishlatiladi.
Ipsimon kristallar (muylovlar). Karbidlar va kremniy nitridlari alyuminiy
oksidi va nitridlari va boshqa qiyin eriydigan birikmalarning ipsimon kristallari gaz
fazasidan transport reaktsiyasi, piroliz reaktsiyasi bilan chuktirib (“Osajdenie”)
olinadi.
Rasm 12. Par – suyuqlik – kristall mexanizmi bo’yicha kremniy kristallarini
o’sish sxemasi:
1 – par; 2 – Au-Si eritmasini tomchisi; 3 – kremniyli yostiqcha; 4 – kremniy
kristalli
Tizim: par-suyuqlik-qattiq faza.
Kremniy karbidi ipsimon kristallari o’sishi xlorisilan va uglevodorodlar
hisobiga bo’ladi:
SiCl4+CH4=SiC+4HClCH3SiCl2=SiC+3HCl.
Suyuq faza sifatida 3lik faza: temir-uglerod-kremniy qo’llaniladi. Yostiqcha
(“podlojka”) sifatida-grafit. Jarayon 1250-13500S da o’tadi.
Kremniy kristalligi diametri mikronning ulushidan bir necha 10 mikrongacha
bo’ladi. Uzunligi 60-80 mkm.
Mo’ylovlar, ipsimon kristallarning strukturali mukammallashgan va puxtalik
xossalari nazariy xossalarga yaqin.
Grafit mo’ylovlari nisbiy puxtalik va bikirlik bo’yicha yuqori ko’rsatkichga
ega. Lekin metall matritsada yuqori haroratda turg’un emas.
Al2O3; SiS mo’ylovlari va qiyin eriydigan birikmalar mo’ylovlari metall
matritsali kompozitlar uchun eng yaxshi puxtalovchi hisoblanadi.
Metall asosidagi tolalar bilan sinchlangan kompozitsion materiallarni olish
Har xil matritsa materiallari va turli tolalar bilan sinchlangan kompozitlarni
olish usulini tanlash quyidagi faktorlarga bog’liq:
1. Matritsa va puxtalovchilarning dastlabki materiallari o’lchamlari, profili
va tabiati;
2. Matritsa-puxtalovchi chegarasida mustahkam bog’lanish hosil qilish
imkoniyati;
3. Tolalarni matritsada bir tekisda taqsimlanishini olish;
4. Kompozitsion materialni olish va undan detal yasash jarayonlarini bir vaqt
ichida olib borish (“sovmeshat”);
5. Jarayonni iktisodiy tejamkorligi.
Kompozitsion materiallarni olish usullari tolalarni eritma bilan to’yintirish
sharoitlariga qarab bo’linadi:
1. Normal bosimda;
2. Vakuum sharoitida;
3. Bosim ostida;
4. Vakuumda to’yintirish va bosim ostida quyish elementlari birgalikda.
Kompozitsion materiallarning xossalari shunday detallarda to’la namoyon
bo’ladiki, qaysilarda tolalar uzluksiz joylashgan bo’lsa. Yana iloji boricha
kompozitsion materialni olish va detalni yasash bir jarayonda olib borilsa,
juda maqsadga muvofiq bo’ladi.
Alyuminiy matritsa kompozitsion materiallarKompozitsion materiallarni matritsasi
sifatida texnikaviy alyuminiy va uning qotishmalari ishlatiladi: Amts, Amg,
AD1, D16, SAP va boshqalar. Sinchlovchi material sifatida yuqori puxtalikdagi
po’lat (08X18N9T; 1X15N4AM3; EP322 va x.k) simlari, berilliy simlari, bor,
kremniy karbidi, uglerod tolalari.
Po’lat simlar bilan sinchlangan kompozitsion material prokatlanadi.
Prokatka rejimi harorat, defformatsiya yo’nalishi va darajasi bilan aniqlanadi.
Prokatlash harorati po’latning puxtaligini yo’qotish (“razuprochnenie”) harorati
bilan aniqlanadi. Masalan, 08X18N9T va 12X18N10T po’latlari uchun prokatlash
harorati=380-4000S, (bu po’latlarning puxtaligini yo’qotish harorati=4000S).
Shu 15X15N4AM3 va EP322 po’latlari uchun prokatlash harorati=420-4500S
(puxtalikni yo’qotish t0=4500C)/ Deformatsiya yo’nalishi prokatlashda sinchlar
yo’nalishiga qiyaroq qilib olinadi; prokatlash davrida tolalar uzilib ketmasligi
uchun.
Korxonalarda kompozit KAS-1 ishlab chiqarish yo’lga qo’yilgan. Bunda
puxtalovchi-sinch 1X15N4AM3 po’latidan yasalgan sim (diametri d=0,15
mm).
Matritsa AV yoki SAP-1. Po’lat sim bilan sinchlangan alyuminiy matritsali
kompozitlarning
mexanikaviy xossalari.
Sinchlash natijasida kompozitsiyaning puxtaligi 10-12 marta oshadi:
to’ldirgich-simining hajmi 25% ni tashkil qiladi. Agar sinchlar hajmi 40%
yetkazilsa,
v
=1700 Mpa ga teng bo’ladi.
Po’lat sim bilan sinchlangan (25-40%) alyuminiy matritsali kompozitning
mexanikaviy xossalari titan qotishmalari xossalariga tenglashadi.
Bu kompozitni sovuqlayin deformatsiyalab, toblab va eskirtirib, uni mexanik
xossalarini yanada oshirish mumkin. (Agar alyuminiy termik ishlanadigan bo’lsa).
Yuqori haroratda ishlaydigan detallar uchun matritsa sifatida SAP ni olish
maqsadga muvofik.
SAP-1 ni po’lat sim(X19N9) bilan (15%) sinchlanishi, uni puxtaligini 250
0
S
da 2,3 marta, 350
0
S da 3,9 marta; 500
0
S da 5,6 marta oshiradi.
Alyuminiy-bor tolasi tizimidagi kompozitlar yanada puxta va bikir, 400 -500
0
S da ham bemalol ishlayveradi. Chunki, bor harorat ta‟sirida puxtaligini
kamaytirmaydi.
Alyuminiy bor (Al-B) tizimida kompozitlarga misol: VKA-1. Bor
miqdorining ortishi bilan kompozitsiyaning puxtaligi va bikirligi ortadi. VKA -1
da
50% bor mavjud.
Agar alyuminiy borsik tolalari bilan sinchlansa, kompozitsiya puxtaligi
500
0
S da 600 MPa ni tashkil etadi. Agar borsiq hajmi 65% bo’lsa, puxtalik 1600
Mpa ga yetadi va uzoq vaqt (1000 soat) saklanib turadi; 300-500
0
S da xam.
Alyuminiy matritsa uglerod tolasi bilan puxtalangan kompozit ancha arzon,
lekin mexanik xossalari pastroq.
Agar titan bilan sinchlansa, kompozitning egiluvchanlik moduli va ishlash
harorati ko’tariladi.
Nikel matritsali kompozitsion materiallar
Ko’proq issiqbardosh nikel qotishmalari sinchlanadi; ishlash vaqtini va
haroratini ko’tarish maqsadida (1100-1200
0
S). Puxtalovchilar: Al2O3
ning ipsimon
kristallari (muylovlari), qiyin eriydigan metall va ularning volfram va molibden
asosidagi qotishmalari simlari; uglerod va kremniy karbidi tolalari.
Nikel va nixrom Al2O3
iplari bilan kukun metallurgiyasi usulida sinchlanadi.
Bunday kompozit xarakteristikasi: 9% Al2O3
bo’lsa,
v
=1800-2100 MPa , nisbiy
puxtalik=22-25 km.
Issiqbardosh nikel qotishmalarini volfram bilan sinchlangan kompozitlari
ko’proq tarqalgan. Plastik deformatsiya usuli bilan olinadi: prokatlash, portlatib
payvandlash.
Vakuumda issiq holda presslanadi: bir kavat issiqqa chidamli
nikelxromovolframli qotishma XN60V, bir qavat Vt15 dan sim (d=0,15-0,18 mm).
Shu tarzda qavatma-qavat presslanaveradi. Bu kompozit 1100-1200
0
S da ishlaydi.
Bunday kompozitlarning vakili VKN-1. Matritsa: quyma issiqqa bardosh
qotishma
JS6K, sinchlovchi: volfram simi VA, d=0,5 mm.
|
