Click here to load reader

Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

  • View
    288

  • Download
    6

Embed Size (px)

Text of Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    1/75

    MATERIALE COMPOZITE

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    2/75

    DEFINIIE:

    Materialul compozit reprezint un sistem eterogenn care

    componentele sunt total insolubile unele n altele, proprietile

    acestora sunt diferite, dar sunt puse n valoare prin metodele

    construcionale particulare ale materialului.

    Rezult, n mod evident, c prin asocierea materialelor

    componente se obin noi materiale cu proprieti deosebite,

    total diferite de ale componentelor individuale.

    Materialul compozit este format din dou faze principale:

    matr icea, care trebuie s fie un material mai plastic i

    faza de armare, sau de ranforsare, care trebuie s fie dur irezistent.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    3/75

    Proprietile materialului compozit sunt date de:

    1. combinaia de proprieti matrice material de armat,2. rezistena interfeei dintre cele dou componente.

    MATRICE

    metalic ceramic

    polimeric

    FAZA DE ARMARE

    - cel mai important rol n durificarea materialelorcompozite (faza durificatoare).- valori ridicate ale modulului de elasticitate, alerezistenei i duritii.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    4/75

    In funcie de tipul fazei de armare (sau de ranforsare) materialelecompozite se mpart n 3 categorii:

    durificate prin dispersie, n care faza de ranforsare se prezint subform de particule;

    durificate cu fibre, n care faza de ranforsare este sub form de fibre saumonocristale filiforme (whiskers-uri);

    n straturi sau tip sandwich

    Schema de formare a mater ialelor comp oz ite:

    a) durificate prin dispersie;

    b) b) durificate cu fibre;

    c) c) n straturi;

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    5/75

    Schema de armare a materialelor:

    cu fibre (a)i n straturi (b).

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    6/75

    Materiale compozite durificate prin dispersie

    Durificarea prin dispersie blocarea de ctreparticule a proceselor de alunecare din matrice.

    Eficiena durificrii depinde de:

    1. tipul particulelor(Se utilizeaz particule

    disperse de faze greu fuzibile de tipul Al2O3,SiO2, BN, SiC, ce au o densitate mic i un

    modul de elasticitate ridicat.)

    2. concentraia volumic a acestora,

    3. uniformitatea distribuiei n matrice.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    7/75

    Mecanismul de durificare prin dispersie:

    Precipitatele nu se deformeaz odat cu matricea, ci sunt ocolite de

    dislocaiile care se deplaseaz prin matrice.Precipitatele acioneaz ca puncte de ancorare ale dislocaiei mobile,

    oblignd-o s se curbeze sub aciunea tensiunii aplicate.

    Mecanismul de durificare prin dispersie: a, b, c, d etape succesive n

    procesul de deplasare prin alunecare a liniei de dislocaie cu ocolireaparticulelor de precipitat.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    8/75

    Spre deosebire de durificarea prin precipitare,

    bazat pe solubilizarea i reprecipitarea unor fazesecundare solubile, durificarea prin dispersie se

    bazeaz pe prezena unor faze secundare

    insolubile ceea ce face efectul de durificare mai

    puin dependent de temperatur.

    Aceast comportare recomand aliajele durificate

    prin dispersie pentru utilizri la temperaturi nalte

    pn la circa 0,7 din temperatura de topire amatricei.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    9/75

    EXEMPLE:

    - aliaje de aluminiu durificate prin dispersie cuparticule de Al2O3

    -aliajele de nichel durificate prin dispersie cu oxizirefractari.

    - dintre acestea din urm cel mai uzual estenichelul TD care este format din nichel n care

    s-a introdus o dispersie fin de particule deoxid de thoriu, ThO2 cu dimensiuni ntre 100 i500 (0,01 0,05 m).

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    10/75

    Aplicaii

    Industrial, cel mai des utilizat material compozit durificat prin dispersie

    este cel pe baz de aluminiu (materiale tip SAP sintered aluminiumpowder) i mai rar cel pe baz de nichel, evident motivaia principal fiindlegat n primul rnd de diferena de cost.

    Materialele compozite de tip SAP au matricea din aluminiu, care estedurificat printr-o dispersie fin de particule de oxid de aluminiu.

    Pulberea de alumin se obine prin pulverizarea metalului topit, cu

    mrunirea ulterioar n mori cu bile n prezena oxigenului pn la o

    dimensiune medie de ~ 1 m.

    Tehnologia ulterioar de obinere de semifabricate sau produse finite din

    SAP cuprinde n continuare urmtoarele operaii:- presarea la rece,- sinterizare,- presare la cald,- laminarea sau presarea produsului din Al n forme finite care ulterior

    pot fi tratate termic suplimentar.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    11/75

    Aliajele de tip SAP se deformeaz de regul la cald, cele care conin

    ntre 6 9% Al2O3 putnd fi deformate i la temperatura camerei. Dinacestea se poate obine, prin laminare la rece, folie de grosimi pn la

    0,03 mm. Aceste materiale se prelucreaz uor prin tiere i au orezisten bun la coroziune.

    Mrcile de aliaje SAP conin de regul ntre 6 i 23% Al2O3. Odat cucreterea concentraiei volumice de Al2O3 crete rezistena materialelorcompozite.

    Aliajul SAP-1 (6-9% Al2O3) prezint de exemplu urmtoarele caracteristicimecanice: m = 280 MPa; 0,2 = 220 MPa,iar aliajul SAP-3 (13-18% Al2O3): m = 420 MPa; 0,2 = 340 MPa.

    Aliajele SAP sunt utilizate n tehnica aviaiei pentru obinerea de piese

    cu rezisten specific ridicat i rezisten la coroziune, cu temperaturide lucru pn la 300-500 C, cum ar fi:

    -nveliuri pentru emitoare de cldur,- evi pentru schimbtoare de cldur,- tij pentru pistoane,- palete pentru compresoare.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    12/75

    2. O aplicaie deosebit de recent de material compozit durificat prin

    dispersie o reprezint combinaia matr ice de Cudurificat prin dispersie

    cu particule de oxid de Al i/sau cu Nb elementar.

    Acest material este obinut prin procedee clasice de oxidare intern,proprii metalurgiei pulberilor, prin care un amestec de pulbere de Al i Cu

    este expus ntr-un mediu oxidant n care Al este oxidat preferenial nmatricea de cupru.

    Acest proces de oxidare intern duce la obinerea unei microstructuri cu

    o distribuie foarte uniform de particule fine de oxid de aluminiu cudimensiuni cuprinse ntre 3 i 12 nm.

    Aceste particule sunt din punct de vedere chimic i termic stabile n

    matricea de cupru.

    Astfel, datorit faptului c particulele de oxid de aluminiu sunt inerte din

    punct de vedere chimic fa de cupru, acestea nu influeneaz semnificativ

    conductivitatea electric a materialului n ansamblu.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    13/75

    Dac pe lng particulele disperse de oxid de aluminiu se

    adaug i un procent de ~ 10% Nb se obine un material

    compozit deosebit de interesant care, combinnd proprietile

    de refractaritate ale Nb, este special conceput pentruelectrozi de sudur pentru oeluri speciale de scule.

    Adaosul de ~ 10% Nbn matricea de cupru a materialuluicompozit consolidat cu particule disperse de oxid de aluminiucrete rezistena i duritatea materialului n ansamblu cu

    reduceri minime a conductivitii electrice.

    Acest fapt este foarte important deoarece odat cu cretereaduritii materialului se reduce deformabilitatea electrodului,

    asigurndu-i o geometrie stabil i deci performane alestabilitii mult mai consistente.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    14/75

    Materialul Al2O3% gr.

    Nb

    % gr.

    TtestareC RmMPa R0,2MPa % HB

    AL-60 1,1 - 25 550 520 22 75

    540 190 170 6 -

    AL-60 + Nb 1000 1,0 10 25 760 550 9 95

    540 280 235 12 -

    Tabelul 1 Compoziia i proprietile materialului compozit durificatprin dispersie cu oxid de aluminiu i particule de niobiu

    In ideea de a mbunti proprietile de sudabilitate ale materialului

    compozit cu matrice de cupru durificat prin dispersie cu oxid de

    aluminiu, s-au facut ncercri de adugare n compoziie i a altor

    tipuri de particule elementare disperse cu proprieti de refractaritate

    ca i ale Nb, precum: Mo, W, sau grafit. Rezultatele se pare c sunt

    la fel de promitoare ca i n cazul utilizrii niobiului.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    15/75

    3. Compozi te in s i tu

    Tehnologia XD (exothermic dispersion) reprezint un proces de

    fabricare a unui material compozit prin care particule ceramice, fibre scurtesau whiskers-uri se dezvolt in situn masa matricei metalice.

    Deoarece aceste ranforsri sunt create din chiar interiorul materialului, ele

    sunt din punct de vedere termodinamic stabile n cadrul matricei, seformeaz ca monocristale i dau natere unor interfee matrice / particul

    de tip incoerent.

    Tehnicile utilizate pentru producerea ranforsrii i deci a durificrii in situ

    pot fi caracterizate n general ca fiind combinaii ntre reacii chimice i

    procese de transport difuziv de mas.

    Exemple de asemenea procese pot fi gsite chiar n materialeconvenionale. Majoritatea aliajelor durificate prin precipitare beneficiaz

    de o uniformitate dimensional i de distribuie a precipitatelor formate in

    situ n timpul tratamentelor termice.

  • 8/13/2019 Materiale Compozite Aliaje Cu Memoria Formei

    16/75

    Primele ncercri n cadrul acest