M

ATERIAŁY

KOMPOZYTOWE

O

OSNOWIE

METALOWEJ

1. Bodecka Magdalena

2. Złocka Martyna

3. Mrowiec Olaf

4. Mieczkowski Kamil

5. Pindur Michał

ZIIP; semestr IV gr 3 sekcja 2
Wydział Mechaniczny Technologiczny

W

IADOMOŚCI

WSTĘPNE



Materiał kompozytowy jest

kombinacją dwóch lub więcej

materiałów różniących się

rodzajem lub składem

chemicznym w skali

makroskopowej.

W

IADOMOŚCI

WSTĘPNE



Kompozyty metaliczne w wielu krajach

stanowią jeszcze obiekt studiów i badań

niż praktycznych zastosowań. Wiąże się to

w dużym stopniu ze znacznymi kosztami

ich wytwarzania, na które składają się

złożone i kosztowne cykle technologiczne

oraz wysoki koszt komponentów

zbrojących, a niekiedy również i osnowy.

G

ŁÓWNE

WŁASNOŚCI

METALI

:



metal jest materiałem o budowie
krystalicznej



prawidłowe rozmieszczenie atomów w
przestrzeni



wiązania metaliczne



w temperaturze pokojowej metale
występują w postaci stałej (poza rtęcią)



dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne



połysk metaliczny



plastyczność

K

OMPOZYTY

Z

OSNOWĄ

METALOWĄ

WYTWARZANE

SĄ

W

UKŁADACH

METAL

–

METAL

I

METAL

–

CERAMIKA

. J

AKO

OSNOWĘ

STOSUJE

SIĘ

:



stopy srebra i miedzi



stopy niklu



stopy metali lekkich: aluminium, magnez, tytan



stopy ołowiu i cynku

Struktura
kompozytu
o osnowie
stopu
Cu-Pb-Sn z
cząstkami
grafitu,
pow. 160x;

P

ORÓWNANIE

WŁASNOŚCI

KOMPOZYTÓW

O

OSNOWIE

METALOWEJ



mała gęstość



duża wytrzymałość i
sztywność



wysoka przewodność
cieplna i elektryczna,



wysoka odporność
cieplna.



wysoka temperatura i
ciśnienie formowania,



trudność kształtowania,



niemożliwość
stosowania

tradycyjnych metod

zgrzewania.



wysoka cena

Zalety

Wady

P

ODZIAŁ

MATERIAŁÓW

KOMPOZYTOWYCH

O

OSNOWIE

METALOWEJ

ZE

WZGLĘDU

NA

WZMOCNIENIE

Materiały

kompozytowe o

osnowie

metalowej

Wzmacniane

włóknami

ciągłymi

nieciągłymi

Wzmacniane

cząstkami

K

OMPOZYTY

O

OSNOWIE

METALOWEJ

ZBROJONE

CZĄSTKAMI

Osnowa

Faza

zbrojąca

Rozmiar

fazy



m

Zawartość

%

mas

Aluminium

Grafit ziarnisty
Tlenek glinu
Węglik krzemu
Tlenek krzemu
Piasek

15-100
3-200
16-120
5-53
75-120

1-8
3-30
3-20
5
do 36% obj

Miedź

Grafit
Tlenek glinu
Tlenek cyrkonu

5
11
5

13% obj
7% obj
2% obj

Żelazo
(stal)

Tlenek tytanu
Tlenek ceru
Glinka ilitowa

8
10
750

nie oznaczono

nie oznaczono

3

W

ŁASNOŚCI

Uwzględniając właściwości stosowanych stopów

oraz właściwości cząstek zbrojących uzyskać
można kompozyty:



odporne na ścieranie – zbrojenie cząstkami
tlenków i węglików,



ślizgowe – zbrojenie cząstkami grafitu lub miki,



o podwyższonej wytrzymałości,



o podwyższonej temperaturze pracy.

K

OMPOZYTY

WZMACNIANE

WŁÓKNAMI

CIĄGŁYMI

Materiały kompozytowe o osnowie metalowej

wzmacniane włóknami ciągłymi stanowią

klasę materiałów o szerokim zastosowaniu, ze

względu na własności mechaniczne,

odporność na zużycie oraz własności cieplne.

O

SNOWA

+

WZMOCNIENIE

Osnowę tych materiałów stanowią jednolite stopy

metali lekkich, ale także żarowytrzymałych

nadstopów*.

Wzmacniane

są

włóknami

borowymi,

węglikowymi, tlenkowymi i wolframowymi,

zwykle o udziale objętościowym 10÷70% w

materiale kompozytowym.

Nadstopy – grupa materiałów na bazie żelaza, niklu i kobaltu,
cechująca się wysoką żaroodpornością i odpornością na pełzanie w wysokich
temperaturach

.

W

ŁAŚCIWOŚCI

:



zwiększona wytrzymałość i sztywność,



dobra przewodność cieplna, odporności na
ścieranie i wytrzymałość zmęczeniowa,



stabilność wymiarowa.



Mogą być stosowane w temperaturze znacznie
wyższej niż materiały kompozytowe o osnowie
polimerowej  są niepalne, nie odparowują w
próżni i są odporne na działanie cieczy
organicznych, w tym paliw i rozpuszczalników.

W

YTWARZANIE

Wśród metod wytwarzania tej grupy

materiałów kompozytowych, można

wyróżnić:



odlewanie ciśnieniowe matrycowe,



infiltrację ciekłych metali,



metody metalurgii proszków,



prasowanie ciągłe,



metody hybrydowe ,

WYTWARZANIE



dyfuzyjne zgrzewanie pakietów płyt wstępnie
przygotowywanych przez napylanie ciekłych
metali na folie metalowe lub z użyciem lepiszcza
polimerowego i następne prasowanie lub
walcowanie na gorąco, ciśnieniową konsolidację w
autoklawie w próżniowym metalowym
pojemniku,



odlewanie z gęstwy, suszenie, spiekanie i
dogęszczenie izostatyczne na gorąco oraz
następne prasowanie na gorąco pakietów
wstępnie wytworzonych płyt,

M

ETODA

KSZTAŁTOWANIA

NA

GORĄCO

KSZTAŁTOWNIKÓW

TYPU

„

Z

” A

L

-S

I

C

Źródło; L.A. Dobrzański „Podstawy nauki o materiałach i
metaloznawstwo”

S

CHEMAT

ODKSZTAŁCENIA

NA

GORĄCO

W

ZAMKNIĘTYCH

MATRYCACH

I

ZGRZEWANIA

DYFUZYJNEGO

Źródło; L.A. Dobrzański „Podstawy nauki o materiałach i
metaloznawstwo”

S

CHEMAT

WYTWARZANIA

TAŚM

PRZEZ

ZGRZEWANIE

DYFUZYJNE

ORAZ

WALCOWANIE

Źródło; L.A. Dobrzański „Podstawy nauki o materiałach i
metaloznawstwo”

K

OMPOZYTY

O

OSNOWIE

METALOWEJ

WZMACNIANE

WŁÓKNAMI

NIECIĄGŁYMI



Jest to grupa materiałów, których własności są
połączeniem własności osnowy i włókien
wzmacniających,

które

mogą

być

ultrawytrzymałymi wiskerami, krótkimi lub
ciętymi włóknami.



Każdorazowo o zastosowaniu danego rodzaju
włókien decydują pożądane własności oraz
koszty.

W

YTWARZANIE

I

OBRÓBKA

Stosowane są na ogół konwencjonalne metody

wytwarzania:



metalurgii proszków,



procesy infiltracji ciekłych metali



procesy przetwórstwa przez wyciskanie, kucie,
walcowanie



inne metody odkształcenia plastycznego.

W

YTWARZANIE

I

OBRÓBKA

Ponieważ przecięcie krótkich włókien nie powoduje

degradacji własności mechanicznych takiego

materiału

kompozytowego,

możliwe

jest

stosowanie procesów obróbki mechanicznej,

w

tym

wiercenia

a

także

szlifowania

półproduktów oraz produktów.

Z

ASTOSOWANIE

KOMPOZYTÓW

O

OSNOWIE

METALOWEJ

Rama rowerowa

wykonana z kompozytu

aluminium – cząstki Al

2

O

3

Łopatki wentylatorów w

Silnikach turboodrzutowych

aluminium - włókna borowe

Z

ASTOSOWANIE

KOMPOZYTÓW

O

OSNOWIE

METALOWEJ

Maszt teleskopu
kosmicznego Hubble’a –
Grafit w osnowie
aluminium, Tytanu,
magnezu (MgAl9Zn1-
SiMn), miedzi i srebra

Tłoki silników spalinowych
(Toyota)- Al2O3 w osnowie
aluminium i magnezu

Z

ASTOSOWANIE

KOMPOZYTÓW

O

OSNOWIE

METALOWEJ

Obudowy pocisków

rakietowych – Aluminium

ze wzmocnieniem SiC

Wały napędowe : Tytan

ze wzmocnieniem SiC

Z

ASTOSOWANIE

KOMPOZYTÓW

O

OSNOWIE

METALOWEJ

Osłony elementów elektronicznych, korbowody, tuleje
główne rotorów śmigłowców, komory ciśnieniowe układów
hydraulicznych wiropłatów i samolotów wojskowych, a
także w stanie obrobionym nadplastycznie – w jeździectwie
na podkowy koni sportowych

D

ZIĘKUJEMY

ZA

UWAGĘ

;)