1. Wstęp teoretyczny

Metalowe materiały kompozytowe stały się liczną grupą materiałów, których własności mechaniczne mogą być kształtowane różnymi technikami. Zaplanowany zespół własności można osiągnąć, dobierając odpowiednią osnowę, rodzaj umocnienia jego zawartość, rozmieszczenie, metodę wytwarzania oraz szereg innych parametrów. Jako osnowy metaliczne stosuje się stopy: aluminium, magnezu, tytanu, ołowiu, cynku, srebra, niklu i miedzi. Stopy te podzielić można na cztery grupy:

1. Stopy metali lekkich (Mg, Al) - które przeznaczone są do wytwarzania kompozytów stosowanych w lotnictwie i przemyśle samochodowym. Wynika to z ich niskiego ciężaru właściwego oraz niskiej temperatury topnienia i stosunkowo łatwych technologii wytwarzania.

2. Stopy srebra i miedzi - to osnowy kompozytów wykazujących dobre właściwości cieplne i elektryczne.

3. Stopy niklu- to stopy kompozytów żarowytrzymałych.

4. Stopy ołowiu i cynku - to osnowy kompozytów o dobrych właściwościach ślizgowych.

Kompozyty metalowe wzmocnione cząstkami mają zarówno wady i zalety. Do wad należy m.in. niszczenie z udziałem cząstek lub krótkich włókien spowodowane pęknięciami w cząstkach, w granicy cząstka-osnowa lub powstanie porów w osnowie w miejscach przylegających do cząstek

Ważnym efektem, który uzasadnia celowość stosowania kompozytów z cząstkami jest ich wyższa, w porównaniu do zwykłych stopów, odporność na ścieranie. W odróżnieniu od kompozytów zbrojonych cząstkami, metalowe kompozyty włókniste mają bardzo wysokie właściwości wytrzymałościowe. Udział objętościowy włókien w tych materiałach jest bardzo duży 35-50%, co zapewnia uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie powyżej 1500 MPa.

Zbrojenie stopów włóknami ceramicznymi (węglowymi, z węglika krzemu, włóknami borowymi) zapewnia wysoki poziom wytrzymałości, wysoką wytrzymałość na pełzanie oraz wysoką wytrzymałość w podwyższonej temperaturze.

Zalety kompozytów na osnowie metali:

• wysoka twardość powierzchni,

• możliwość wyciskania na gorąco i stosowania innych metod przeróbki plastycznej,

• wysoka odporność na warunki atmosferyczne,

• wysoka przewodność cieplna i elektryczna,

• wysoka wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe,

• wysoka wytrzymałość poprzeczna,

• wysoka odporność cieplna.

Wady kompozytów na osnowie metalowej:

• wysoka temperatura i ciśnienie formowania,

• trudność kształtowania,

• niemożliwość stosowania tradycyjnych metod zgrzewania.

2. Metody otrzymywania kompozytów o osnowie metalowej

- metody bezpośrednie:

strukturę kompozytu uzyskuje się w wyniku odpowiedniego procesu technologicznego, np. krzepnięcia i krystalizacji oraz obróbki plastycznej lub cieplnej). Najprostszym przykładem jest zgrzewanie w czasie walcowania na gorąco wcześniej przygotowanych wsadów warstwowych, zbrojonych włóknem.

-metody pośrednie:

dzielimy na metody z ciekłą osnową (nasycanie swobodne, nasycanie wymuszone, mieszanie i rozpuszczanie) oraz na metody przeróbki plastycznej (wyciskanie, ciągnienie).

Istotną cechą wszystkich tych metod jest to, że nie są one uzależnione od rodzaju zbrojenia, można je zatem wykorzystywać do wytwarzania kompozytów zbrojonych zarówno cząstkami jak i włóknami. Kompozyty metalowe zbrojone cząstkami wytwarza się również metodą metalurgii proszków. Pozwala to na uzyskanie wyrobów o stosunkowo niewielkiej masie.

3. Zadanie z zajęć

Tuleje cylindrowe w bloku silnika

Jako osnowę wybraliśmy odlewnicze stopy aluminium z magnezem ze względu na niski ciężar właściwy, niską temperaturę topnienia i stosunkowo łatwe technologie wytwarzania. Jest to najbardziej optymalny materiał na osnowę stosowany w przemyśle samochodowym. Do wad można jednak zaliczyć dość niską wytrzymałość zmęczeniową w stosunku do stali.

Jako zbrojenie wybraliśmy materiał wzmacniający w postaci proszku ceramicznego SiC. Zależało nam przede wszystkim na wzmocnieniu materiału i zachowaniu jego lekkości.

Aby wykonać nasz element wybraliśmy metodę Squeeze casting. Jest to metoda, którą można zaliczyć do procesów odlewania ciśnieniowego. W technologii tej podgrzaną preformę (w naszym przypadku wykonaną z węglików krzemu) umieszcza się wewnątrz wnęki formy do której zalwa się metal, a następnie mechanicznie wywiera ciśnienie za pomocą tłoka prasującego. Wysokie wartości ciśnienia w tej metodzie, pomagają uzyskiwać odlewy o podwyższonych wartościach i wyeliminować wady strukturalne. Jest możliwość pełnej automatyzacji procesu. Dodatkowo metoda ta oznacza się wysoką efektywnością ekonomiczną. Mimo, iż metodę infiltracji ciśnieniowej można zaliczyć do najbardziej opłacalnych przy tworzeniu kompozytów na bazie aluminium, zrezygnowaliśmy z niej na rzecz Squeeze castingu. Oferuje ona wyeliminowanie wad strukturalnych na czym zależy nam najbardziej z racji przeznaczenia naszego elementu. Musi on być wykonany dokładnie i być trwały.

Kierunek: MiBM

Grupa: 3

Semestr: IV

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

Temat: STRUKTURA,WŁASNOŚCI I ZASTOSOWANIE KOMPOZYTÓW O OSNOWIE METALOWEJ

Skład sekcji:

Kamil Kuźnik

Łukasz Zając

Dawid Majcherek

Jarosław Paprocki

Bartosz Majorek

Patryk Płaczek