Politechnika Śląska
Wydział Transportu
Tychy
Laboratorium z Inżynierii Materiałowej
Sprawozdanie
Temat ćwiczenia: Kompozytowe materiały aluminium
Gr. T11
Marcin Dąbkowski
Anna Osmólska
Patryk Sienkiewicz
Andrzej Kulczak
Przebieg ćwiczenia.
W czasie ćwiczenia prowadzący wykładał nam specyfikę materiałów kompozytowych. Jednocześnie dla każdego z omawianych materiałów kompozytowych odbyła się prezentacja struktury próbki. W tym celu przedstawiano na telewizorze obraz z mikroskopu o powiększeniu od 250 do 400 razy, która ukazywała strukturę poszczególnych materiałów kompozytowych.
Wstęp teoretyczny.
Materiały kompozytowe znane są ludzkości od tysięcy lat. Np. tradycyjna, chińska laka, służąca do wyrobu naczyń i mebli otrzymywana przez przesycanie wielu cienkich warstw papieru i tkanin żywicznym „samoutwardzalnym” sokiem z sumaka rhus, była stosowana od co najmniej V w. p.n.e. Równie starym i powszechnie stosowanym od wieków kompozytem jest drewniana sklejka. Innym powszechnie znanym kompozytem jest żelbeton lub szkło zbrojone siatką metalową.
Materiałami kompozytowymi nazywamy materiały składające się z więcej niż jednego rodzaju materiału. Jeden z nich stanowi wówczas osnowę a drugi fazę zbrojącą. Występują również kompozyty z kilkoma fazami zbrojącymi. Wówczas mamy do czynienia z kompozytami hybrydowymi. Kompozyty dzielimy na umacniane cząstkami (dyspersyjnie) i włóknami (włókniste). Te z kolei dzielimy na umacniane włóknami ciętymi i ciągłymi.
Kompozyty stosowane są wówczas gdy nie da się osiągnąć pożądanych właściwości stosując normalne materiały. Znajdują one zastosowanie w różnych dziedzinach aktywności ludzkiej. Pozwalają na otrzymywanie lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji.
Charakterystyka materiałów kompozytowych poznanych na laboratorium.
Na laboratorium poznaliśmy materiały kompozytowe na osnowie aluminium. Znajdują one coraz szersze zastosowanie w budowie elementów samochodowych takich jak wały, tuleje, tłoki i bębny hamulcowe.
Do budowy tarcz hamulcowych wykorzystuje się kompozyt o osnowie aluminiowej (A359). Fazę zbrojącą stanowi węglik krzemu (SiC). Charakteryzują się one nie zbyt dużą twardością dzięki czemu nie niszczą się za szybko, mają mniejszą masę niż żeliwo, wolniej się ścierają oraz są odporne na rdze.
Tuleje wykonuje się ze stopów oznaczonych wg nowych norm EN-AC-47000. Tuleje takie wykonuje się za pomocą preformy, w której wszystkie składniki kompozytu łączy się ze sobą pod wysokim ciśnieniem. Włókna zbrojenia w tym kompozycie są dosyć długie, dzięki czemu zmniejszona jest rozszerzalność termiczna, zwiększona odporność na ścieranie. Ponadto chropowatość przyczynia się do lepszego smarowania. To z kolei powoduje zmniejszone zużycie tych elementów (nawet około 8 krotnie mniejsze niż w tradycyjnych). Materiał ten jednak ma jedną wadę. Jest trudny w obróbce.
Wśród materiałów kompozytowych wykorzystywanych do produkcji tulei cylindra znaleźć można kompozyt o osnowie aluminiowej i fazie zbrojącej z węgla szklistego. Jest to kompozyt twardszy od grafitu ale miększy od diamentu. Dobrze się ściera oraz łatwo pokrywa się olejem. Dzięki temu łatwiej zapewnić odpowiednie smarowanie i wolniej się zużywa. Ponadto charakteryzuje się dobrymi właściwościami termicznymi. Jednak nie jest on jeszcze wykorzystywany na szeroką skalę ze względu na wysokie koszty produkcji.
Do produkcji wałów napędowych ( jednak w niewielu pojazdach ) stosuje się kompozyt o nazwie W6D22A. Jest on wytwarzany obecnie tylko przez jedną fabrykę na świecie ze względu na skomplikowaną technologie produkcji. To przyczynia się także do jego wysokiej ceny. Fazę zbrojącą w tym kompozycie stanowi krzem magnezu. Jest to bardzo wytrzymały materiał. Stosuje się go na przykład do budowy ram rowerów wyczynowych oraz wałów samochodowych. Charakteryzuje się on bardzo wysoką wytrzymałością i sztywnością jednocześnie małą masą. Dzięki temu ramy rowerów nie są zbyt ciężkie. Ponadto materiał ten nie wpada w wibracje, co jest istotną cechą przy produkcji wałów samochodowych.
Wnioski.
Materiały kompozytowe są coraz powszechniej stosowane do produkcji różnego rodzaju dóbr. Pozwalają one osiągnąć cechy niedostępne dla zwykłych materiałów. Zwiększają wytrzymałość, są odporne na wysokie temperatury oraz są lżejsze od elementów wykonanych przy pomocy tradycyjnych materiałów. Ponadto nie bez znaczenia jest fakt, że niektóre z materiałów kompozytowych są znacznie tańsze od ich tradycyjnych odpowiedników. W przypadku natomiast gdy są droższe to niejednokrotnie ich wielokrotnie dłuższa żywotność sprawia, że pomimo większej kapitałochłonności na początku, eksploatacja długoterminowa okazuje się tańsza aniżeli w przypadku tradycyjnych materiałów.