Металеві волокнисті матеріали
МЕТАЛЕ́ВІ ВОЛОКНИ́СТІ МАТЕРІА́ЛИ — металеві матеріали з волокнистою структурою. М. в. м. почали розробляти у 2-й пол. 1940-х рр., коли виникла потреба у масовому виробництві для пром. цілей матеріалів з відповід. комплексом фіз.-мех. властивостей. Осн. сировиною для виготовлення М. в. м. є тонкий дріт або будь-які ін. волокнисті метал. утворення, що одержують за допомогою різних видів металооброблення у твердому, рідкому чи дисперс. станах (волочіння, шевінгування, шабрування, екструдування, шліцювання). Гол. пром. метод отримання вихід. дискрет. волокон з необхід. співвідношенням довжини до діаметра (зазвичай становить 50... 150) — різання джгутів дроту. Іноді формування напівфабрикатів і виробів пресуванням, вальцюванням та екструдуванням ускладнено анізотропією розмірів окремих волокон, їхньою поганою сипкістю та невеликою насип. масою. Найчастіше з волокон після знежирювання виготовляють повсть. Спосіб виготовлення метал. повсті подібний до технології, що застосовують у папер. виробництві, і є різновидом шлікер. лиття. Можливі кілька варіантів повстювання: рідинне, повітряне, гравітаційне та вакуумне. При рідин. повстюванні готують суспензію з волокон у в’язкій рідині, напр., гліцерині. Потім рідину відсмоктують, а отриманий шлам заливають у форму, де утворюється повсть зі зчеплених волокон. Найщільнішу повсть виготовляють при осадженні коротких і товстих волокон. Переважно пористість повсті становить 70–98 %. При повітряному повстюванні, порівняно з рідинним, зв’язність й однорідність повсті дещо менші. Формування під дією електр. або магніт. полів, а також віброоброблення дозволяють отримувати повсть з орієнтов. розташуванням волокон. Під час виготовлення циліндрич. і втулк. заготовок найефективніше процес віброповстювання здійснювати при частоті 50–100 Гц, амплітуді 40–50 мкм і піковій формі імпульсу коливань. Потім повсть обробляють за допомогою різних видів пресування, вальцювання, гарячого екструдування або спікання. Порівняно з контакт. характером ущільнення порошків з полегшеним переміщенням частинок шляхом взаєм. ковзання, при ущільненні метал. волокон виникає не тільки контактна, а й їхня зворотна пружна та незворотна пластична гнучка деформація. Це ускладнює зміщення та ковзання, тому прямі волокна в місцях контакту спочатку спіралізують.
Основними структурними елементами М. в. м. є відрізки волокон довжиною, що дорівнює середньостатистичній міжконтакт. віддалі, а не волокна в цілому. Відношення зазначеної відстані до діаметра волокон, разом з твердістю металу, характеризує поєднання гнучкості та жорсткості як структур. елементів, так і всього волокнистого тіла. Пресування М. в. м. супроводжують значні зворотні об’ємні зміни, причому пружна післядія в напрямку прикладення тиску пресування перевищує таку в перпендикуляр. напрямку майже на порядок. Для зменшення ефекту пруж. післядії здійснюють додаткове пресування заготовок з М. в. м. Вальцювання дозволяє формувати безперервні лист. одно- та багатошар. М. в. м. з контрольов. пористістю. Завдяки спіканню досягають зміцнення М. в. м. Унаслідок релаксаційних властивостей зворот. деформацій, що розвиваються в зразках М. в. м. після пресування, волокнисті брикети, що готують для спікання, містять у собі залишкової напруги. Під час спікання за рахунок ліній. розширення волокон відбувається остаточне зняття цих напруг вже на ранніх стадіях процесу при нагріванні до температури витримування. І хоча надалі відбувається усадження пористих зразків, найчастіше встановлюється сумар. ефект прояву зворот. і незворотних деформацій у вигляді збільшення пресов. матеріалу. Тому використовують додатк. спікання або спікання під навантаженням. Зазвичай температура спікання зразків М. в. м. становить ~ 0,9 від абсолют. температури плавлення основи металу. Для зменшення температури та скорочення тривалості процесу спікання проводять з додаванням рідкої метал. фази або активують його введенням невеликих кількостей присадок. Після пресування у М. в. м. встановлюється висока якість міжчастк. контактів (до 30–40 % від ідеал., або безпористого). Її оцінюють за кількіс. відношенням електропровідності або швидкості поширення пруж. хвиль для реал. М. в. м. до відповід. характеристик ідеал. матеріалу. Встановлено, що ущільнення пористих М. в. м. не залежить від ступеня їхньої зв’яз-ності, тобто від якості міжчастк. контактів: спечені пресов. матеріали з високою досконалістю контактів і повсть ущільнюються однаково. Але значна пластична деформація може призводити до руйнування досконалих міжчастк. контактів і до замінювання їх недосконалими, що утворилися знову.
Як і у випадку деформації безпористих матеріалів, на діаграмах розтягування пористих зразків М. в. м. виявлено лінійну ділянку, в межах якої відбуваються процеси відповідно до закону Гука. Розвантаження таких зразків при напруженнях, що перевищують межу пропорційності, супроводжується явищем, що описують відповідно до закону пруж. розвантаження. При цьому зменшення напруги є прямо пропорційним зменшенню деформації, а коефіцієнт пропорційності той же, що й при навантаженні зразків. Після остаточ. зняття навантаження відбувається залишк. пластична деформація, що дорівнює різниці повної та пруж. складових деформації. Це явище можливе за будь-якого циклу навантаження–розвантаження аж до початку руйнування М. в. м. і свідчить про практичну сталість модуля пружності за межами пружності. Порівняно з ін. матеріалами, що сформовані з дисперс. частинок, М. в. м. мають значно більшу міцність при різних видах навантаження. У виробів з М. в. м. можна реалізувати практично необмежену пористість (до 98 %), що сприяє низькому гідравліч. опору та високому проникненню рідин і газів. Їх виготовляють як простої, так і склад. форми, а також практично необмежених розмірів. При цьому можна застосовувати різні види мех. оброблення, зварювання, паяння, склеювання з метал., керам. і пластмас. елементами. М. в. м. застосовують як високоефективні фільтри тонкого очищення рідин і газів, вогнеперепинювачі, елементи високотемператур. конструкцій, демпфери мех. і акустич. коливань, захисні елементи від високочастот. електромагніт. випромінювання, електроди хім. джерел струму, несні каркаси композиц. матеріалів, капілярні структури теплообмін. систем різного призначення тощо.
Рекомендована література
- Композиционные материалы волокнистого строения. К., 1970;
- Получение и поведение материалов в космосе. Москва, 1978;
- Косторнов А. Г. Проницаемые металлические волокновые материалы. К., 1983;
- Пористые проницаемые материалы: Справоч. Москва, 1987;
- Powder Metallurgy. Recent Advances. New Delhi, 1989;
- Актуальные проблемы порошковой металлургии. Москва, 1990;
- Формирование структуры и свойств пористых порошковых материалов. Москва, 1993;
- Косторнов А. Г. Материаловедение дисперсных и пористых металлов и сплавов. К., 2002. Т. 1. 2003. Т. 2.
Завантажити статтю
