Новые материалы. Тезисы _ЛУЖ_ДонНАСА фин. Конструкционные материалы нового поколения
 Скачать 58.5 Kb.
|
|
УДК 669 Лужанский А.А., студ. группы ИТМ-21, ГОУ ВПО «ДонНТУ» Руководитель: Тараш В. Н., старший преподаватель кафедры физики ГОУ ВПО «ДонНТУ» КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Аннотация. Рассмотрено использование новых конструкционных материалов в промышленности. Ключевые слова: композиты, полимеры, интерметаллиды, порошковая металлургия. Annotation. The use of new structural materials in industry has been considered. Keywords: composites, polymers, intermetallides, powder metallurgy. Введение. В последние годы благодаря бурному развитию сверхзвуковой авиации, ракетной техники, турбостроения, а также небывалому росту производства автомобилей, бытовой и другой техники для населения в машиностроении, приборостроении и строительной индустрии широко применяются новые конструкционные материалы, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность, обеспечивающих высокую надежность и долговечность изделий, надежно работающих в сложной комбинации силовых и температурных полей, при воздействии агрессивных сред, излучений, глубокого вакуума и высоких давлений. Постановка задачи. Выполнить обзор литературы по теме «Конструкционные материалы нового поколения». Теоретический обзор. Углеродное наноструктурное волокно, полимеры, керакомпозиты, интерметаллиды, порошковые, синтетические сверхпрочные материалы – что объединяет все эти вещи? Это всё – конструкционные материалы будущего. Материалы нового поколения – основа инноваций, технологического ли- дерства и национальной безопасности государства. Именно благодаря применению таких материалов нынешние инженеры, конструкторы реализовывают многие прорывные проекты в различных сферах. Внедрение материалов нового поколения и современных технологий вполне способно ускорить развитие многих секторов экономики и направлений отечественной промышленности. В различных отраслях промышленности широко применяются композиционные материалы: полимерные композиционные материалы, метал- лические композиционные материалы, керамические конструкционные ком- позиционные материалы. Керамические композиты – это керамическая мат- рица, содержащая в себе волокнистую арматура. Их механические свойства определяются не только свойствами самих волокон, но и их ориентацией, объёмным содержанием. Состав керамокомпозита изменяют в зависимости от области применения. Если востребована прочность материала, то в керамическую матрицу вводят волокна металлов, а если необходима жаростойкость, то количество металла в составе минимально. Применение композитных материалов дает возможность получить заданное сочетание разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости, жаропрочности, износостойкости, теплозащитных свойств и др. Благодаря композитам стал возможен новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, уменьшении массы машин и конструкций и повышении массовой эффективности транспортных средств и авиационно-космических аппаратов. Большой интерес вызывают полимеры. Они представляют собой высоко- молекулярные соединения, образованные из большого числа молекул мономеров. В теории полимеров различают некоторые основные группы полимерных материалов: аморфные, аморфные ориентированные, кристал-лизующиеся, кристаллические изотропные, кристаллические ориентированные. Полимеры обладают рядом специфических свойств, которые большей частью обусловлены их строением. Отметим лишь механические свойства, отличающие их от традиционных конструкционных материалов: Модуль упругости полимеров оказывается существенно зависящим от скорости деформирования, а иногда и от частоты силового воздействия; Полимеры обладают ярко выраженными реологическими свойствами: ползучестью, проявляющейся в росте деформаций при фиксированном напряжении, и релаксацией (снижением) напряжений при постоянной деформации; Большинству полимеров присущи медленно протекающие необратимые процессы: вязкое течение, обусловленное молекулярной структурой, и химическое течение, имеющее место при высоких температурах и уровнях напряжения. При химическом течении происходят изменения структуры полимера на молекулярном уровне; Важным свойством полимеров является способность приобретать ориентированное состояние при силовых воздействиях. Внешним проявлением этого свойства является повышение прочности материала в определенном направлении. Интересным конструкционным и техническим материалом является стекло. Область его использования ограничивается конструкциями, в которых исключены или сведены к минимуму ударные нагрузки и появление растягивающих напряжений. Механическая прочность стекла довольно высока. Так, кварцевое стекло имеет предел прочности при сжатии в пределах 350–650 МПа, а при изгибе около 220 МПа. Оно является незаменимым материалом при изготовлении химически стойкой аппаратуры, трубопроводов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Стекло используется также при изготовлении стекловолокна и пластмасс. При диаметре волокна 3–4 мкм прочность стекловолокна при растяжении достигает колоссального значения – 37 000 МПа! Промышленностью изготавливается также пленочное и чешуйчатое стекло, используемое большей частью при производстве пластмасс – стеклотекстолитов. Предел прочности стеклотекстолитов при растяжении достигает 250 МПа. Важным их свойством является светопрозрачность. В обычных условиях стекло является аморфным телом. Однако при определенных условиях происходит его полная или частичная кристаллизация. В результате получаются стеклокристаллические материалы, называемые ситаллами. Эти материалы занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Прочность ситаллов при изгибе лежит в пределах 160–250 МПа. Их используют для изготовления труб, химической аппаратуры, подшипников, работающих при высоких температурах (порядка 500°С) и без смазки, поршней и цилиндров дизельных двигателей и др. Одной из новых разработок являются интерметаллиды. Этот класс материалов – химические соединения металлов, которые имеют сложную кристаллическую структуру с наличием в межатомных связях до 30% ковалентной связи, что и определяет их физико-механические свойства: высокую жаропрочность, низкую плотность и возгораемость в кислороде, высокую износостойкость. Этим материалам присущ эффект запоминания формы, который может быть эффективным способом повышения эксплу- атационных свойств и ресурса изделий. Сейчас всё больше на практике применяется порошковая металлургия. По сути, это особый вид технологии изготовления деталей путем формования и спекания тонких порошков. Она значительно упрощает или вовсе исключает последующую механическую обработку деталей. Известны следующие разновидности материалов порошковой металлургии: конструкционные, жаропрочные, инструментальные, пористые и высокопористые. Область применения порошковых материалов весьма обширна: детали летательных аппаратов, тормозные узлы тракторов и других машин, фильтры с восстанавливающейся фильтрующей способностью, поршневые кольца и многие другие детали. Предел прочности порошковых материалов на основе железоуглеродистых порошков колеблется в пределах от 510 до 1280 МПа, на основе медных сплавов – от 140 до 300 МПа, на основе алюминия – от 70 до 100 МПа. В последние годы абсолютным прорывом являются аддитивные технологии, которые также называют 3D-печатью. Сама возможность создания детали практически любой формы из универсального сырья является экономическим и технологическим чудом. Использование аддитивных технологий позволяет в несколько раз повысить производительность труда и свести энергозатраты к минимуму. Возможность печати деталей сложной формы получила своё признание в авиакосмической сфере, оборонной промышленности, медицине и др. Разработана технология послойного лазерного сплавления с использованием металлопорошковых композиций жаропрочного и алюминиевого сплавов. Это говорит о том, что аддитивные технологии могут быть интегрированы в производства, которые задействуют другие инновационные материалы. Выводы. Применение новых материалов прогнозирует фундаментальную перестройку существующих технологий изготовления промышленных изделий, энергетики, транспорта. Они – важный элемент экологической безопасности, охраны окружающей среды. Литература «Современные строительные материалы»: «СТРОЙИНФОРМ», 2007. – 256 с. Карабасов Ю.С. «Новые материалы»/ Карабасов Ю.С //«МИСИС», 2002г. Новые конструкционные материалы: Курс лекций: Учебное пособие для студентов направления 15.04.02 Технологические машины и оборудование очной формы обучения. /Cост. Девятловская А.Н. – Лесосибирск: филиал СибГУ в г. Лесосибирске, 2017. - 96 с., электронный ресурс. Новые материалы / под науч. ред. Ю.С. Карабасова, - М.: Мисис, 2002 - 738 с. Лужанский Артём Александрович, студент группы ИТМ-21, ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», 83001, г. Донецк, ул. Артема, 58. e-mail: aptemka2196@mail.ru. Научный руководитель: Тараш Валентина Николаевна, старший преподаватель кафедры физики, ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», 83001, г. Донецк, ул. Артема, 58. e-mail: valentinant_2008@mail.ruLuzhansky Artem Aleksandrovich, student of ITM-21 group, Donetsk National Technical University, 83001, Donetsk, Artem str., 58.e-mail: aptemka2196@mail.ru.Scientific supervisor:Tarash Valentina Nikolaevna, Senior Lecturer of the Department of Physics, Donetsk National Technical University, 83001, Donetsk, Artem str., 58.e-mail: valentinant_2008@mail.ru |