Розмір шрифту: 

Создание композиционных материалов и изделий стало объектом широкого исследования в последние десятилетия, хотя применение двух или более исходных материалов в качестве компонентов, образующих композиционную среду, существует с тех пор, как люди стали иметь дело с материалами. С самого начала цель создания композитов состояла в  том,  чтобы  достичь комбинации свойств, не присущих каждому из исходных материалов по отдельности. Таким образом, композиты можно изготавливать из компонентов, которые сами по себе не удовлетворяют всем предъявляемым к материалу требованиям. Применительно к литейному производству, композиционные отливки позволяют облегчить решение проблем повышения точности и эксплуатационной надежности отливок. Особенно важно развитие этого направления для отливок, работающих при высоких температуре и динамических нагрузках.      Одной из главных проблем создания композиционных отливок является формирование поверхности раздела (переходного слоя) матрица – композиционный элемент. Изучение переходных слоев показало наличие нескольких типов связи матрицы с композиционным элементом: механической; путем смачивания  и пропитки спеченной композиционной вставки матричным металлом; реакционной; оксидной; смешанной. Одним из примеров образования связи путем смачивания и пропитки спеченной композиционной вставки, изготовленной твердофазным спеканием медного порошка, является поршень ДВС, эксплуатируемый при повышенных температурах и ударно-циклических нагрузках. Рост удельной мощности дизельных двигателей за последние 10 лет составил 18…20 %, что привело к повышению термомеханической напряженности поршней. Предельно допустимые температуры головки поршня ограничены из-за опасности закоксования смазочного масла и падения жаропрочности алюминиевых сплавов выше 300оC. Закоксование смазочного масла приводит к спеканию верхних поршневых колец, прорыву газов между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра и к износу поршня. Высокая температура на поверхности поршня в сочетании с ударно-циклическими нагрузками приводит к трещинообразованию вследствие увеличения термических напряжений. Кольцевой канал для охлаждения головки поршня, выполненный металлокерамической вставкой, позволил снизить температуру на 30оC за счет улучшения теплоотдачи, увеличить работоспособность двигателя, облегчить массу поршня.      Примером реакционной связи в переходном слое является охлаждаемая лопатка ГТД, выполненная из аустенитного сплава на основе никеля. Оболочковый стержень, полученный твердофазным спеканием или напылением смеси порошков Cr, Ni, Al и Ti, устанавливается в литейную форму и заливается жидким металлом в вакууме. После закалки с 1050…1150 оC лопатка имеет структуру твердого раствора, которая в процессе эксплуатации подвергается старению с образованием двух фаз с одинаковой кристаллической решеткой, но несколько отличающихся друг от друга параметрами. Такая структура позволяет сохранить высокую прочность сцепления матрицы с оболочковым стержнем, получить малую скорость разупрочнения и, как следствие, высокую жаропрочность композиционной отливки.     Рассмотренными  примерами не исчерпываются возможности композиционного литья, которое в ряде случаев является единственным экономически оправданным процессом, сочетающим надежность и технологичность.