Применение керамики и композитов в машиностроении Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5/2019

Таким образом, наиболее перспективными для развития в будущем являются транспортные средства с водородным или электрическим двигателем. Список использованной литературы:

1. Новоселов С.В. Использование водорода в качестве моторного топлива. Теплоэнергетика. - №2. -Москва, 1996.

2. Макаршин Л. Л. Освоение новых источников энергии // Экол. вестн. России. - 2008. - № 1. - С. 24-26.

3. Моргунова Е. В. Водородная энергетика: воспоминания о будущем // Экономические стратегии. - 2006. - № 7. - С. 26-35.

© Двоеглазов И.Е., Денисов А.Е., Чистяков В.О., 2019

УДК 621

А.Е. Денисов

студент 3 курса МФ МГТУ им. Н.Э.Баумана

г. Мытищи E-mail: jezzzawot@gmail.com И.Е. Двоеглазов студент 3 курса МФ МГТУ им. Н.Э.Баумана

г. Мытищи E-mail: hyraxias@gmail.com В.О. Чистяков студент 3 курса МФ МГТУ им. Н.Э.Баумана

г. Мытищи E-mail: vlasterkot@mail.ru

ПРИМЕНЕНИЕ КЕРАМИКИ И КОМПОЗИТОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Аннотация

В статье рассмотрен вопрос о замещении традиционных материалов в машиностроении. Изучена структура применения керамики и композитов, проведена сравнительная характеристика с часто используемыми материалами, выявлен перечень достоинств и недостатков, а также проанализирована рациональность применения в машиностроении.

Ключевые слова: Жесткость, прочность, надежность, керамика, композиты.

Согласно исследованиям, использование в машиностроении новых материалов позволяет существенно экономить средства, как за счет снижения расхода дорогостоящих ресурсов (титана, вольфрама, тантала, хрома и т.д.), так и благодаря эксплуатационным характеристикам, приобретаемым узлами и деталями, выполненными из керамики и композитов.

Исследование, проведенное Национальным бюро стандартов США, показало, что использование керамических материалов позволило к 2000 г. осуществить экономию ресурсов страны в размере более 3 млрд долл. Ожидаемая экономия была достигнута, прежде всего, за счет использования транспортных двигателей с деталями из керамических материалов, керамических материалов для обработки резанием и оптокерамики для передачи информации. Помимо прямой экономии применение керамических материалов позволит снизить расход дорогих и дефицитных металлов: титана и тантала в конденсаторах, вольфрама и кобальта в режущих инструментах, кобальта, хрома и никеля в тепловых двигателях.

Использование керамических и композитных материалов в машиностроении постоянно расширяется.

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5/2019

Они применяются при изготовлении дизельных и газотурбинных двигателей, для производства элементов теплозащиты космических кораблей, особо точных гироскопов, оснастки горячего деформирования металлов, подшипников, уплотнительных колец и плунжеров, режущего инструмента, постоянных магнитов и многих других деталей и узлов.

Многообразие физико-механических характеристик и химического состава позволяет создавать материалы с заранее рассчитанными свойствами. Однако практически все из них обладают общими свойствами, показатели которых превышают свойства любых сталей.

Несмотря на меньшую плотность, чем у жаропрочных материалов, они могут использоваться при значительно более высоких температурных режимах - 1600-2500°С (показатель вольфрама - 1800°С, молибдена - 1500°С, а жаропрочных сталей - 800-1200°С). Их твердость близка к твердости алмаза, кроме того, такие материалы обладают высокой химической стойкостью и отличными диэлектрическими характеристиками. При температурах, превышающих 1 000°С, даже супер сплавы теряют сопротивление ползучести, керамике и композитам это не угрожает, при этом не падают показатели прочности.

Таблица 1

Сравнительные значения

Свойства Быстрорежущая сталь Твердые сплавы Керамические материалы

Температура размягчения, °С 500 1100 1500

Твердость по Виккерсу HV 850 1700 2100

Начало образования окалины, °С 800 800 не образуется

Прочность, сопротивляемость тепловому воздействию и, в особенной степени, надежность композиционных и керамических материалов превосходит показатели любых других, традиционно используемых в машиностроении. Предел их выносливости и временное сопротивление на 50-100% выше характеристик обычных сплавов, значительно выше показатели удельной прочности и модули упругости, понижена склонность к трещинообразованию. Применение композитов снижает материалоемкость и увеличивает жесткость конструкций.

Таблица 2

Механические свойства волокнистых композитов

Композиция Предел выносливости, МПа Временное сопротивление, МПа Модуль упругости, МПа

Алюминийуглерод (ВКУ1) 500 900 220

Магний-бор (ВКМ-1) 500 1300 220

Алюминийсталь (КАС-1А) 350 1700 110

Керамическая технология не предусматривает механической обработки, изделия выпускаются в практически готовом виде, допуская ультразвуковую, лазерную и электрохимическую обработку. Этот фактор увеличивает прочность и жесткость деталей и узлов, а защитные покрытия устраняют мельчайшие дефекты поверхности, повышая срок их использования и эксплуатационные свойства. Список использованной литературы:

1. Материаловедение. техническая керамика в машиностроении Гаршин А.П. Учебник / Москва, 2017. Сер. 63 Бакалавр. Академический курс. Модуль. (2-е изд., испр. и доп).

2. Керамика для машиностроения А. П. Гаршин, В. М. Гропянов, Г. П. Зайцев и С. С. Семенов. Москва, 2003.

3. Термореактивные полимерные композиты в машиностроении монография / А. Н. Бобрышев [и др.]; под ред. А. Н. Бобрышева. Старый Оскол, Белгородская обл., 2008.

4. Моделирование вязкоупругих свойств и механического поведения рессоры из полимерных композиционных материалов под нагрузкой Староверов Н.Н., Котиев Г.О., Даштиев И.З. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. № 7. С. 10.

© Денисов А.Е., Двоеглазов И.Е., Чистяков В.О., 2019

{ 23 )-