Технічні характеристики конструкційних матеріалів. Конструкційні матеріали конструкторські матеріали

38

Матеріали є механічні властивості, що відрізняє їх від інших технічних матеріалів (оптичних, ізоляційних, мастильних, лакофарбових, декоративних, абразивних та ін.). До основних критеріїв якості конструкційні матеріали відносяться параметри опору зовнішнім навантаженням: міцність, в’язкість, надійність, ресурс і ін. Тривалий період у своєму розвитку людське суспільство використовувало для своїх потреб (знаряддя праці та полювання, начиння, прикраси та ін.) обмежене коло матеріалів: дерево, камінь, волокна рослинного і тваринного походження, обпалену глину, скло, бронзу, залізо. Промисловий переворот 18 ст. І подальший розвиток техніки, особливо створення парових машин і поява в кінці 19 ст. Двигунів внутрішнього згоряння, електричних машин і автомобілів, ускладнили і диференціювали вимоги до матеріалів їх деталей, які стали працювати при складних знакозмінних навантаженнях, підвищених температурах і ін основою конструкційні матеріали стали металеві сплави на основі заліза (чавуни і сталі ), міді (бронзи і латуні ), свинцю і олова.

При конструюванні літаків, коли головною вимогою, що пред’являються до конструкційні матеріали, стала висока питома міцність, широкого поширення набули деревні пластики (фанера), малолеговані сталі, алюмінієві і магнієві сплави. Подальший розвиток авіаційної техніки зажадало створення нових жароміцних сплавів на нікелевій і кобальтової основах, сталей, титанових, алюмінієвих, магнієвих сплавів, придатних для тривалої роботи при високих температурах. Удосконалення техніки на кожному етапі розвитку пред’являло нові, безперервно ускладнювалися вимоги до конструкційні матеріали (температурна стійкість, зносостійкість, електрична провідність та ін.). Наприклад, суднобудування необхідні сталі і сплави з хорошою зварюваністю і високою корозійною стійкістю, а хімічному машинобудуванню — з високою і тривалою стійкістю в агресивних середовищах. Розвиток атомної енергетики пов’язано із застосуванням конструкційні матеріали , що володіють не тільки достатньою міцністю і високою корозійною стійкістю в різних теплоносіях, а й задовольняють новій вимозі — малому поперечному перерізу захоплення нейтронів.

Конструкційні матеріали поділяються: за природою матеріалів-на металеві, неметалеві і композиційні матеріали, що поєднують позитивні властивості тих і ін. Матеріалів; за технологічним виконанням — на деформовані (прокат, поковки, штампування, пресовані профілі та ін.), литі, спекаемые, формуемые, склеювані, зварювані (плавленням, вибухом, дифузійним зрощуванням і т. П.); за умовами роботи — на працюючі при низьких температурах, жароміцні, корозійно-, окалино-, зносо-, паливо-, маслостійкі і т. Д.; за критеріями міцності — на матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.

Окремі класи конструкційні матеріали, в свою чергу, діляться на численні групи. Наприклад, металеві сплави розрізняють: за системами сплавів-алюмінієві, магнієві, титанові, мідні, нікелеві, молібденові, ніобієві, берилієві, вольфрамові, на залізній основі та ін.; за типами зміцнення — загартовуються, поліпшуються, старіючі, цементуються, ціаніруемие, азотовані та ін.; за структурним складом — стали аустенітні і феритні, латуні і т. Д.

Неметалеві конструкційні матеріали поділяють по ізомерному складу, технологічному виконанню (пресовані, ткані, намотані, формовані та ін.), за типами наповнювачів (армуючих елементів) і за характером їх розміщення і орієнтації. Деякі конструкційні матеріали, наприклад сталь і алюмінієві сплави, використовуються як будівельні матеріали і, навпаки, в ряді випадків будівельні матеріали, наприклад залізобетон , застосовуються в конструкціях машинобудування.

Техніко-економічні параметри конструкційні матеріали включають: технологічні параметри — оброблюваність металів тиском, різанням, ливарні властивості (рідкотекучість, схильність до утворення гарячих тріщин при лиття), зварюваність, паяемость, швидкість затвердіння і плинність полімерних матеріалів при нормальних і підвищених температурах та ін; показники економічної ефективності (вартість, трудомісткість, дефіцитність, коефіцієнт використання металу тощо).

До металевих конструкційні матеріали відноситься більшість випускаються промисловістю марок сталі. Виняток становлять сталі, які не використовуються в силових елементах конструкцій: інструментальні сталі, для нагрівальних елементів, для присадного дроту (при зварюванні) і деякі інші з особливими фізичними і технологічними властивостями. Стали складають основний обсяг конструкційні матеріали, використовуваних технікою. Вони відрізняються широким діапазоном міцності — від 200 до 3000 мн/м 2 (20-300 кгс/мм 2 ), пластичність сталей досягає 80%, в’язкість — 3 мдж/м 2 . Конструкційні (в т.ч. Нержавіючі) стали виплавляються в конверторах, мартенівських і електричних печах. Для додаткової рафінування застосовуються продування аргоном і обробка синтетичним шлаком в ковші. Стали відповідального призначення, від яких потрібна висока надійність, виготовляються вакуумно-дуговим, вакуумно-індукційним і електрошлаковим переплавом, вакуумуванням, а в особливих випадках — поліпшенням кристалізації (на установках безперервної або полунепреривной розливання) витягуванням з розплаву.

Чавуни широко застосовуються в машинобудуванні для виготовлення станин, колінчатих валів, зубчастих коліс, циліндрів двигунів внутрішнього згоряння, деталей, що працюють при температурі до 1200 °с в окислювальних середовищах, та ін. Міцність чавунів в залежності від легування коливається від 110 мн/м 2 (чугаль) до 1350 мн/м 2 (легований магнієвий чавун).

Нікелеві сплави і кобальтові сплави зберігають міцність до 1000-1100 °с. Виплавляються в вакуумно-індукційних і вакуумно-дугових, а також в плазмових і електроннопроменевих печах . застосовуються в авіаційних і ракетних двигунах, парових турбінах, апаратах, що працюють в агресивних середовищах, і ін. Міцність алюмінієвих сплавів становить: деформуються до 750 мн/м 2 , ливарних до 550 мн/м 2 , по питомій жорсткості вони значно перевершують стали. Служать для виготовлення корпусів літаків, вертольотів, ракет, суден різного призначення та ін. Магнієві сплави відрізняються високим питомим об’ємом (в 4 рази вище, ніж у сталі), мають міцність до 400 мн/м 2 і вище; застосовуються переважно у вигляді лиття в конструкціях літальних апаратів, в автомобілебудуванні, в текстильній і поліграфічній промисловості та ін титанові сплави починають успішно конкурувати в ряді галузей техніки зі сталями і алюмінієвими сплавами, перевершуючи їх по питомій міцності, корозійної стійкості і по жорсткості. Сплави мають міцність до 1600 мн/м 2 і більше. Застосовуються для виготовлення компресорів авіаційних двигунів, апаратів хімічної та нафтопереробної промисловості, медичних інструментів та ін.

До конструкційні матеріали відносяться також сплави на основі міді, цинку, молібдену, цирконію, хрому, берилію, які знайшли застосування в різних галузях техніки (див.берилієві сплави , міднонікелеві сплави , молібденові сплави).

Неметалічні конструкційні матеріали включають пластики, термопластичні полімерні матеріали (см .полімери ), кераміку , вогнетриви , скла , гуми , деревину. пластики на основі термореактивних, епоксидних, фенольних, кремнійорганічних термопластичних смол і фторопластов , армовані (зміцнені) скляними, кварцовими, азбестовими та ін. Волокнами, тканинами і стрічками, застосовуються в конструкціях літаків, ракет, в енергетичному, транспортному машинобудуванні та ін термопластичні полімерні матеріали — полістирол , поліметилметакрилат, поліаміди, фторопласты, а також реактопласти використовують в деталях електро — та радіообладнання, вузлах тертя, що працюють в різних середовищах, в тому числі хімічно активних: паливах, оліях і т. П.

Скла (силікатні, кварцові, органічні), триплекси на їх основі служать для скління суден, літаків, ракет; з керамічних матеріалів виготовляють деталі, що працюють при високих температурах. Гуми на основі різних каучуків, зміцнені кордними тканинами, застосовуються для виробництва покришок або монолітних коліс літаків і автомобілів, а також різних рухомих і нерухомих ущільнень.

Розвиток техніки пред’являє нові, більш високі вимоги до існуючих конструкційні матеріали, стимулює створення нових матеріалів. З метою зменшення маси конструкцій літальних апаратів використовуються, наприклад, багатошарові конструкції, що поєднують в собі легкість, жорсткість і міцність. Зовнішнє армування металевих замкнутих обсягів (кулі, балони, циліндри) склопластиком дозволяє значно знизити їх масу в порівнянні з металевими конструкціями. Для багатьох областей техніки необхідні конструкційні матеріали, що поєднують конструкційну міцність з високими електричними, теплозахисними, оптичними та іншими властивостями.

Т. К. У складі конструкційні матеріали знайшли своє застосування майже всі елементи таблиці менделєєва, а ефективність стали вже класичними для металевих сплавів методів зміцнення шляхом поєднання спеціально підібраного легування, високоякісної плавки і належної термічної обробки знижується, перспективи підвищення властивостей конструкційні матеріали пов’язані з синтезуванням матеріалів з елементів, що мають граничні значення властивостей, наприклад гранично міцних, гранично тугоплавких, термостабільних і т. П. Такі матеріалиСкладають новий клас композиційних конструкційні матеріали у них використовуються високоміцні елементи (волокна, нитки, дріт, ниткоподібні кристали, гранули, дисперсні високотверді і тугоплавкі з’єднання, складові армування або наповнювач), що зв’язуються матрицею з пластичного і міцного матеріалу (металевих сплавів або неметалевих, переважно полімерних, матеріалів). Композиційні конструкційні матеріали по питомій міцності і питомому модулю пружності можуть на 50-100% перевершувати сталі або алюмінієві сплави і забезпечують економію маси конструкцій на 20-50%.

Поряд зі створенням композиційних конструкційні матеріали , що мають орієнтовану (ортотропну) структуру, перспективним шляхом підвищення якості конструкційні матеріали є регламентація структури традиційних конструкційні матеріали так, шляхом спрямованої кристалізації сталей і сплавів отримують литі деталі, наприклад лопатки газових турбін, що складаються з кристалів, орієнтованих щодо основних напруг таким чином, що межі зерен (слабкі місця у жароміцних сплавів) виявляються ненавантаженими. Спрямована кристалізація дозволяє збільшити в кілька разів пластичність і довговічність. Ще більш прогресивним методом створення ортотропних конструкційні матеріали є отримання монокристальних деталей з певною кристалографічною орієнтацією щодо діючих напруг. Вельми ефективно використовуються методи орієнтації в неметалевих конструкційні матеріали так, орієнтація лінійних макромолекул полімерних матеріалів (орієнтація стекол з поліметилметакрилату) значно підвищує їх міцність, в’язкість і довговічність.

При синтезуванні композиційних конструкційні матеріали, створенні сплавів і матеріалів з орієнтованою структурою використовуються досягнення матеріалознавства.

Літ.: кисельов б. А., склопластики, м., 1961; конструкційні матеріали, т. 1 — 3, м., 1963-65; тугоплавкі матеріали в машинобудуванні. Довідник, під ред.а. Т. Туманова і к. І. Кравця, м., 1967; конструкційні властивості пластмас, пер. З англ., м., 1967; гума — конструкційний матеріал сучасного машинобудування. Зб. Ст., м., 1967; матеріали в машинобудуванні. Вибір і застосування. Довідник, під ред. І. В.кудрявцева, т. 1-5, м., 1967-69; химушин ф. Ф., жароміцні сталі і сплави, 2 вид., м., 1969; сучасні композиційні матеріали, пер. З англ., м., 1970; алюмінієві сплави. Сб. Ст., т. 1-6, м., 1963-69.

А. Т.туманов, н. С. Скляров.
Можуть бути також марганець при вмісті більше 1% і кремній – більше 0,8%.

За призначенням стали ділять на конструкційні, інструментальні і з особливими властивостями. Найбільш широко застосовують конструкційні сталі. Вони бувають як вуглецевими (з ≤ 0,7%), так і легованими. Інструментальні стали служать для виготовлення ріжучого, ударно-штампового і мірного інструментів. Вони бувають вуглецевими (з ≥ 0,8 … 1,3%) і леговані хромом, марганцем, кремнієм та іншими елементами. До сталей з особливими властивостями відносять нержавіючі, немагнітні, електротехнічні сталі, сталі постійних магнітів і ін.

За якістю стали ділять на звичайні, якісні, високо і особливо високоякісні. Різниця між ними полягає в кількості шкідливих (сірка і фосфор) домішок. Так, в сталях звичайної якості допускається вміст сірки до 0,06% і фосфору до 0,07%; в якісних – кожного елемента не більше 0,035%; а в високоякісних – не більше 0,025%.

За характером застигання з рідкого стану, ступеня розкислення розрізняють спокійну, напівспокійну і киплячу сталі. Чим повніше видалений з розплаву кисень, тим спокійніше протікає процес затвердіння і менше виділення бульбашок окису вуглецю («кипіння»). Вибір технології розкислення визначається призначенням і можливостями виробництва, але кожен спосіб має свої переваги і недоліки.

Марки вуглецевої сталі звичайної якості позначаються буквами ст (сталь) і цифрами від 0 до 6, наприклад ст0 – ст6. Цифри відповідають умовному номеру марки в залежності від хімічного складу і механічних властивостей. Чим більше число, тим більше вміст вуглецю в сталі, вище міцність і нижче пластичність. Ці стали ділять на три групи – а, б і в.сталь групи а має гарантовані механічні властивості і не піддається термообробці, в марці стали група а не вказується. Для сталі групи б гарантується хімічний склад, для сталі групи в – хімічний склад і механічні властивості.

Ступінь розкислення позначається індексами, що стоять праворуч від номера марки: кп – кипляча, пс – напівспокійна, сп – спокійна. Наприклад, сталь ст2кп-сталь групи а, кипляча; бст3пс – сталь групи б, напівспокійна; вст5сп – сталь групи в, спокійна.

Вуглецеві якісні сталі маркуються двозначними цифрами (08, 10, 15, …, 70), показують середній вміст вуглецю в сталі в сотих частках відсотка. Ці стали можна умовно розділити на кілька груп. Стали 08, 10 мають високу пластичність, добре штампуються і зварюються. Низьковуглецеві сталі 15, 20, 25 добре зварюються і обробляються різанням, після цементації і термообробки мають підвищену зносостійкість. Найбільшого поширення набули середньовуглецеві стали 30, 35, 40, 45 і 50 завдяки хорошому поєднанню міцності і пластичних властивостей, хорошою оброблюваності різанням. Високовуглецеві сталі 60, 65, 70 мають високу міцність, зносостійкість і пружністю, використовуються для виготовлення деталей типу пружин. Міцність і твердість середньо — і високовуглецевих сталей можна підвищити за допомогою термічної обробки.

Конструкційні матеріали-це матеріали, що застосовуються для виготовлення деталей і складальних одиниць блоків і пристроїв реа і ева. Вони класифікуються за природою матеріалу, технологічному використанню і умов роботи.

За природою матеріали поділяють на металеві, неметалеві і композиційні. До металевих матеріалів відносяться чавун, сталь, кольорові метали, дорогоцінні і рідкоземельні метали, їх сплави і металокераміка. Неметалеві матеріали — це пластмаси, гума, деревина, скло, діелектрики.

Композиційні матеріали являють собою об’ємне поєднання хімічно різнорідних компонентів. Вони мають основу, в якій розподілені зміцнювачі (волокна, дроту). Монолітне об’єднання основи і упрочнителей проводиться сполучною і дозволяє ефективно використовувати їх індивідуальні властивості. Приклади-склопластики і карбоволокніти.

За технологічним використанням конструкційні матеріали ділять на литі, деформовані (прокат, поковки, пресовані профілі та ін.), спекаемие, зварювані і т. П.

За умовами роботи розрізняють електротехнічні, корозійностійкі, зносостійкі та інші матеріали спеціального призначення.

Металеві конструкційні матеріали поставляють у вигляді злитків, прутків (круглого, квадратного і шестигранного перетину), профілів (куточок, швелер, фасонний і ін.), листів, стрічок, смуг, дроту, труб різного сортаменту. Сортамент-це дані про матеріал за марками, станом, профілями і розмірами. Кожен матеріал має певне найменування і марку, наприклад алюмінієвий сплав марки д16.

Матеріали вибираються конструктором на підставі призначення і умов експлуатації конструкції з урахуванням вимог технології виробництва і її маси. Вибір виробляють, виходячи з випускається номенклатури їх основних, марок, сортаменту, технологічних властивостей і рекомендацій щодо застосування тих чи інших матеріалів для різного типу деталей несучих конструкцій і мехатронних пристроїв ева і реа.

При конструюванні виробів ева і реа використовують чорні метали, сплави титану, кольорові метали (мідь, алюміній, магній) і їх сплави, неметалеві матеріали, які вибираються з довідників конструктора з обмеженнями, що діють на даному підприємстві.

Чорні метали . До чорних металів відносять такі види сталі: вуглецеву звичайної якості, якісну конструкційну вуглецеву, конструкційну леговану, конструкційну леговану корозійностійку та ін.

Вуглецеву сталь звичайної якості широко використовують при виробництві сортового і листового прокату. Марки цієї сталі: ст 0, ст1, … Ст7. Залежно від призначення сталь поділяють на три групи – а, б, в і застосовують для виробних невідповідальних деталей. Позначення марки стали на кресленні: вст4кп гост 380 – 71 * (кп позначає «кипляча»). З цієї марки стали, виготовляють профілі сортового прокату і фасонні гнуті профілі. Сортовий і листовий прокат використовують в несучих конструкціях деяких видів наземної реа типу каркасів, стійок, рам і підстав.

Якісна вуглецева конструкційна сталь (гост 1050 – 74) буває низько — (с?0,25%), середньо- (с= 0,3?0,45%) і високовуглецева (з>0,45%). При вмісті вуглецю до 0,3% стали відрізняються високою пластичністю і в’язкістю, добре зварюються, але не схильні до загартування. Збільшення вмісту вуглецю супроводжується підвищенням міцності, проте пластичність при цьому знижується. Твердість і міцність середньо — і високовуглецевих сталей можна підвищити шляхом термічної обробки.

Конструкційні леговані сталі . Для поліпшення міцності, фізичних, хімічних і технологічних властивостей сталь легують, вводячи до її складу різні елементи. Сталь може містити один або кілька легуючих елементів, які надають їй спеціальні властивості. Практично більшість деталей з легованих сталей піддають термообробці.

Легуючі елементи (добавки) мають різний вплив на властивості легованих сталей. За гост 4543-71 легуючі елементи мають наступні позначення: хром (х), нікель (н), марганець (г), кремній (с), молібден (м), вольфрам (в), титан (т), алюміній (ю), ванадій (ф), кобальт (к). Всі легуючі елементи, за винятком кобальту, покращують термічну оброблюваність сталі.

Підвищення міцності сталі досягається введенням хрому, нікелю, марганцю, кремнію. Нікель і хром підвищують ударну в’язкість сталі. Зносостійкість і твердість стали збільшують добавкою в неї вольфраму, хрому, молібдену, ванадію. Підвищення теплостійкості стали досягають введенням хрому, вольфраму, молібдену, кобальту. Хром, нікель, титан, кремній надають стали корозійну стійкість і жароміцність.

Найкращий результат щодо поліпшення властивостей сталі досягають при її легуванні декількома (3-6) елементами (комплексно-леговані сталі), тому що кожен елемент надає стали свої корисні специфічні властивості.

При виборі легованих сталей необхідно мати на увазі високу вартість і дефіцитність сталей, що містять нікель, вольфрам, молібден, кобальт і деякі інші елементи. Застосовувати леговані сталі з дефіцитними елементами необхідно лише при ретельно обгрунтованої конструкційної необхідності.

Маркування легованих сталей. марка легованої сталі складається з поєднання букв і цифр, що позначають її хімічний склад. Цифра, що стоїть після букви, вказує на вміст легуючого елемента у відсотках. Якщо цифра не вказана, то легуючого елемента не більше 1,5%. У конструкційних сталях дві цифри на початку марки показують вміст вуглецю — в сотих частках відсотка. Високоякісні сталі мають в кінці марки букву а. Наприклад: сталь марки 30хгсн2а позначає високоякісну леговану сталь з вмістом вуглецю 0,30%, до 1% хрому, марганцю, кремнію і 2% нікелю.

Для твердості поверхні сталі цементують або азотують. Цементовані стали-це низьковуглецеві (0,1 — 0,30% с), низько — і середньолеговані (до 10% легуючого елемента) стали. Для відповідальних деталей застосовується азотована сталь-38хмюа.

Кольорові метали і сплави . До них відносяться всі метали, крім заліза. Розглянемо конструкційні метали і сплави, використовувані у виробах реа і ева. Ця група включає: алюміній, мідь, титан, магній, берилій і їх сплави.

Алюміній – метал сріблясто-білого кольору, має малу щільність (2,7 г/см 3), хорошу тепло — і електропровідність, високу корозійну стійкість і пластичність, але малу міцність. Алюміній добре зварюється, обробляється тиском, але погано піддається різанню. Високими механічними властивостями, ніж алюміній. Алюмінієві сплави з магнієм, міддю, кремнієм і марганцем поділяються на деформуються і ливарні.

Деформовані алюмінієві сплави . До цих сплавів підвищеної пластичності відносяться сплави алюмінію з марганцем (амц) і магнієм (амг). Вони застосовуються в основному в відпаленому (м’якому) стані. Для підвищення міцності властивостей алюмінієві сплави амц і амг нагартовують, при цьому різко знижується пластичність. Сплави амц і амг застосовують для виготовлення кожухів, обичайок, кришок, заклепок та ін.

Великого поширення набули сплави алюмінію з міддю, марганцем і магнієм – дюралюміни. Міцність сплаву збільшують мідь і магній, а марганець – його твердість і стійкість проти корозії. Дюралюміни маркують буквою д, після якої стоїть цифра, що позначає умовний номер сплаву. Термічна обробка дюралюмінов полягає в загартуванні, природному і штучному старінні. Для гарту сплави нагрівають до 500?з в соляній ванні і охолоджують у воді. Природне старіння виробляють при кімнатній температурі протягом 5-7 діб. Штучне старіння проводять при 150 -180?с протягом 2-4 ч. Дюралюміни мають низьку корозійну стійкість, тому їх піддають плакірованію, яке полягає в гарячій прокатці заготовки дюралюмінію, обгорнутої чистим алюмінієм. Алюміній приварюється і захищає поверхню дюралюмінію від корозії. Дюралюміни випускають у вигляді листів, пресованих і катаних профілів, прутків, труб. З них виготовляють деталі з високою міцністю і малою масою. Вони широко застосовуються в авіабудуванні.

Ливарні алюмінієві сплави . Їх отримують додаванням в алюміній кремнію до 23%. Ці сплави отримали назву силуміни. вони позначаються буквами ал і цифрою, що вказує на умовний номер сплаву. У сплав додаються і легуючі присадки (мідь, магній, цинк, титан), що поліпшують, після проведення термічної обробки, показники механічної міцності.

Мідь і мідні сплави. Мідь-метал рожево-червоного кольору, має високу щільність (8,94 г/см 3), високі тепло — і електропровідність, корозійну стійкість і пластичність. Мідь технологічна, тобто добре прокочується, паяється і зварюється, але погано піддається різанню. Завдяки високим тепло — і електропровідним властивостям мідь широко застосовується для виготовлення різних провідників струму, струмопровідних деталей, теплообмінників і ін.

Латунь – це сплав міді і цинку. Латунь міцніше, стійкіше проти корозії і дешевше, ніж мідь і добре обробляються тиском і різанням, володіють високими ливарними властивостями. Основні марки латуні: л80, л63, лс59 — 1 і ін.

Бронза – це сплав міді з оловом і іншими елементами: алюмінієм, берилієм, кремнієм, марганцем, свинцем. Бронзи мають високу стійкість проти корозії, хорошими ливарними і високими антифрикційними властивостями і оброблюваністю різанням.

Бронзу маркують за тим же принципом, що і латуні. Після букв бр (бронза) йдуть позначення складових елементів сплаву і їх процентний вміст. Наприклад, марка броцс5-5 – 5 вказує на те, що бронза містить олова, цинку, і свинцю по 5%, решта-85% міді.

За хімічним складом бронзи ділять на олов’яні і безолов’яні, а за їх технологічним призначенням – на ливарні і деформуються. Олов’яні бронзи володіють хорошими антифрикційними, антикорозійними і ливарними, а ряд марок (берилієві) і пружними властивостями. Її застосовують для виготовлення опор з тертям ковзання, вінців черв’ячних коліс, електричних контактів і пружин. Вартість цих бронз висока.

Безолов’яні бронзи по ливарних, антифрикційних та інших якостях гірше олов’яних, проте ряд інших показників (механічна міцність, корозійна стійкість) у них вище. Берилієва бронза брб2 володіє високими механічними, антифрикційними і пружними властивостями і йде на виготовлення таких деталей, як пружини, контакти, мембрани.

Магній, титан і сплави на їх основі. магній-найлегший з технічних кольорових металів (щільність 1,74 г/см 3). Технічно чистий магній неміцний, малопластичний метал з низькою тепло — і електропровідністю. Для поліпшення міцності властивостей в магній додають алюміній, кремній, марганець, цинк, торій, цезій, цирконій і піддають термообробці.

Магнієві сплави ділять на ливарні і деформуються. Перші застосовують для виготовлення деталей методом лиття. Їх маркують буквами мл і цифрами, що позначають порядковий номер сплаву, наприклад мл5. Сплави мл застосовують в авіабудуванні і в радіопромисловості для виготовлення корпусів, шасі і т.п. Другі – призначені для виготовлення деталей з листів, прутків, профілів. Маркування сплавів ма. Вони застосовуються для виробів, де потрібна мала маса. Зважаючи на низьку корозійну стійкість магнієвих сплавів деталі з них піддають оксидування з подальшим нанесенням лакофарбових покриттів.

Титан-сріблясто-сірий метал з малою щільністю-4,5 г / см 3, високою механічною міцністю і хорошою корозійною і хімічною стійкістю. Титан має низькі антифрикційні властивості і погано обробляється різанням. Позначення вт і порядковий номер сплаву. Випускають ливарні і деформуються сплави. Їх застосовують в авіа -, ракетобудуванні та авіаційному приладобудуванні. Для лиття, наприклад, застосовують сплави вт5л, з якого отримують виливки високої якості в середовищі інертних газів або вакуумі. Ще одна цінна властивість-титанові сплави мають близький до сталі температурний коефіцієнт лінійного розширення.

Неметалеві матеріали . до них відносяться пластмаси і гума. Пластмаси володіють хорошими діелектричними властивостями; їх механічні характеристики залежать від марки пластмаси. Пластмаси поділяються на термореактивні і термопластичні.

Термореактивні пластмаси при повторному нагріванні не переходять в пластичний стан, так як в процесі виготовлення входять до її складу смоли полимеризуются і перетворюються в речовину з новими властивостями. Термореактивні пластмаси, в свою чергу, можна розділити на монолітні (фторопласт-4), шаруваті (текстоліт, гетинакс, листовий склотекстоліт) і композіціннние, до складу яких крім смоли, входить наповнювач у вигляді скловолокна, бавовняних волокон та інших матеріалів.

Термопластичні пластмаси (поліетилен, вініпласт, фторопласт-3, поліметилакрилат та ін.) при нагріванні розм’якшуються і сплавляються. Одержуваний в результаті цього матеріал можна використовувати для вторинної переробки.

Основні шаруваті пластмаси:

  • 1. Текстоліт отримують методом гарячого пресування бавовняної тканини, просоченої фенолформальдегідною смолою; текстоліт виробляють марок пт і птк (конструкційний) і а, б, в, вч, г (електротехнічний). Він володіє хорошими діелектричними і антифрикційними властивостями. Текстоліт використовується для кріпильних планок, панелей, щитків, стійок і шестерень.
  • 2. Склотекстоліт має основу-скловолокно і випускається двох видів-електротехнічний марок ст, сту, стк, стеф сф -1, сф-2, широко використовуваний при виготовленні друкованих плат, панелей, шасі, і конструкційний марки каст.
  • 3. Гетинакс відрізняється від текстоліту тільки основою, в якості якої використовується папір; його застосовують для виготовлення невідповідальних плат.

Фторопласт — 4 (тефлон) є хорошим діелектриком, володіє малим коефіцієнтом тертя, легко обробляється різанням; йде на виготовлення ізоляційних і настановних деталей (втулок, прокладок, стійок) а так само для деталей антенно-фідерних пристроїв свч. Композиційні термореактивні пластмаси використовують для електротехнічних і конструкційних деталей там, де потрібна підвищена міцність і термостійкість, особливо властиві композиційному склотекстоліту.

Поліаміди відносяться до термопластичних пластмас і використовуються як матеріал для каркасів, рамок, піддонів і електроізоляційних деталей, що виготовляються литтям. Матеріал добре працює на тертя і знос, але погано теплопровідний.

Поліетилен, як високочастотний діелектрик, використовують в якості каркасів, захисних екранів, стійок. Поліметилакрилат (плексиглас) служить для виготовлення захисних стекол, шкал.

Гуму використовують для електроізоляційних, герметизуючих і ущільнювальних деталей (прокладок, кілець, втулок, амортизаторів). Гуми бувають загального і спеціального призначення. До останніх відносяться кремнійорганічні гуми.

Фольговані пластмаси мають спеціальне призначення: їх застосовують при виготовленні плат з друкованим монтажем, друкованих якорів електродвигунів та ін.друкованих електричних конструкцій. Вони являють собою шаруватий пластик, облицьований з однієї або двох сторін мідною фольгою товщиною 35 або 50 мкм. Фольговані пластики повинні задовольняти вимогам, пов’язаним з технологією виробництва друкованих плат і умов їх експлуатації: витримувати вплив підвищених температур в процесі виробництва (взаємодія припою при пайку схем) і забезпечувати достатню міцність зчеплення фольги при тривалій експлуатації виробів.

Вибір матеріалу друкованої плати. матеріал плати вибирають по гост 10316 – 78, гост 23751 – 79 або технічним умовам (табл.5.1).

Фольговані матеріали являють собою шаруваті пресовані пластики, просочені штучною смолою і нанесеної з однієї або двох сторін мідної електролітичної фольгою товщиною 18, 35 або 50 мкм.

Федеральне агентство з освіти

Гоу впо уральський державний економічний університет

Кафедра інженерних дисциплін

Контрольна робота

«властивості конструкційних матеріалів»

Виконавець:

Студентка i курсу заочного факультету

Спеціальності «епп»

Добринкіна л. В.

Єкатеринбург 2009

Конструкційних матеріалів

Процеси виробництва сталі

Склокристалічні матеріали (ситали)

Чавун. Класифікація чавунів

Графітизація чавунів

Класифікація сірого чавуну

Маркування чавуну

Бібліографічний список

Взаємодіючи з оксидом заліза feo, вони утворюють нерозчинні оксиди мпо, sio2, а1203, що переходять в шлак.

Продуктивність кисневого конвертера ємністю 300 т досягає 400…500 т/год, в той час як продуктивність мартенівських і електропечей не перевищує 80 т / ч.завдяки високій продуктивності і малої металоємності киснево-конвертерний спосіб стає основним способом виробництва сталі.

Ретельний аналіз переваг і недоліків способів виплавки сталі в конвертерах з верхньою і нижньою продувкою привів до створення процесу, в якому метал продувається зверху киснем і знизу — киснем в захисній сорочці або аргоном (азотом). Використання конвертера з комбінованою продувкою в порівнянні з продувкою тільки зверху дозволяє підвищити вихід металу, збільшити частку брухту, знизити витрату феросплавів, зменшити витрату кисню, підвищити якість сталі за рахунок зниження вмісту газів при продуванні інертним газом в кінці операції.

Склокристалічні матеріали (ситали)

Ситали (склокристалічні матеріали), неорганічні матеріали, одержувані спрямованої кристалізацією різних стекол при їх термічній обробці. Складаються з однієї або декількох кристалічних фаз. У сіталлах дрібнодисперсні кристали (до 2000 нм) рівномірно розподілені в склоподібній матриці. Кількість кристалічних фаз в ситаллах може становити 20-95% (за обсягом). Змінюючи склад скла, тип ініціатора кристалізації (каталізатора) і режим термічної обробки, отримують ситали з різними кристалічними фазами і заданими властивостями (таблиця 1). Вперше сіталли були виготовлені в 50-х рр. Xx століття матеріали, подібні сіталлам за кордоном називають пірокера-мом, девітрокерамом, склокерамом.

Ситали володіють високою міцністю, твердістю, зносостійкістю, малим термічним розширенням, хімічною і термічною стійкістю, газо — і вологонепроникністю. За своїм призначенням можуть бути розділені на технічні та будівельні. Технічні ситали отримують на основі систем: li 2 o—al 2 o 3-sio 2 , mo-al 2 o 3-sio 2 , li 2 o-mo-al 2 o 3 —sio 2 , де m-mg, ca, zn, ba, sr та ін.; mgo-al 2 o 3 —sio 2-k 2 o-f; mo-b 2 o 3-al 2 o 3 (де m-ca, sr, pb, zn); pbo-zno-b 2 o 3-al 2 o 3-sio 2 і ін. За основною властивістю і призначенням поділяються на високоміцні, радіопрозорі хімічно стійкі, прозорі термостійкі, зносостійкі і хімічно стійкі, фотоситали, слюдоситали, біоситали, ситаллоцементи, ситаллоемалі, ситалли зі специфічними електричними властивостями.

Високоміцні ситали отримують головним чином на основі стекол систем mgo-al 2 o 3-sio 2 (кордієритові склади) і na 2 o-al 2 o 3-sio 2 (нефелінові склади). Для перших ініціатором кристалізації служить тіо 2; s виг для них 240-350 мпа. Ситали нефелінових складів після зміцнення іонообмінної обробкою в розплавлених солях к мають s виг 1370 мпа. Області застосування високоміцних ситалів-ракето — і авіабудування (обтічники антен), радіоелектроніка.

Оптично прозорі термостійкі і радіопрозорі хімічно стійкі сітали отримують на основі стекол системи li 2 о — а1 2 о 3 — sio 2 (сподумено-евкриптитові склади); ініціатор кристалізації-тіо 2 . В оптично прозорих сіталлах розмір кристалів не перевищує довжини напівхвилі видимого світла. Ситали, що містять в якості основних кристалічних фаз евкриптит (li 2 o·al 2 o 3 ·2sio 2) або сподумен (li 2 о · аl 2 о 4 ·4sio 2), мають, крім того, температурні коефіцієнт. Розширення, близькі до нуля, і іноді навіть негативні-до -5·10 -6 до -1 . Області застосування-космічна і лазерна техніка, астрооптика. Введення до складу таких ситалів активаторів люмінесценції і спеціальних добавок дозволяє застосовувати їх в сонячних батареях.

Зносостійкі і хімічно стійкі ситали отримують на основі стекол cao-mgo-sio 2 (піроксенові склади); ініціатори кристалізації — фторид або оксид хрому. Відрізняються високою зносостійкістю (стираність 0,001 г / см 2) і стійкістю в різних хімічних середовищах. Застосовуються в текстильній, хімічній, автомобільній промисловості, буровій і гірничодобувній техніці.

Фотоситали зазвичай отримують на основі стекол системи li 2 o-al 2 o 3-sio 2 зі світлочутливими добавками (сполуки аі, ag, сі), які під дією уф опромінення і подальшої теплової обробки скла сприяють його виборчої кристалізації. Знаходять застосування в мікроелектроніці, ракетній і космічній техніці, оптиці, поліграфії як світлочутливі матеріали (наприклад для виготовлення оптичних друкованих плат, в якості світлофільтрів).

Слюдосіталли отримують на основі стекол системи mgo-al 2 o 3-sio 2-k 2 o-f (фторфлогопітовие, фтор-ріхтерітовие, фторамфіболовие склади). Поєднують високі механіки і електричні. Властивості з хорошою механічною. Оброблюваністю-їх можна різати, свердлити, фрезерувати, шліфувати. Застосовуються в машинобудуванні для виготовлення деталей, що піддаються тертю і зносу, а також в якості матеріалу для деталей складної конфігурації.

Дифситалли отримують зазвичай на основі стекол системи сао — mgo — sio 2 — р 2 о 5 (апатито — волластонітові склади). Висока механічна міцність, біологічна сумісність з тканинами організму дозволяють використовувати їх в медицині для зубних і кісткових протезів.

Сіталлоцементи , одержувані на основі стекол системи pbo — zno — в 2 о 3 — sio 2 , мають дуже низький коефіцієнт теплового розширення (4-10) · 10 -6 к -1 ; застосовуються для споювання склодеталей кольорових кінескопів і електроннопроменевих трубок, герметизації напівпровідникових приладів, у виробництві рідкокристалічних індикаторів, в мікроелектроніці. Перспективно також використання таких ситалів в якості склокристалічних покриттів (склоемалей), що наносяться на поверхню різних металів (w, mo, nb, та, їх сплавів, різних видів сталі) з метою захисту їх від корозії, окислення і зносу при звичайних і підвищених температурах. Відрізняються підвищеною термо — і жаростійкістю, стійкістю до стирання, високою механічною і електричною міцністю. Застосовуються в якості покриттів для деталей дизелів, газотурбінних установок, атомних реакторів, авіаційних приладів, електронагрівальних елементів.

Сітали зі спеціальними електричними властивостями отримують на основі стекол систем вао-аl 2 о 3-sio 2-тіо 2 і nb 2 o 5-coo-na 2 o—sio 2 . Характеризуються високою діелектричною проникністю (e 240-1370) і низьким коефіцієнтом діелектричних втрат (1,5-3,2). Використовуються для виготовлення низькочастотних конденсаторів великої ємності, п’єзоелементів та ін розроблені напівпровідникові, феромагнітні, ферро-електричні, сегнетоелектричні с. З різним поєднанням електричних властивостей. Ситали на основі стекол системи mgo-al 2 o 3-sio 2 мають дуже низький tg d (3 · 10 -4 при 25 °с і 10 4 мгц), ситали на основі метаніобата рb — високу діелектричну проникність (e 1000-2000). На основі стекол b 2 o 3-bao-fe 2 o 3 отримані с.з одно — і багатодоменною структурою з розміром доменів ~ 500 ім.

До групи будівельних ситалів відносять шлако-, золо-, петроситали, одержувані з використанням шлаків чорної і кольорової металургії, зол, гірських порід. Залежно від хімічного складу використовуваних відходів, що визначають вид домінуючої кристалічної фази, поділяються на волластонітові, піроксенові (ініціатори кристалізації-оксиди cr, ti, fe, фториди), мелілітові (система cao-mgo-2al 2 o 3-sio 2 , ініціатор кристалізації-оксид сг), піроксен — авгітові і геденбергітові (система сао — mgo — fe 2 о 3 — аl 2 р 3-sio 2), форстеритові (система cao-mgo-sio 2) і егіринові (na 2 o—fe 2 o 3-sio 2) с. Вони мають високі характеристики міцності (s виг 100-180 мпа), високу мікротвердість (8500-9000 мпа), відносно низьку стираність (0,05 г/см 2), високу стійкість до хім. І термін, впливам. Застосовуються в будівництві, гірничодобувній, хімічній та ін. Галузях промисловості.

Отримують ситали і вироби з них головним чином з використанням скляної та керамічної технології, іноді за хімічним способом. Найбільш поширена так звана скляна технологія, що включає варіння скла з шихти. Формування виробів (пресування, прокатка, відцентрове лиття) і термічну обробку. Остання стадія забезпечує кристалізацію скла внаслідок введення в скляну масу спеціальних ініціаторів — каталітичних добавок оксидів ti, сг, ni, fe, фторидів, сульфідів, металів платинової групи, а також внаслідок схильності стекол до ліквації, що сприяє утворенню поверхні розділу фаз і наближує хімічний склад мікрообластей до складу майбутніх кристалів. Термічну обробку здійснюють зазвичай по двоступеневому режиму; температура першого ступеня лежить в області температури розм’якшення скла і відповідає максимальній швидкості зародження центрів кристалізації, при т-ре другого ступеня відбувається виділення кристалів провідної фази, що визначає основні властивості ситалів.

За керамічною (порошкової) технології отримання ситалли з розплаву скла спочатку отримують гранулят, який подрібнюють і сушать, після чого в нього додають термопластичну зв’язку і з утворилася маси пресуванням або шлікерним литтям формують вироби. Потім їх спікають при високій температурі з одночасною кристалізацією. У порівнянні з керамікою аналогічного складу спечені ситали характеризуються більш низькими температурами випалу і розширеним інтервалом спікання. Порошкова технологія дозволяє отримувати з ситалів термічно стійкі вироби складної конфігурації і малих розмірів.

За хімічним способом сіталли отримують головним чином по золь-гель технології, в основі якої лежить низькотемпературний синтез (за допомогою реакцій гідролізу і конденсації) металоорганічні сполуки елементів, складових скло, при температурі нижче температури плавлення скляної шихти. Цей метод дозволяє отримувати ситали на основі складів, не схильних до склоутворення, забезпечує отримання стекол високої чистоти і однорідності, що різко покращує властивості ситалів, синтезованих на їх основі. Завдяки високим ливарним властивостям, достатньої міцності і відносній дешевизні, чавуни знайшли широке застосування в машинобудуванні.

Чавуни виплавляють в доменних печах, вагранках і електропечах. Виплавляються в доменних печах чавуни бувають переробними, спеціальними (феросплави) і ливарними. Передільні і спеціальні чавуни використовуються для подальшої виплавки сталі і чавуну. У вагранках і електропечах переплавляють ливарні чавуни. Близько 20% всіх виплавлюваних чавунів використовують для виготовлення виливків.

Ливарні та механічні властивості чавуну залежать від того, наскільки близький його склад до евтектичного. Для оцінки цього застосовують два показники:

Ступінь евтектичності s е-відношення концентрації вуглецю с в чавуні до його концентрації в евтектиці з урахуванням впливу кремнію і фосфору:

Позначення хімічних елементів таке ж, як і при позначенні сталей. Приклад позначення легованих чавунів: чн19хз-чавун, що містить ~19% ni і ~3% cr. Якщо в легованому чавуні регламентується куляста форма графіту, в кінці марки додається буква ш (чн19хзш).

Бібліографічний список

1. Соколов р. С. «хімічна технологія», 2003 р.;

2. Макміллан п. У. «склокераміка», 1967 р.;

3. Павлушкін н. М. «основи технології сіталів», 1970 р.;

4. Гіршович н. Г. «чавунне лиття», 1949 р.;

5. Дріц м. Є., москальов м. А. «технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство», 1990 р.;

6. Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайтів:

Http://www.orbeta.ru/stati/chugunyi.html

Http://ru.wikipedia.org

Конструкційні матеріали

Матеріали, з яких виготовляються деталі конструкцій (машин і споруд), що сприймають силове навантаження. Визначальними параметрами к. М. Є механічні властивості, що відрізняє їх від інших технічних матеріалів (оптичних, ізоляційних, мастильних, лакофарбових, декоративних, абразивних та ін.). До основних критеріїв якості к. М. Відносяться параметри опору зовнішнім навантаженням: міцність, в’язкість, надійність, ресурс і ін.тривалий період у своєму розвитку людське суспільство використовувало для своїх потреб (знаряддя праці та полювання, начиння, прикраси та ін.) обмежене коло матеріалів: дерево, камінь, волокна рослинного і тваринного походження, обпалену глину, скло, бронзу, залізо. Промисловий переворот 18 ст. І подальший розвиток техніки, особливо створення парових машин і поява в кінці 19 ст. Двигунів внутрішнього згоряння, електричних машин і автомобілів, ускладнили і диференціювали вимоги до матеріалів їх деталей, які стали працювати при складних знакозмінних навантаженнях, підвищених температурах і ін.основою к. М. Стали металеві сплави на основі заліза (чавуни і сталі), міді (бронзи і латуні), свинцю і олова.

При конструюванні літаків, коли головною вимогою, що пред’являються до к.м., стала висока питома міцність, широкого поширення набули деревні пластики (фанера), малолеговані сталі, алюмінієві і магнієві сплави. Подальший розвиток авіаційної техніки зажадало створення нових жароміцних сплавів на нікелевій і кобальтової основах, сталей, титанових, алюмінієвих, магнієвих сплавів, придатних для тривалої роботи при високих температурах. Удосконалення техніки на кожному етапі розвитку пред’являло нові, безперервно ускладнювалися вимоги до к. М. (температурна стійкість, зносостійкість, електрична провідність та ін.). Наприклад, суднобудування необхідні сталі і сплави з хорошою зварюваністю і високою корозійною стійкістю, а хімічному машинобудуванню ≈ з високою і тривалою стійкістю в агресивних середовищах. Розвиток атомної енергетики пов’язано із застосуванням к.м., що володіють не тільки достатньою міцністю і високою корозійною стійкістю в різних теплоносіях, а й задовольняють нову вимогу ≈ малому поперечному перерізу захоплення нейтронів.

К. М. Поділяються: за природою матеріалів ≈ на металеві, неметалеві і композиційні матеріали , що поєднують позитивні властивості тих і ін. Матеріалів; по технологічному виконанню ≈ на деформовані (прокат, поковки, штампування, пресовані профілі та ін.), литі, спекаемые, формуемые, склеювані, зварювані (плавленням, вибухом, дифузійним зрощуванням і т. П.); за умовами роботи ≈ на працюючі при низьких температурах, жароміцні, корозійно-, окалино-, зносо-, паливо-, маслостійкі і т. Д.; за критеріями міцності ≈ на матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.

Окремі класи к. М., в свою чергу, діляться на численні групи. Наприклад, металеві сплави розрізняють: за системами сплавів ≈ алюмінієві, магнієві, титанові, мідні, нікелеві, молібденові, ніобієві, берилієві, вольфрамові, на залізній основі та ін.; за типами зміцнення ≈ загартовуються, поліпшуються, старіючі, цементуються, ціаніруемие, азотовані та ін.; за структурним складом ≈ стали аустенітні і феритні, латуні і т.д.

Неметалеві к. М. Поділяють по ізомерному складу, технологічному виконанню (пресовані, ткані, намотані, формовані та ін.), за типами наповнювачів (армуючих елементів) і за характером їх розміщення і орієнтації. Деякі к. М., наприклад сталь і алюмінієві сплави, використовуються як будівельні матеріали і, навпаки, в ряді випадків будівельні матеріали, наприклад залізобетон , застосовуються в конструкціях машинобудування.

Техніко-економічні параметри к. М. Включають: технологічні параметри ≈ оброблюваність металів тиском, різанням, ливарні властивості (рідкотекучість, схильність до утворення гарячих тріщин при литті), зварюваність, паяемость, швидкість затвердіння і плинність полімерних матеріалів при нормальних і підвищених температурах і ін.; показники економічної ефективності (вартість, трудомісткість, дефіцитність, коефіцієнт використання металу і т. П.).

До металевих к.м. Відноситься більшість випускаються промисловістю марок сталі. Виняток становлять сталі, які не використовуються в силових елементах конструкцій: інструментальні сталі, для нагрівальних елементів, для присадного дроту (при зварюванні) і деякі інші з особливими фізичними і технологічними властивостями. Стали складають основний обсяг к. М., використовуваних технікою. Вони відрізняються широким діапазоном міцності ≈ від 200 до 3000 мн/м2(20≈300 кгс/мм2), пластичність сталей досягає 80%, в’язкість ≈ 3 мдж/м2. Конструкційні (в т.ч. Нержавіючі) стали виплавляються в конверторах, мартенівських і електричних печах. Для додаткової рафінування застосовуються продування аргоном і обробка синтетичним шлаком в ковші. Стали відповідального призначення, від яких потрібна висока надійність, виготовляються вакуумно-дуговим, вакуумно-індукційним і електрошлаковим переплавом, вакуумуванням, а в особливих випадках ≈ поліпшенням кристалізації (на установках безперервної або напівнепреривной розливання) витягуванням з розплаву.

Чавуни широко застосовуються в машинобудуванні для виготовлення станин, колінчатих валів, зубчастих коліс, циліндрів двигунів внутрішнього згоряння, деталей, що працюють при температурі до 1200 ° с в окислювальних середовищах, та ін. Міцність чавунів в залежності від легування коливається від 110 мн/м2(чугаль) до 1350 мн/м2 (легований магнієвий чавун).

Нікелеві сплави і кобальтові сплави зберігають міцність до 1000∙1100 ∙ с.виплавляються в вакуумно-індукційних і вакуумно-дугових, а також в плазмових і електроннопроменевих печах. Застосовуються в авіаційних і ракетних двигунах, парових турбінах, апаратах, що працюють в агресивних середовищах, і ін.міцність алюмінієвих сплавів становить: деформуються до 750 мн/м2, ливарних до 550 мн/м2, по питомій жорсткості вони значно перевершують стали. Служать для виготовлення корпусів літаків, вертольотів, ракет, суден різного призначення та ін. Магнієві сплави відрізняються високим питомим об’ємом (в 4 рази вище, ніж у сталі), мають міцність до 400 мн / м2 і вище; застосовуються переважно у вигляді лиття в конструкціях літальних апаратів, в автомобілебудуванні, в текстильній і поліграфічній промисловості та ін титанові сплави починають успішно конкурувати в ряді галузей техніки зі сталями і алюмінієвими сплавами, перевершуючи їх по питомій міцності, корозійної стійкості і по жорсткості. Сплави мають міцність до 1600 мн/м2 і більше. Застосовуються для виготовлення компресорів авіаційних двигунів, апаратів хімічної та нафтопереробної промисловості, медичних інструментів та ін. Відносяться також сплави на основі міді, цинку, молібдену, цирконію, хрому, берилію, які знайшли застосування в різних галузях техніки (див.берилієві сплави, міднонікелеві сплави, молібденові сплави).

Неметалічні к.м. Включають пластики, термопластичні полімерні матеріали (див. Полімери), кераміку, вогнетриви , скла , гуми, деревину. Пластики на основі термореактивних, епоксидних, фенольних, кремнійорганічних термопластичних смол і фторопластів, армовані (зміцнені) скляними, кварцовими, азбестовими та ін. Волокнами, тканинами і стрічками, застосовуються в конструкціях літаків, ракет, в енергетичному, транспортному машинобудуванні та ін. Термопластичні полімерні матеріали ≈ полістирол , поліметилметакрилат, поліаміди, фторопласти, а також реактопласти використовують в деталях електро — і радіообладнання, вузлах тертя, що працюють в різних середовищах, в тому числі хімічно активних: паливах, маслах і т. П.

Скла (силікатні, кварцові, органічні), триплекси на їх основі служать для скління суден, літаків, ракет; з керамічних матеріалів виготовляють деталі, що працюють при високих температурах. Гуми на основі різних каучуків, зміцнені кордними тканинами, застосовуються для виробництва покришок або монолітних коліс літаків і автомобілів, а також різних рухомих і нерухомих ущільнень.

Розвиток техніки пред’являє нові, більш високі вимоги до існуючих к. М., стимулює створення нових матеріалів. З метою зменшення маси конструкцій літальних апаратів використовуються, наприклад, багатошарові конструкції, що поєднують в собі легкість, жорсткість і міцність. Зовнішнє армування металевих замкнутих обсягів (кулі, балони, циліндри) склопластиком дозволяє значно знизити їх масу в порівнянні з металевими конструкціями. Для багатьох областей техніки необхідні к. М., що поєднують конструкційну міцність з високими електричними, теплозахисними, оптичними та іншими властивостями.

Т. К. В складі к. М. Знайшли своє застосування майже всі елементиТаблиці менделєєва, а ефективність стали вже класичними для металевих сплавів методів зміцнення шляхом поєднання спеціально підібраного легування, високоякісної плавки і належної термічної обробки знижується, перспективи підвищення властивостей к. М. Пов’язані із синтезуванням матеріалів з елементів, що мають граничні значення властивостей, наприклад гранично міцних, гранично тугоплавких, термостабільних і т. П. Такі матеріали складають новий клас композиційних к. М. У них використовуються високоміцні елементи (волокна, нитки, дріт, ниткоподібні кристали, гранули, дисперсні високотверді і тугоплавкі з’єднання, складові армування або наповнювач), що зв’язуються матрицею з пластичного і міцного матеріалу (металевих сплавів або неметалевих, переважно полімерних, матеріалів). Композиційні к.м. По питомій міцності і питомому модулю пружності можуть на 50 ∙ 100% перевершувати стали або алюмінієві сплави і забезпечують економію маси конструкцій на 20 ∙ 50%.

Поряд зі створенням композиційних к. М., що мають орієнтовану (ортотропную) структуру, перспективним шляхом підвищення якості к. М. Є регламентація структури традиційних к. М. Так, шляхом спрямованої кристалізації сталей і сплавів отримують литі деталі, наприклад лопатки газових турбін, що складаються з кристалів, орієнтованих щодо основних напруг таким чином, що межі зерен (слабкі місця у жароміцних сплавів) виявляються ненавантаженими. Спрямована кристалізація дозволяє збільшити в кілька разів пластичність і довговічність. Ще більш прогресивним методом створення ортотропних к. М. Є отримання монокристальних деталей з певною кристалографічною орієнтацією щодо діючих напруг. Вельми ефективно використовуються методи орієнтації в неметалевих к. М. Так, орієнтація лінійних макромолекул полімерних матеріалів (орієнтація стекол з поліметилметакрилату) значно підвищує їх міцність, в’язкість і довговічність.

При синтезуванні композиційних к. М., створенні сплавів і матеріалів з орієнтованою структурою використовуються досягнення матеріалознавства.

Літ.: кисельов б. А., склопластики, м., 1961; конструкційні матеріали, т. 1≈ 3, м., 1963≈65; тугоплавкі матеріали в машинобудуванні. Довідник, під ред.а. Т. Туманова і к. І. Кравця, м., 1967; конструкційні властивості пластмас, пер. З англ., м., 1967; гума ≈ конструкційний матеріал сучасного машинобудування. Зб. Ст., м., 1967; матеріали в машинобудуванні. Вибір і застосування. Довідник, під ред. В. В. Кудрявцева, т. 1≈5, м., 1967≈69; химушин ф. Ф., жароміцні сталі і сплави, 2 изд., м., 1969; сучасні композиційні матеріали, пер. З англ., м., 1970; алюмінієві сплави. Зб. Ст., т. 1≈6, м., 1963-69.

А. Т. Туманов, н. С. Скляров.

Вікіпедія

Конструкційні матеріали

Конструкційні матеріали-матеріали, з яких виготовляються різні конструкції , деталі машин, елементи споруд, що сприймають силове навантаження. Визначальними параметрами таких матеріалів є механічні властивості, що відрізняє їх від інших технічних матеріалів.