|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Конструкционные материалы | Конструкционные материалы (далее К)материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами Конструкционные материалы являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.). К основным критериям качества Конструкционные материалы относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Длительный период в своем развитии человеческое общество использовало для своих нужд (орудия труда и охоты, утварь, украшения и др.) ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожженную глину, стекло, бронзу, Промышленный переворот 18 в. и дальнейшее развитие техники, особенно создание паровых машин и появление в конце 19 в. двигателей внутреннего сгорания, электрических машин и автомобилей, усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др. Основой Конструкционные материалы стали металлические сплавы на основе (чугуны и стали), меди (бронзы и латуни), и
При конструировании самолетов, когда главным требованием, предъявляемым к Конструкционные материалы, стала высокая удельная прочность, широкое распространение получили древесные пластики (фанера), малолегированные стали, и сплавы. Дальнейшее развитие авиационной техники потребовало создания новых жаропрочных сплавов на и основах, сталей, сплавов, пригодных для длительной работы при высоких температурах. Совершенствование техники на каждом этапе развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к Конструкционные материалы (температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.). Например, судостроению необходимы стали и сплавы с хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, а машиностроению — с высокой и длительной стойкостью в агрессивных средах. Развитие энергетики связано с применением Конструкционные материалы, обладающих не только достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью в различных теплоносителях, но и удовлетворяющих новому требованию — малому поперечному сечению захвата нейтронов.
Конструкционные материалы подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические и композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и др. материалов; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.
Отдельные классы Конструкционные материалы, в свою очередь, делятся на многочисленные группы. Например, металлические сплавы различают: по системам сплавов — бериллиевые, на основе и др.; по типам упрочнения — закаливаемые, улучшаемые, стареющие, цементируемые, цианируемые, и др.; по структурному составу — стали аустенитные и ферритные, латуни и т.д.
Неметаллические Конструкционные материалы подразделяют по изомерному составу, технологическому исполнению (прессованные, тканые, намотанные, формованные и пр.), по типам наполнителей (армирующих элементов) и по характеру их размещения и ориентации. Некоторые Конструкционные материалы, например сталь и сплавы, используются как строительные материалы и, наоборот, в ряде случаев строительные материалы, например железобетон, применяются в конструкциях машиностроения.
Технико-экономические параметры Конструкционные материалы включают: технологические параметры — обрабатываемость металлов давлением, резанием, литейные свойства (жидкотекучесть, склонность к образованию горячих трещин при литье), свариваемость, паяемость, скорость отверждения и текучесть полимерных материалов при нормальных и повышенных температурах и др.; показатели экономической эффективности (стоимость, трудоемкость, дефицитность, коэффициент использования металла и т.п.).
К металлическим Конструкционные материалы относится большинство выпускаемых промышленностью марок стали. Исключение составляют стали, не используемые в силовых элементах конструкций: инструментальные стали, для нагревательных элементов, для присадочной проволоки (при сварке) и некоторые другие с особыми физическими и технологическими свойствами. Стали составляют основной объем Конструкционные материалы, используемых техникой. Они отличаются широким диапазоном прочности — от 200 до 3000 Мн/м2 (20—300 кгс/мм2), пластичность сталей достигает 80%, вязкость — 3 МДж/м2. Конструкционные (в т. ч. нержавеющие) стали выплавляются в конверторах, мартеновских и электрических печах. Для дополнительной рафинировки применяются продувка и обработка синтетическим шлаком в ковше. Стали ответственного назначения, от которых требуется высокая надежность, изготовляются вакуумно-дуговым, вакуумно-индукционным и электрошлаковым переплавом, вакуумированием, а в особых случаях — улучшением (на установках непрерывной или полунепрерывной разливки) вытягиванием из расплава.
Чугуны широко применяются в машиностроении для изготовления станин, коленчатых валов, зубчатых колес, цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей, работающих при температуре до 1200 °С в окислительных средах, и др. Прочность чугунов в зависимости от легирования колеблется от 110 Мн/м2 (чугаль) до 1350 Мн/м2 (легированный чугун).
Никелевые сплавы и кобальтовые сплавы сохраняют прочность до 1000—1100 °С. Выплавляются в вакуумно-индукционных и вакуумно-дуговых, а также в плазменных и электроннолучевых печах. Применяются в авиационных и ракетных двигателях, паровых турбинах, аппаратах, работающих в агрессивных средах, и др. Прочность алюминиевых сплавов составляет: деформируемых до 750 Мн/м2, литейных до 550 Мн/м2, по удельной жесткости они значительно превосходят стали. Служат для изготовления корпусов самолетов, вертолетов, ракет, судов различного назначения и др. Магниевые сплавы отличаются высоким удельным объемом (в 4 раза выше, чем у стали), имеют прочность до 400 Мн/м2 и выше; применяются преимущественно в виде литья в конструкциях летательных аппаратов, в автомобилестроении, в текстильной и полиграфической промышленности и др. Титановые сплавы начинают успешно конкурировать в ряде отраслей техники со сталями и сплавами, превосходя их по удельной прочности, коррозионной стойкости и по жесткости. Сплавы имеют прочность до 1600 Мн/м2 и более. Применяются для изготовления компрессоров авиационных двигателей, аппаратов и нефтеперерабатывающей промышленности, медицинских инструментов и др.
К Конструкционные материалы относятся также сплавы на основе меди, бериллия, которые нашли применение в различных отраслях техники (см. Бериллиевые сплавы, Медноникелевые сплавы, Молибденовые сплавы).
Неметаллические Конструкционные материалы включают пластики, термопластичные полимерные материалы (см. Полимеры), керамику, огнеупоры, стекла, резины, древесину. Пластики на основе термореактивных, эпоксидных, фенольных, термопластичных смол и фторопластов, армированные (упрочненные) стеклянными, кварцевыми, асбестовыми и др. волокнами, тканями и лентами, применяются в конструкциях самолетов, ракет, в энергетическом, транспортном машиностроении и др. Термопластичные полимерные материалы — полистирол, полиметилметакрилат, полиамиды, а также реактопласты используют в деталях электро- и радиооборудования, узлах трения, работающих в различных средах, в том числе активных: топливах, маслах и т.п.
Стекла (силикатные, кварцевые, органические), триплексы на их основе служат для остекления судов, самолетов, ракет; из керамических материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Резины на основе различных каучуков, упрочненные кордными тканями, применяются для производства покрышек или монолитных колес самолетов и автомобилей, а также различных подвижных и неподвижных уплотнений.
Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим Конструкционные материалы, стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе легкость, жесткость и прочность. Внешнее армирование металлических замкнутых объемов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями. Для многих областей техники необходимы Конструкционные материалы, сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.
Т. к. в составе Конструкционные материалы нашли свое применение почти все элементы таблицы а эффективность ставших уже классическими для металлических сплавов методов упрочнения путем сочетания специально подобранного легирования, высококачественной плавки и надлежащей термической обработки снижается, перспективы повышения свойств Конструкционные материалы связаны с синтезированием материалов из элементов, имеющих предельные значения свойств, например предельно прочных, предельно тугоплавких, термостабильных и т.п. Такие материалы составляют новый класс композиционных Конструкционные материалы В них используются высокопрочные элементы (волокна, нити, проволока, нитевидные гранулы, дисперсные высокотвердые и тугоплавкие соединения, составляющие армировку или наполнитель), связуемые матрицей из пластичного и прочного материала (металлических сплавов или неметаллических, преимущественно полимерных, материалов). Композиционные Конструкционные материалы по удельной прочности и удельному модулю упругости могут на 50—100% превосходить стали или сплавы и обеспечивают экономию массы конструкций на 20—50%.
Наряду с созданием композиционных Конструкционные материалы, имеющих ориентированную (ортотропную) структуру, перспективным путем повышения качества Конструкционные материалы является регламентация структуры традиционных Конструкционные материалы Так, путем направленной сталей и сплавов получают литые детали, например лопатки газовых турбин, состоящие из ориентированных относительно основных напряжений таким образом, что границы зерен (слабые места у жаропрочных сплавов) оказываются ненагруженными. Направленная позволяет увеличить в несколько раз пластичность и долговечность. Еще более прогрессивным методом создания ортотропных Конструкционные материалы является получение монокристальных деталей с определенной ориентацией относительно действующих напряжений. Весьма эффективно используются методы ориентации в неметаллических Конструкционные материалы Так, ориентация линейных макромолекул полимерных материалов (ориентация стекол из полиметилметакрилата) значительно повышает их прочность, вязкость и долговечность.
При синтезировании композиционных Конструкционные материалы, создании сплавов и материалов с ориентированной структурой используются достижения материаловедения.
Лит.: Киселев Б. А., Стеклопластики, М., 1961; Конструкционные материалы, т. 1— 3, М., 1963—65; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Конструкционные свойства пластмасс, пер. с англ., М., 1967; Резина — конструкционный материал современного машиностроения. Сб. ст., М., 1967; Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник, под ред. И. В. Кудрявцева, т. 1—5, М., 1967—69; Химушин Ф. Ф., Жаропрочные стали и сплавы, 2 изд., М., 1969; Современные композиционные материалы, пер. с англ., М., 1970; сплавы. Сб. ст., т. 1—6, М., 1963-69.
А. Т. Туманов, Н. С. Скляров. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
