2.1.5. Композиційні матеріали

Композиційні матеріали, або «композити» - це такі матеріали, які складаються з двох і більше різнорідних матеріалів, між якими існує чітка границя (матеріали нерозчинні) і які мають властивості, що відріз­няються від властивостей складових матеріалів (наприклад, залізо­бетон). Тобто, композит складається з матриці (зв'язуюча частина) і наповнювача (дисперсна фаза).

Матриця надає форми матеріалу, а наповнювач його зміцнює. В залежності від наповнювача існують композити з дісперсними частин­ками (малого розміру і орієнтовані по всіх трьох осях координат); волокнисті композити, які в свою чергу, поділяються на композити з безперервними волокнами одного напряму, композити з дискретними волокнами і композити з безперервними волокнами, орієнтованими по багатьох напрямках, а також слоїсті композити.

Як конструкційний матеріал для зварних конструкцій найширше використовують композити на основі металевої матриці з наповнюва­чами у виді часток, волокон і шарів з металевих і неметалевих матеріалів. Серед них можна назвати алюмінієві і титанові сплави, зміцнені волокнами; нікельові сплави, зміцнені волокнами оксиду алюмінію, карбіду кремнію; металеві матеріали, армовані дротом тугоплавких металів, високоміцними та високомодульними вуглеце­вими волокнами.

Питомі показники міцності, жорсткості при високих температурах, опору руйнуванню внаслідок втомленості і інші властивості компози-ційнійних матеріалів нерідко вищі, ніж для конструкційних сплавів. Де-

які властивості конструкційних композиційних матеріалів наведені в таблиці 2.8.

Таблиця 2.8. Властивості композиційних матеріалів на основі металевої матриці

Матриця	Наповнювач				м
			МПа
Алюмінієвий сплав	Волокно бора	2,6	1100	2,4	423
Алюмінієвомагніє-вий сплав	Вуглецеве волокно (30% по об'єму)	2,35	680	1,99	289
Магнієвий сплав	Волокно бора	2,0	1000	2,2	500
Титановий сплав	Волокно карбіду кремнію	4,0	900	2,1	225
Нікельовий сплав	Фольврам	12,5	800	46,5	64
Нікельовий сплав	Волокно молібдену	9,3	700	2,35	75
Тришаровий композіт (8 = 2 мм)	Корозійностійка сталь + алюміній (0,38мм) + корозійностійка сталь	6,7	330	1,22	49

2.1.6. Вибір матеріалу для зварних конструкцій

При виборі матеріалу для зварних конструкцій треба брати до уваги одночасно багато різноманітних факторів, які можуть впливати як на працездатність, так і на собівартість виробу. Головними з них є:

1. Умови експлуатації - характер і термін навантаження, температу­ра експлуатації, середовище.

2. Геометрична форма конструкції - наявність концентраторів, як можливих джерел зародження тріщин.

3. Технологічна обробка - вичерпання пластичних властивостей матеріалу та формування залишкових напружень після обробки.

4. Здатність до зварювання - отримання якісного зварного з'єднання, наявність неоднорідності механічних властивостей основного матері­алу, концентрації напружень та залишкових напружень і деформацій.

5. Вірогідність зародження та розповсюдження тріщини - жорсткість (вид) напруженого стану, товщина матеріалу.

6. Забезпечення оптимальної матеріалоємкості - питома міцність і питома жорсткість матеріалу.

7. Службові властивості матеріалу - межа текучості, міцності, плас­тичні властивості, ударна в'язкість та інші спеціальні властивості.

8. Відповідальність конструкції - можливі наслідки втрати працездат­ності.

9. Наявність стандартного сортаменту.

10. Вартість матеріалу.

11. Естетичні вимоги.

На практиці вибір матеріалу здійснюється за допомогою нормативних документів, які містять рекомендації з урахуванням вище переліченого. Наприклад, будівельні норми і правила, морський і річковий регістр та

інші.

Так, згідно будівельних норм і правил на проектування металевих конструкцій, матеріал для зварних конструкцій призначається в залеж­ності від умов навантаження (зварні конструкції та їх елементи поділя­ються на чотири групи), розрахункової температури експлуатації та очіку­ваної товщини металу (таблиця 2.9). В таблиці R_yn - нормативний опір по межі текучості, - нормативний опір по межі міцності. Наприклад, треба вибрати сталь для зварної підкранової балки для експлуатації при температурі t до -50°С. Підкранова балка - це зварна конструкція, що працює в особливо важких умовах рухомих навантажень, тобто згідно таблиці належить до першої групи конструкцій. Для першої групи конструк­цій при температурі експлуатації вище 45°С рекомендується вибирати одну із наступних марок сталі класу 285: ВСтЗсп5-2 або ВСтЗГсп5-2.