Материалы, используемые в машиностроении

Конструкционными называют материалы, обладающие прочностью и применяемые для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку.

Материалы имеют решающее значение для качества и экономичности машин. Выбирая материал, необходимо учитывать следующие факторы:

1). Соответствие свойств материала основным требованиям надежности деталей в течение заданного срока службы;

2). Весовые и габаритные требования к детали и машине в целом;

3). Соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намеченному способу обработки детали (штампуемость, обрабатываемость на станках и т.д.);

4.) Стоимость и дефицитность материала.

Критерии оценки материалов
Эксплуатационные требования	Производственные факторы	Экономические показатели	Механические свойства	Технологические свойства
1.Прочность 2.Жёсткость 3.Износостойкость 4.Теплостойкость 5.Виброустойчивость 6.Коррозионная стойкость 7.Жаростойкость 8.Хладостойкость 9.Теплопроводность 10.Электропроводность	1.Серийность изделия 2.Требуемая точность изготовления деталей и сборки узлов 3.Наличие оборудования для получения заготовок передовой технологией 4.Наличие режущего инструмента и металлообратывающего оборудования 5.Наличие химико-термических и упрочняющих установок	1.Доступность и стоимость материала 2.Затраты на проектирование 3.Затраты на изготовление 4.Эксплуатационные затраты	1.Предел текучести 2.Предел прочности 3.Модуль упругости 4.Коэффициент Пуассона 5.Твёрдость НВ, НRC, HV.	1.Обрабатываемость резанием 2.Литейные усадки 3.Деформируемость (пластичность) 4.Упрочняемость 5.Свариваемость

Конструкционные материалы подразделяют на: металлические, неметаллические композиционные.

Черные металлы

1.Чугуны (содержание углерода C 2%).

Чугуны делятся на:

Серый чугун (с пластичным графитом). СЧ15, СЧ20…СЧ35 ГОСТ 1412-85 ( 150, 200…350 Мпа).

Серые чугуны. Основной литейный материал. СЧ15-32 ГОСТ 1412-79.

Высокопрочный чугун (с шаровидным графитом).ВЧ35, ВЧ40…ВЧ100 ГОСТ 7293-85 ( 350, 400…1000 Мпа).

Белый чугун. Получается при отливке в кокиль и центробежном литье.

Ковкий чугун (с хлопьевидным графитом).КЧ30-6, КЧ33-8…КЧ65-3 ГОСТ1215-85 ( 300, 330…650 Мпа).

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. Графит придает чугунам антифрикционные и другие полезные свойства, поэтому антифрикционные чугуны по ГОСТ 1585-85 используются для трущихся деталей в условиях напряженного режима работы и при непрерывном смазывании. Как материал с хорошими литейными свойствами, чугуны применяют для изготовления корпусных поддерживающих деталей. Чугуны высокой прочности (ВЧ и КЧ) могут также с успехом заменять стальные отливки и поковки деталей, работающих в условиях значительных переменных напряжений.

Белый чугун. Весь углерод находится в связанном состоянии ( ).

Он обладает высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью и трудно обрабатывается резанием. Основные изделия из белого чугуна: детали, работающие на износ (детали насосов для откачки жидкости с абразивом, тормозные колодки и т.д.)

2.Конструкционные стали.

Стали углеродистые обыкновенного качества ГОСТ 380-71.

Назначение – сварные, клепаные и болтовые конструкции из сортового и листового проката, а также для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и др.

Качественные углеродистые конструкционные стали ГОСТ 1050-74.

Назначение – валы, оси, шестерни, болты и другие детали мелких и средних размеров высокой прочности.

Легированные стали ГОСТ 4543-71.

Назначение – валы, оси, шестерни, болты и другие детали средних и больших размеров высокой прочности.

Сплавы цветных металлов

Бронзы. Оловянистые, свинцовистые, алюминиевые. Например: Бр.ОЦС 6-6-3.

Латуни. Двойные и сложные. Например: ЛК 80-3.

Используются как материалы для изготовления трущихся сопряжений (для гаек рабочих винтов, вкладышей подшипников, зубчатых венцов червячных колес и т.п.), так как обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Наиболее известным представителем класса деформируемых сплавов является дюралюминий (Al-Cu-Mg), который получил распространение в авиационной технике и транспортном машиностроении.

Неметаллические материалы

Пластмассы текстолит, волокнит, лигнофоль резина, кожа, графит.

Используются для изготовления зубчатых и червячных колес, шкивов, подшипников, роликов, корпусов, ремней, ручек управления и других деталей. Производство пластмасс развивается интенсивнее, чем таких традиционных материалов, как металлы. Это объясняется удешевлением изготовления, улучшением ряда основных параметров механизмов: уменьшением веса и инерционности звеньев, потерь на трение, повышением быстродействия.

Композиционные материалы

Представляют собой композицию из легких металлов в качестве основы (матрицы) и прочных волокон как наполнителя. В качестве металлической основы используют алюминий, никель и др. Для упрочнения алюминия и магния и их сплавов применяют борные и углеродистые волокна. Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, проволоку карбида кремния и т.д. Для композиционных материалов характерно наличие анизотропии свойств по объему, что в конечном итоге можно эффективно использовать за счет соответствующего расположения детали.

Композиционные материалы обладают высокой статической прочностью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений и имеют высокий предел прочности на сопротивление усталости.