83

Технология конструкционных материалов

Лекция 1. (2 часа)

Введение.

Технология конструкционных материалов представляет собой совокупность современных знаний о способах производства материалов и изготовления изделий различного назначения. Её основные разделы: металлургия, литейное производство, обработка резанием и давлением, сварка и др. Она является частью материаловедения: – науки о связях между составом, строением и свойствами материалов, и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях.

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Все материалы по химической основе делятся на две основные группы: металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют около 80% всех известных химических элементов.

В свою очередь металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами, и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.

Кроме металлических материалов, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические – пластмассы, стекло, древесные материалы, композиционные материалы, резина, лакокрасочные и вспомогательные материалы, керамика и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности в качестве конструкционных материалов относительно невелико (около10%) и предсказание того, что неметаллические существенно потеснят металлические, не оправдались.

1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.

Для правильного применения материала необходимо знать его механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства.

1.1.Механические свойства

Механические свойства определяют способность материалов сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). Они зависят от химического состава металлов, их структуры, способа технологической обработки и других факторов. Зная механические свойства, можно судить о поведении металла при обработке и в процессе работы конструкций и механизмов.

1.1.1.Нагрузки, деформации и разрушения.

По характеру действия на тело различают три вида нагрузок: статические – действующие постоянно или медленно возрастающие; динамические – действующие мгновенно, принимающие характер удара; циклические, или знакопеременные, изменяющиеся или по величине, или по направлению, или одновременно и по величине, и по направлению. В результате воздействия на тело нагрузок в нём возникают деформации – изменение его первоначальных форм и размеров. Деформации, исчезающие после снятия нагрузки, называются упругими, а сохраняющиеся – пластичными.

В зависимости от наличия пластической деформации перед разрушением различают хрупкое и вязкое разрушение. Разрушение, перед которым тело испытывает значительную пластическую деформацию, называется вязким. Разрушение, пластическая деформация перед которым отсутствует или незначительна, называется хрупким. Один и тот же материал может разрушаться как по хрупкому, так и по вязкому механизму. Вид разрушения зависит от многих факторов: типа кристаллической решетки, химического состава, формы и размеров детали, наличия надрезов и дефектов, условий и скорости нагружения и особенно от температуры. Для многих материалов вязкое разрушение с понижением температуры сменяется хрупким. Температура изменения характера разрушения называется порогом хладноломкости.

Чтобы не допустить разрушения и образования остаточных деформаций, необходимо знать механические свойства материала.

К основным механическим свойствам материала относят прочность, твёрдость, упругость, пластичность, ударную вязкость. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Твёрдость – способность материала детали сопротивляться поверхностной деформации под действием более твёрдого тела. Упругость – способность материала возвращать детали первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки. Пластичность – свойство материала изменять первоначальную , форму и размеры детали под действием нагрузки, не разрушая её. Ударная вязкость – способность материала сопротивляться разрушению под действием динамической (ударной) нагрузки.

Для установления характеристик механических свойств материала производят их испытания.