Конструкційні матеріали

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 та ін Тривалий період у своєму розвитку людське суспільство використовувало для своїх потреб (знаряддя праці та полювання, начиння, прикраси тощо) обмежене коло матеріалів: дерево, камінь, волокна рослинного і тваринного походження, обпалену глину, скло, бронзу, залізо. Промисловий переворот 18 в. і подальший розвиток техніки, особливо створення парових машин і поява в кінці 19 в. двигунів внутрішнього згоряння, електричних машин і автомобілів, ускладнили і диференціювали вимоги до матеріалів їх деталей, які стали працювати при складних знакозмінних навантаженнях, підвищених температурах та ін Основою К. м. стали металеві сплави на основі заліза (чавуну і сталі (Див. Сталь )), міді (бронзи (Див. Бронза) і латуні (Див. Латунь)), свинцю і олова.

К. м. поділяються: за природою матеріалів - на металеві, неметалічні і Композиційні матеріали, що поєднують позитивні властивості тих і інших матеріалів; з технологічного виконання - на деформовані (прокат, поковки, штамповки, пресовані профілі та ін), литі, спікається , формовані, що склеюються, зварюються (плавленням, вибухом, дифузійним зрощенням і т.п.); за умовами роботи - на працюючі при низьких температурах, жароміцні, корозійно-, окалино-, зносо-, паливо-, маслостойкие і т.д. ; за критеріями міцності - на матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.

Неметалічні К. м. підрозділяють по ізомерному складу, технологічного виконання (пресовані, ткані, намотані, формовані тощо), за типами наповнювачів (армуючих елементів) і за характером їх розміщення та орієнтації. Деякі К. м., наприклад сталь та алюмінієві сплави, використовуються як будівельні матеріали і, навпаки, в ряді випадків будівельні матеріали, наприклад Залізобетон, застосовуються в конструкціях машинобудування.

До металевих К. м. відноситься більшість випускаються промисловістю марок сталі. Виняток становлять стали, не використовуються в силових елементах конструкцій: інструментальні стали (Див. Інструментальна сталь), для нагрівальних елементів, для присадочной дроту (при зварюванні) і деякі інші з особливими фізичними та 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.

Поряд зі створенням композиційних К. м., що мають орієнтовану (ортотропних) 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 кристалографічної орієнтацією щодо діючих напруг. Досить ефективно використовуються методи орієнтації в неметалічних К. м. Так, орієнтація лінійних макромолекул полімерних матеріалів (орієнтація стекол з поліметилметакрилату) значно підвищує їх міцність, в'язкість і довговічність.