Определение конструкционных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     Содержание

 

1.Введение.....................................................................................4       

2.Определение конструкционных  материалов......................4

3. Классификация конструкционных материалов................5

4.    Металлы и их сплавы...........................................................6

4.1  Чугуны ………....…...…..........................................................6

4.1.1Серый чугун. ...................….……….…………………….....7

4.1.2 Высокопрочный чугун………………………………….….7

4.1.3 Ковкий чугун…………………………………………..…....7

4.2 Стали……………………………….…………………..……..7

4.2.1. Углеродистые  стали  обыкновенного  качества…...…….8

4.2.2. Легированные  стали……………………...……..…………8

4.2.3 Инструментальные  стали ………………...…………....…. 8

4.2.4Быстрорежущие  стали……………………...…….………...8

4.2.5 Коррозионно-стойкие стали. ……………....……………....8

4.2.6 Холодостойкие стали……………………....……………….9

4.2.7 Жаропрочные стали………………………...…...………….9

4.3 Цветные металлы и сплавы……………...…...………….9

4.3.1Медь…..……………………………...……....………………9

4.3.2 Латунь………………………………..……...………………9

4.3.3 Бронза…………………………………..…………………....10

4.3.4 Алюминиевые сплавы………………….…………………..10

4.3.5 Дюралюминий………………………………………………10

4.3.6 Магний………………………………………………………10

4.3.7 Титан………………………………………….....…………..10

5.Новые конструкционные материалы…………..…………..11

5.1. Аморфные металлические  сплавы.........................................12

5.2 Композиционные материалы……………………….………..12

5.3 Конструкционные металлокерамики………………….…...13

6.Неметаллы……………………………………………..………13

6.1 Конструкционный текстолит………………………..………..14

6.2 Материалы из асбеста................................................................14

6.3 Лакокрасочные материалы……………………………..……..15

6.4 Клеящие материалы……………………………………….…..15 

7. Классификация свойств  конструкционных материалов..........15

8.Заключение………………………………………………....…..18

9.Список использованной литературы..................................19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

Научно-технический прогресс в авиа и машиностроении неразрывно связан с созданием новых конструкционных материалов. Революционную роль в авиастроении и ракетостроении сыграли новые конструкционные материалы. Для повышения качества , надежности и экономичности изделий при снижении их материалоемкости, разрабатываются высокоэффективные методы повышения прочностных свойств, коррозионная стойкость, тепло и хладостойкость сплавов и материалов. В связи с этим расширяется производство новых материалов с заданным комплексом свойств.

Рассмотренные в докладе конструкционные  материалы предназначены для  изготовления  деталей машин и  приборов в различных отраслях. В  докладе приведены основные группы  конструкционных материалов с указанием  их  свойств, что позволит на научно-технической основе выбирать материалы и назначать рационально технологические процессы их обработки

 

2.Определение конструкционных  материалов.

 

Конструкционными материалами  называют материалы, из которых изготовляются  детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами конструкционных материалов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.)

 

 

 

 

 

 

 

3.Классификация конструкционных  материалов

А) Металлические материалы, к которым относятся:

• сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны;
• стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.);
• цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др.
• композиционные материалы с металлической матрицей;

Б) Неметаллические материалы:

• полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные и термопластичные), резины;
• композиционные материалы с неметаллической матрицей (стекло-пластики, углепластики, оргпластики и др.);
• неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика);

В) Материалы со специальными свойствами – электронные материалы, материалы с особыми оптическими свойствами (волоконная оптика, люминофоры), проводниковые материалы.

Кроме того, возможна классификация  конструкционных материалов по свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей конструкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими критериями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации.

Универсальные материалы  рассматриваются в нескольких группах, если возможность их применения определяется различными критериями.

В соответствии с выбранным принципом классификации  все конструкционные материалы  подразделяют на следующие группы:

• материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность (стали);
• материалы с особыми технологическими свойствами;
• износостойкие материалы;
• материалы с высокими упругими свойствами;
• материалы с малой плотностью;
• материалы с высокой удельной прочностью;
• материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.

4.Металлы   и  их  сплавы.

     Все   машиностроительные   материалы   можно  разделить  на  металлы   и неметаллы. В свою очередь,  металлы  делятся  на черные  и цветные. 

      Черные  металлы  включают  стали   и   чугуны, т. е. сплавы  железа  « Fe»  с углеродом  «С» и другими химическими элементами.

      Машиностроительные  материалы имеют маркировку, по  которой с помощью справочников  квалифицированные рабочие, инженеры  и техники могут  определить  химический состав материала,  а также различные  его свойства.       

                                            

4.1 Чугуны.

  Чугуном   называется  сплав железа с  углеродом   и  другими  компонентами. Чугун  содержит боле  2% углерода,   сталь -менее 2%  углерода.  Различают   серый, высокопрочный  и   ковкий  чугун.

 

 

4.1.1 Серый     чугун.    

Маркируют   буквами  СЧ,  обозначающими его назначение, и двумя  цифрами, обозначающими  предел  прочности  при растяжении. 

   Например, СЧ_18-серый   чугун,  предел  прочности при  растяжении  180  М Па.     

 

4.1.2 Высокопрочный  чугун.

 Получают  введением   в жидкий  серый  чугун   магния «0,3-1%» или его сплава  с никелем, медью,  алюминием   или кремнием.

Высокопрочный чугун  маркируют  буквами  ВЧ, обозначающим   его  название, и двумя  группами цифр,  из которых  первая  обозначает предел  прочности при растяжении, а вторая -  относительное удлинение.  Например,  ВЧ 45-5-высокопрочный чугун, предел  прочности при растяжении  450  МПа, относительное удлинение 5%.

4.1.3 Ковкий  чугун.

Условное  название  пластичного, вязкого   чугуна  и  маркируется  буквами  КЧ,  обозначающими  его название, и двумя  группами цифр, из  которых первая  обозначает  предел прочности  при  растяжении, а   вторая – относительное удлинение.

Например, КЧ 50-4-ковкий чугун, предел  прочности  при растяжении  500МПа. Относительное удлинение 4%.

 

4.2 Стали

Сталью  называется сплав  железа с углеродом  содержит  менее 2% углерода.   Большое  влияние  на обрабатываемость  сталей  оказывает  их химический  состав. С  увеличением  содержания  углерода  повышается механическая прочность стали и, как следствие, возрастает  ее сопротивление  резанию. При обработке сталей с  малым содержанием  углерода (0,1- 0,25%) получают  большую шероховатость поверхности. 

 

4.2.1Углеродистые  стали обыкновенного качества.

Обозначаются  буквами  Ст  и числами  от 0 до 6  (например ,сталь  Ст3). Чем  больше  число  в обозначении марки стали,  тем выше содержание  углерода. Качественные  углеродистые  стали обозначают  числами  08; 10; 15; 20; 25;  и т.д., которые  показывают  среднее  содержание углерода  в стали в сотых долях процента.  Например, содержание  углерода в стали  15 около 0,15%.

4.2.2 Легированные  стали.

 Выплавляются  качественными,  высококачественными и особо   высококачественными. В  маркировках  последних  в конце марки ставится  буква А или Ш  соответственно. Буква А в конце обозначает,что сталь высококачественная. Легированные  стали маркируются, например, так:                                                      45ХН, Х12М. Числа  в начале марки обозначают  содержание углерода в сотых или десятых  долях процента, числа после буквы указывают на  содержание  легирующих  элементов в процентах;  если  число  отсутствует – содержание элемента до 1%.

4.2.3 Инструментальные  стали.

К  ним  относятся  углеродистые.  легированные  и быстрорежущие стали. Инструментальные стали применяются  для  изготовления  корпусной  и   крепежно- присоединитльной  частей  режущих  инструментов ( державки резцов, корпуса  фрез, хвостовики  сверл  и др.).

4.2.4  Быстрорежущие  стали.

Особую  группу  составляют  быстрорежущие  стали, содержащие от 6 до 18% вольфрама.Быстрорежущие стали  отличаются  высокой  теплостойкостью (до 700 С), что  позволяет вести  обработку с высокими   скоростями резания.                                             

   4.2.5 Коррозионно-стойкие стали.

Предназначены  для  работы  в средах  различной  агрессивности.Детали из этих сталей  работают  на открытом воздухе , в  пресной  воде, во влажном  паре и  в растворах  солей  при 20С.

      

4.2.6  Холодостойкие стали.

Должны сохранять свои  свойства  при температурах  - 40- 80С. Наибольшее  применение имеют  следующие  стали: 18Х2Н4ВА,  12ХН3А  и др.

4.2.7 Жаропрочные стали.

Способны   противостоять   механическим  нагрузкам  при  высоких  температурах  (40- 850 С). Стали 12Х8ВФ, 15Х11Мф и другие  применяют для изготовления  агрегатов нефтезаводов, труб, печей, лопаток паровых турбин, клапанов, пароперегревателей, трубопроводов высокого давления , работающих при температурах  до 580С.

 

4.3 Цветные металлы  и сплавы

 

4.3.1 Медь

Метал красного (светло –  розового) цвета имеет кубическую  кристаллическую решетку;  не имеет  аллотропических превращений .Широкое  применение  меди обусловлено рядом  ее ценных  свойств и прежде всего  высокой  электро – и теплопроводимостью, пластичностью ,хорошей коррозионной  стойкостью, хорошей  жидкотекучестью  и др.   

К  сплавам  на  медной  основе  относятся: 

Латуни- сплавы меди с  цинком;

Бронзы- все другие  медные  сплавы. 

 

4.3.2 Латунь.

По сравнению  с  чистой медью латуни прочнее, пластичнее  и тверже.

По  ГОСТу  марки  латуни  обозначаются  буквой  Л числом, указывающим  долю  меди в сплаве. Например ,марка  Л62- латунь,  содержащая около  62% меди и 38%  цинка .  ЛАЖ60-  1 –1Л,  Л –латунь, А – алюминий  1%, Ж – железа 1%, 60 – 60% медь , все остальное цинк (60 + 1 + 1 =62) =38 %, Л- литейные свойства .Латуни могут быть легированы ; легирующие  элементы обозначаются    

Ж - железо,    Мц-  марганец,    Н – никель ,  О-  олово, К –кремний , С –свинец.   

 

4.3.3 Бронза.

Бронза-это  многокомпонентными  сплавами меди с  различными элементами  и бывают оловянистыми, алюминиевыми, кремнистыми,  свинцовыми,  никелевыми, бериллиевыми  и  др.  По ГОСТу  бронзы  маркируются  буквами  Бр, за которыми  следуют  буквы  условных  обозначений компонентов  и легирующих элементов, затем числами  указывается процентный состав компонентов.

4.3.4  Алюминиевые сплавы

Чаще  всего содержат  кремний, медь  или магний. Металл серебристого  цвета  с плотностью  2,7Мг/м  и температурой плавления 660 С.

Алюминий характеризуется  высокими  тепло – и  электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью  во многих  агрессивных  средах.  Способность алюминия  на воздухе покрываться прочной  оксидной  пленкой Аl₂О₃ ,  защищающей металл от дальнейшего  окисления. Алюминий  характеризуется высокой пластичностью, хорошо  обрабатываются давлением.

4.3.5 Дюралюминий .

Алюминий, легированный  медью, марганцем, магнием, называют дуралюмином; такие сплавы обозначают Д1---Д16.