Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

КОНСТРУКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 15. Москва, 2010, стр. 128

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Н. В. Петрушин

КОНСТРУКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ, ма­те­риа­лы, пред­на­зна­чен­ные для из­го­товле­ния кон­ст­рук­ций (де­та­лей ма­шин или ме­ха­низ­мов, при­бо­ров, со­ору­же­ний, транс­порт­ных средств и др.), вос­при­ни­маю­щих ме­ха­нич. на­груз­ки. К. м. (в от­ли­чие от др. тех­нич. ма­те­риа­лов – оп­ти­че­ских, изо­ля­ци­он­ных, сма­зоч­ных, ла­ко­кра­соч­ных, де­ко­ра­тив­ных, аб­ра­зив­ных и пр.) долж­ны иметь вы­со­кую кон­ст­рукц. проч­ность, обес­пе­чи­ваю­щую их на­дёж­ную и дли­тель­ную ра­бо­ту в ус­ло­ви­ях экс­плуа­та­ции. К осн. кри­те­ри­ям ка­че­ст­ва К. м. от­но­сят­ся па­ра­мет­ры со­про­тив­ле­ния внеш­ним (ста­тич., цик­лич. и удар­ным) на­груз­кам – проч­ность, удель­ная проч­ность (осо­бен­но для К. м., ис­поль­зуе­мых в авиа- и ра­ке­то­ст­рое­нии), жа­ро­проч­ность, вы­нос­ли­вость и вяз­кость раз­ру­ше­ния (со­про­тив­ле­ние ма­те­риа­ла об­ра­зо­ва­нию тре­щин). В ря­де слу­ча­ев важ­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми К. м. так­же яв­ля­ют­ся из­но­со-, тер­мо- и кор­ро­зи­он­ная стой­кость, сва­ри­вае­мость, про­ка­ли­вае­мость и др. На ме­ха­нич. свой­ст­ва К. м. ока­зы­ва­ет влия­ние (пре­им. не­га­тив­ное) ра­бо­чая сре­да, вы­зы­вая по­вре­ж­де­ние по­верх­но­сти вслед­ст­вие кор­ро­зи­он­но­го рас­трес­ки­ва­ния или из­ме­не­ние хи­мич. со­ста­ва по­верх­но­ст­но­го слоя в ре­зуль­та­те на­сы­ще­ния не­же­ла­тель­ны­ми эле­мен­та­ми (напр., во­до­ро­дом, вы­зы­ваю­щим ох­руп­чи­ва­ние ме­тал­лич. кон­ст­рук­ций). К. м. экс­плуа­ти­ру­ют­ся в ши­ро­ком тем­пе­ра­тур­ном диа­па­зо­не – от –269 до 2500 °C; для обес­пе­че­ния рабо­то­спо­соб­но­сти при вы­со­кой темп-ре ма­те­ри­ал дол­жен об­ла­дать жа­ро­проч­но­стью, при низ­кой – хла­до­стой­ко­стью. От тех­но­ло­гич­но­сти К. м. (их об­ра­ба­ты­вае­мо­сти ре­за­ни­ем, дав­ле­ни­ем, спо­соб­но­сти к ли­тью и др.) за­ви­сит ка­че­ст­во из­го­тов­ле­ния де­та­лей.

К. м. под­раз­де­ля­ют­ся: по при­ро­де ма­те­риа­лов – на ме­тал­ли­че­ские, не­ме­тал­ли­че­ские и ком­по­зи­ци­он­ные ма­те­риа­лы; по тех­но­ло­гич. ис­пол­не­нию – на де­фор­ми­ро­ван­ные (про­кат, по­ков­ки, штам­пов­ки, прес­со­ван­ные про­фи­ли и др.), ли­тые, спе­кае­мые, фор­муе­мые, склеи­вае­мые, сва­ри­вае­мые (плав­ле­ни­ем, взры­вом, диф­фу­зи­он­ным сра­щи­ва­ни­ем и др.); по ус­ло­ви­ям экс­плуа­та­ции – на ра­бо­таю­щие при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах, жа­ро­проч­ные, кор­ро­зи­он­но-, ока­ли­но-, из­но­со-, то­п­ли­во-, мас­ло­стой­кие и др.; по кри­те­ри­ям проч­но­сти – на ма­те­риа­лы ма­лой и ср. проч­но­сти с боль­шим за­па­сом пла­стич­но­сти и вы­со­ко­проч­ные с уме­рен­ным за­па­сом пла­стич­но­сти.

Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние сре­ди ме­тал­лич. К. м. по­лу­чи­ли кон­ст­рук­ци­он­ная сталь и чу­гун. Кон­ст­рукц. ста­ли ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ши­ро­ким диа­па­зо­ном пре­де­ла проч­но­сти – 200–3000 МПа; при­ме­ня­ют­ся в строи­тель­ст­ве, ав­то-, авиа-, трак­то­ро-, су­до­строе­нии и др. Пре­дел проч­ности чу­гу­нов в за­ви­си­мо­сти от ле­ги­ро­ва­ния ко­леб­лет­ся от 110 МПа (чу­галь) до 1350 МПа (чу­гун, ле­ги­ро­ван­ный маг­ни­ем). Чу­гу­ны ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в ма­ши­но­строе­нии для из­го­тов­ле­ния ста­нин, ко­лен­ча­тых ва­лов, зуб­ча­тых ко­лёс, ци­лин­д­ров дви­га­те­лей внутр. сго­ра­ния, де­та­лей, ра­бо­таю­щих при темп-ре до 1200 °C в окис­лит. сре­де, и др. Спла­вы на ос­но­ве цвет­ных ме­тал­лов так­же ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в разл. об­лас­тях тех­ни­ки. Ни­ке­ле­вые спла­вы и ко­баль­то­вые спла­вы со­хра­ня­ют проч­ность и жа­ро­проч­ность до 1000–1100 °C, ин­тер­ме­тал­лид­ные спла­вы на ос­но­ве со­еди­не­ния Ni3Al – до 1200 °C; при­ме­ня­ют­ся в авиа­ци­он­ных и ра­кет­ных дви­га­те­лях, па­ро­вых и га­зо­вых тур­би­нах, ап­па­ра­тах, ра­бо­таю­щих в аг­рес­сив­ных сре­дах, и др. Алю­ми­ние­вые спла­вы по удель­ной жё­ст­ко­сти зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дят ста­ли, пре­дел проч­но­сти де­фор­ми­руе­мых спла­вов со­став­ля­ет до 750 МПа, ли­тей­ных – до 550 МПа; слу­жат для из­го­тов­ле­ния кор­пу­сов са­мо­лё­тов, вер­то­лё­тов, ра­кет, су­дов и др. Маг­ние­вые спла­вы от­ли­ча­ют­ся ма­лой плот­но­стью (в 4 раза мень­ше, чем у ста­ли), име­ют пре­дел проч­ности до 400 МПа и вы­ше; при­ме­ня­ют­ся пре­им. в ви­де ли­тых де­та­лей в кон­струк­ци­ях ЛА, в ав­то­мо­биле­строе­нии, в по­ли­гра­фич. пром-сти и др. Ти­та­но­вые спла­вы (пре­дел проч­ности до 1600 МПа и бо­лее) пре­вос­хо­дят ста­ли и алю­ми­ние­вые спла­вы по удель­ной проч­но­сти, кор­ро­зи­он­ной стой­ко­сти и жё­ст­ко­сти; слу­жат для из­го­тов­ле­ния ком­прес­со­ров авиац. дви­га­те­лей, ап­па­ра­тов неф­те­пе­ре­ра­ба­ты­ваю­щей и хи­мич. пром-сти и др. Цир­ко­ние­вые спла­вы, на­ря­ду с ма­лым по­пе­реч­ным се­че­ни­ем по­гло­ще­ния те­п­ло­вых ней­тро­нов, об­ла­да­ют проч­но­стью, пла­стич­но­стью и кор­ро­зи­он­ной стой­ко­стью в аг­рес­сив­ных сре­дах; ис­поль­зу­ют­ся в ядер­ной энер­ге­ти­ке для эле­мен­тов кон­ст­рук­ции ак­тив­ной зо­ны ре­ак­то­ров АЭС. По­вы­ше­ние экс­плуа­тац. свойств ме­тал­лич. К. м., по­лу­чае­мых тра­диц. ме­то­да­ми, свя­за­но с ис­поль­зо­ва­ни­ем ле­ги­ро­ван­ных и на­нок­ри­стал­лич. ме­тал­лич. по­рош­ков.

Не­ме­тал­лич. К. м. вклю­ча­ют по­ли­мер­ные ма­те­риа­лы, ке­ра­ми­ку, ог­не­упо­ры, стёк­ла, ре­зи­ны, дре­ве­си­ну. Тер­мо­пла­сты (по­ли­сти­рол, по­ли­ме­тил­ме­так­ри­лат, по­ли­ами­ды, фто­ро­пла­сты), а так­же ре­ак­то­пла­сты ис­поль­зу­ют­ся в де­та­лях элек­тро- и ра­дио­обо­ру­до­ва­ния, уз­лах тре­ния, ра­бо­таю­щих в разл. сре­дах, в т. ч. в хи­ми­че­ски ак­тив­ных: то­п­ли­вах, мас­лах и др. Стёк­ла (си­ли­кат­ные, квар­це­вые, ор­га­ни­че­ские) и три­п­лек­сы на их ос­но­ве слу­жат для ос­тек­ле­ния су­дов, са­мо­лё­тов, ра­кет; из ке­ра­мич. ма­те­риа­лов из­го­тов­ля­ют де­та­ли, ра­бо­таю­щие при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах. Ог­не­упо­ры при­ме­ня­ют­ся пре­им. в чёр­ной и цвет­ной ме­тал­лур­гии при из­го­тов­ле­нии ог­не­упор­ных фу­те­ро­вок в аг­ре­га­тах, ра­бо­таю­щих в ус­ло­ви­ях вы­со­ких тем­пе­ра­тур (бо­лее 900 °C). Ре­зи­ны на ос­но­ве разл. кау­чу­ков, уп­роч­нён­ные корд­ны­ми тка­ня­ми, при­ме­ня­ют­ся для про­из-ва по­кры­шек или мо­но­лит­ных ко­лёс са­мо­лё­тов и ав­то­мо­би­лей, а так­же разл. под­виж­ных и не­под­виж­ных уп­лот­не­ний. Дре­ве­си­на ис­поль­зу­ет­ся в ка­че­ст­ве шпал, кре­пи для уголь­ной и гор­но­руд­ной пром-сти, для про­из-ва стро­ит. кон­ст­рук­ций, до­мов и др.

Ком­по­зиц. К. м. по удель­ной проч­ности и удель­но­му мо­ду­лю уп­ру­го­сти на 50–100% пре­вос­хо­дят ста­ли или алю­миние­вые спла­вы и обес­пе­чи­ва­ют снижение мас­сы кон­ст­рук­ций на 20–50%. Ком­по­зиц. К. м. (уг­ле­пла­сти­ки, ор­га­но­пла­сти­ки, ор­га­но­тек­сто­ли­ты, алю­мо­стек­ло­пла­сти­ки и др.) ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в кон­ст­рук­ци­ях са­мо­лё­тов, ра­кет, в энер­ге­тич., транс­порт­ном ма­ши­но­строе­нии и др.

По­лу­че­ние но­вых К. м. с улуч­шен­ны­ми (по срав­не­нию с тра­диц. К. м.) свой­ст­ва­ми свя­за­но с син­те­зом ма­те­риа­лов с суб­мик­ро­ско­пич. струк­ту­рой из эле­мен­тов, имею­щих пре­дель­ные зна­че­ния свойств (пре­дель­но проч­ных, ту­го­плав­ких, тер­мо­ста­биль­ных), а так­же с при­ме­не­ни­ем спец. ме­то­дов из­го­тов­ле­ния (зна­чи­тель­но по­вы­шаю­щих проч­ность и дол­го­веч­ность ма­те­риа­лов). Напр., для ме­тал­лич. К. м. ис­поль­зу­ет­ся на­прав­лен­ная кри­стал­ли­за­ция ста­лей и спла­вов для по­лу­че­ния ли­тых де­та­лей со столб­ча­той струк­ту­рой зё­рен, мо­но­кри­стал­лич. де­та­лей из ни­ке­ле­вых спла­вов с оп­ре­де­лён­ной кри­стал­ло­гра­фич. ори­ен­та­ци­ей от­но­си­тель­но дей­ст­вую­щих на­пря­же­ний (ло­пат­ки га­зо­вых тур­бин); для не­ме­тал­лич. К. м. при­ме­ня­ют­ся ме­то­ды ори­ен­та­ции ли­ней­ных мак­ро­мо­ле­кул по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов, мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние на­но­ча­сти­ца­ми (фул­ле­ре­на­ми, на­нот­руб­ка­ми, на­но­во­лок­на­ми), соз­да­ние по­ли­мер­ных на­но­ком­по­зи­тов.

Лит.: Ма­ши­но­строе­ние: Эн­цик­ло­пе­дия. М., 2001. Т. 2/3: Цвет­ные ме­тал­лы и спла­вы. Ком­по­зи­ци­он­ные ме­тал­ли­че­ские ма­те­риа­лы / Ред.-сост. И. Н. Фрид­лян­дер; Бол­тон У. Кон­ст­рук­ци­он­ные ма­те­риа­лы: ме­тал­лы, спла­вы, по­ли­ме­ры, ке­ра­ми­ка, ком­по­зи­ты. 2-е изд. М., 2007.

Вернуться к началу