Конструкционные материалы. 
Материаловедение

Общие положения. Материалы для изготовления конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку, называются конструкционными материалами. Определяющими параметрами таких материалов являются механические свойства — сопротивление сжатию, растяжению, работа на изгиб, выносливость при вибрационных нагрузках и т. д., что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др).

Длительный период в своем развитии человечество использовало для орудий труда и охоты, утвари, украшений и др. ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожженную глину, стекло, бронзу, железо. Но совершенствование техники на каждом этапе развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к конструкционным материалам (температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.). Например, создание паровых машин, двигателей внутреннего сгорания, электрических машин и автомобилей, потребовало материалы, которые должны работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др. И основными конструкционными материалами стали металлические сплавы на основе железа (чугуны и стали), меди (бронзы и латуни), свинца и олова. В авиастроении главным требованием, предъявляемым к конструкционным материалам, является высокая удельная прочность; судостроению необходимы стали и сплавы с хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, а химическому машиностроению — с высокой и длительной стойкостью в агрессивных средах. Научные исследования в области наноматериалов и нанотехнологий являются одними из наиболее значительных достижений современной науки. Эти материалы XXI в. все более широко используются в промышленности.

Все конструкционные материалы в основном разделяют на металлические и неметаллические, которые в свою очередь можно разбить по группам с близкими свойствами и применением (рис. 9.1).

Например, металлические сплавы различают: по системам сплавов — на железной основе и цветные; по структурному составу — на стали, латуни, бронзы, силумины и т. д.; по типам упрочнения — на закаливаемые, улучшаемые, ста;

Рис. 9.1. Основные группы конструкционных материалов

реющие, цементируемые, и др.; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т. п.).

Неметаллические конструкционные материалы подразделяют по изомерному составу, технологическому исполнению (прессованные, тканые, намотанные, формованные и пр.), по типам наполнителей (армирующих элементов) и по характеру их размещения и ориентации.

Некоторые конструкционные материалы, например сталь и алюминиевые сплавы, используются как строительные материалы и, наоборот, в ряде случаев строительные материалы, например железобетон, применяются в конструкциях машиностроения.

Технико-экономические параметры конструкционных материалов включают: технологические параметры — обрабатываемость металлов давлением, резанием, литейные свойства (жидкотекучесть, склонность к образованию горячих трещин при литье), свариваемость, паяемосгь, скорость отвердения и текучесть полимерных материалов при нормальных и повышенных температурах и др.; показатели экономической эффективности (стоимость, трудоемкость, дефицитность, коэффициент использования металла и т. п.)^[1].

• [1] Способы производства и основные технологические методы формообразования заготовок, деталей и конструкций из машиностроительныхматериалов в данном учебном пособии не рассматриваются.