15. Конструкционные материалы. Виды и основные их свойства.

Разработка конкретных узлов, устройств, механизмов и машин ставит ряд общих и специфических задач для используемых материалов.

• Материалы должны выполнять те функции, которые заложены в исходные требования
• Материалы должны выбираться более дешёвыми с учётом трудоёмкости обработки и предполагаемого ресурса работы
• Материалоёмкость изделия должна быть минимальной

С начала 20в древесина, как строительный материал корпусов судов, уступает свой приоритет металлу. В связи с этим наиболее распространенными конструкционными материалами являются металлы, а из металлов – сталь, которая составляет от 80 до 85 % объёма всего объёма выпуска металлов. Это обусловлено относительной распространенностью железа и технологичностью обработки сплавов на основе железа. Относительно распространенности химических элементов можно сказать следующее: наша Земля появилась в результате большого взрыва, при этом первыми образовались лёгкие элементы – водород, гелий, литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород. В первых рядах кремний, алюминий, магний и железо (последовательность образования металлов). По распространенности в земной коре наиболее распространенными являются кислород и кремний (75%), а железо 4%.

Открытие технологии сварки листового металла явилось революцией в технологии машиностроения.

Следующий вид судостроительного материала – железобетон, используется в основном для постройки несамоходного флота. Бетон – композиция из затвердевшей смеси цемента, заполнителя и воды, является искусственным каменным материалом. Основное достоинство – дешевизна. Бетоны бывают разными в зависимости от типов заполнителя: малопористые, крупнопористые и ячеистые.

В 60-70е годы прошлого века ставился вопрос о распространении этого материала на постройку и самоходных судов, но целесообразнее из железобетона изготавливать: доки, дебаркадеры, понтоны и т.д.

В 60х года прошлого века, когда был поставлен вопрос об экономии стали в отрасли судостроения начались интенсивные поиски других конструкционных материалов, а именно цветные сплавы и металлы. Наиболее распространенным из цветных металлов является медь, алюминий, олово, титан, тугоплавкие плавкие металлы молибден и вольфрам.

По механическим свойствам цветные металлы уступают стали, кроме того они более редкие и дорогие, следовательно применяются там где нужны особые характеристики (вес конструкции, коррозионная стойкость, электропроводность, пластичность и т.д.). Алюминий, его сплавы и титан используют в самолётостроении, судостроении и космической технике. В судостроение из алюминия изготавливают суда : СПК, СВП и кранопланы (там где требуется небольшой вес и высокая скорость).

Сплавы титана применяют в постройке подводных лодок и космической техники, где необходима высокая прочность, лёгкость, высокая температура плавления и коррозионная стойкость.

За последние годы разработаны и получили большое развитие поколение алюминиевых сплавов, легированных литием и скандием, что позволяет снизить массы конструкций из них на 30%. Технология получения деталей из новых гранулированных сплавов позволит увеличить рабочую температуру до 850Со.

Революционное решение для создания перспективных изделий в космической технике может обеспечить новый класс конструкционных изделий интер-метолиды (химические соединения титан-алюминий, никель-алюминий и т.д.).

Применение материала, срок его службы, поведение при транс­портировании и хранении зависят от его основных свойств. Основ­ные свойства - это объективные особенности, присущие им от природы. Основные свойства разделяются на химические, фи­зические и биологические. Свойства, характеризующие по­ведение материала при его обработке, называются технологи­ческими.

Химические свойства характеризуют отношение мате­риала к действию различных сред. Они зависят от состава и строе­ния материала и влияют на условия применения материалов и срок их службы. К ним относятся: водостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость, стойкость к светопогоде и др.

Большинство металлических материалов подвергается корро­зии и разрушается. Для защиты от коррозии их покрывают химиче­ски стойкими веществами или вводят в их состав специальные ле­гирующие добавки.

Физические свойства представляют наиболее обширную группу свойств и показателей для большинства материалов и изде­лий, применяемых в промышленности. Показатели физических свойств основных конструкционных материалов регламентируются государственными стандартами.

При оценке качества материалов важное значение имеют меха­нические свойства, необходимые для восприятия изделиями нагру­зок от сжатия, растяжения, изгиба, кручения, ударов и других ме­ханических воздействий. Сюда же относят сопротивление материа­лов истиранию и твердость. От механических свойств материалов зависит надежность изделий и область их назначения.

Биологические свойства характеризуют устойчивость материалов и изделий к действию различных микроорганизмов (плесеней, бактерий и грибков). Материалы органического проис­хождения под влиянием микроорганизмов разрушаются (древеси­на, бумага, ткань, ...). Неорганические материалы к воздействию микроорганизмов стойки. При оценке качества материалов кроме природных свойств различают так называемые потребительные свойства. Эти свойства делят на группы: функциональные, гигие­нические, эргономические, эстетические, экономические.