АБВГДЕЁЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ

Содержание статьи
Также по теме

КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Понятие конструкционных и строительных материалов охватывает множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, транспортных средств, а также бесчисленных других сооружений, машин и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими механическими свойствами. Например, для изготовления современного автомобиля необходимы легированные стали, а металлический самолет стал реальностью лишь с появлением технологичных и прочных алюминиевых сплавов. Для гидроэлектростанций необходимы те сорта бетона и цемента, из которых можно построить долговечные плотины. Современные высотные здания выглядели бы по-другому, если бы не было стеклянных материалов.

Историю культуры часто делят на каменный, бронзовый и железный века – по тем материалам, из которых изготавливались орудия труда и оружие. В наши дни в распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали и сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, стекло и полимеры. Разработка и применение таких материалов – профессиональное занятие инженера-технолога и инженера-конструктора.

ЧУГУНЫ И СТАЛИ

Серый чугун, содержащий 3,5–4% углерода, около 1% кремния и столько же марганца, – самый распространенный в мире литейный материал, применяемый для изготовления блоков и головок цилиндров, редукторных корпусов, тормозных барабанов, станин металлорежущих станков и многих других изделий.

Белый чугун представляет собой более твердую форму серого с содержанием 2,5% углерода, менее 1% кремния и менее 1% марганца. Углерод входит в состав чугуна в виде карбидов (цементита). Белый чугун весьма тверд, но, как и серый, малопластичен. Он используется в основном в качестве износостойкого материала, например для шаров и броневых плит мельниц, размалывающих минералы. Белый чугун можно термообработкой превратить в т.н. ковкий чугун. Ковкий чугун гораздо более пластичен, чем серый и белый, но менее прочен и не так тверд. Ковкие чугуны применяются в основном для сложных отливок, таких, как трубопроводная арматура, цепи, крепеж для строительных лесов. Высокопрочные чугуны получают из серых путем модифицирования их кристаллической структуры для получения шаровидного графита. Чугун с шаровидным графитом широко применяется в автомобильной промышленности (коленчатые и распределительные валы, кронштейны, ступицы, суппорты тормозных систем, шестерни главной передачи и т.д.), в металлургии (изложницы), в тяжелом машиностроении (детали турбин, прокатные валки), в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении.

Самый распространенный вид стали, применяемой в строительстве зданий и мостов, – это конструкционная сталь, содержащая 0,1–0,25% углерода и легирующие элементы, такие, как марганец и кремний, в количествах менее 1%. Предел текучести таких сталей свыше 250 МПа, предел прочности при растяжении свыше 450 МПа. Относительное удлинение, как правило, больше 20%. Тонколистовые стали для автомобильных кузовов и бытовой техники содержат лишь около 0,05% углерода. Они менее прочны, нежели конструкционные стали, но более пластичны, что позволяет обрабатывать их методами холодного штампования и высадки. В процессе формообразования их прочность повышается (деформационное упрочнение), чем компенсируется влияние пониженного содержания углерода. Содержание примесей контролируется, в частности, содержание серы и фосфора поддерживается на уровне ниже 0,02%, при котором эти элементы не снижают вязкости и пластичности материала.

 IGDA/D. Staquet     ДВАДЦАТИЭТАЖНЫЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КУПОЛ из стали и пластмасс на всемирной выставке в Монреале (1967).

Легированные стали.

Легированные стали – это стали с добавкой элементов, улучшающих те или иные свойства: прочность, ударную вязкость, сопротивление ползучести или коррозионную стойкость. Закаленные и отпущенные стали применяются для аэрокосмических и автомобильных деталей, крупных турбин, скальпелей и ножей, режущего инструмента и других изделий, от которых требуется высокая прочность. Отдельную группу составляют нержавеющие стали. Такие стали содержат много хрома (обычно свыше 12%) и могут содержать другие легирующие элементы, например никель и молибден. Они обладают повышенной коррозионной стойкостью. Типичная область их применения – химико-технологическая аппаратура, оборудование пищевой промышленности и всевозможные декоративные металлические изделия. Нержавеющие стали представляют собой сложные сплавы, и некоторые из них могут быть термообработаны на высокую прочность. Они применяются в виде отливок, а также полуфабрикатов, получаемых формообразованием в холодном или нагретом состоянии – листового проката, толстых листов, труб, прутков и проволоки. См. также МЕТАЛЛОВ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.

Еще одна группа сталей – жаростойкие (окалиностойкие) сплавы. Они отличаются высоким содержанием хрома, молибдена или никеля и применяются в паровых котлах, газотурбинных установках, авиационных двигателях, печах и печных конвейерах – всюду, где температура может составлять 400–1400° C. Самой важной характеристикой таких сталей является сопротивление ползучести при высоких температурах. Важное значение имеет также сопротивление окислению (окалиностойкость).

К специальным сталям относятся инструментальные стали. Они содержат много углерода (0,8–2,0%) и достаточно много легирующих элементов для образования не только твердого мартенсита, но и твердых карбидов. Типичные легирующие элементы таких сталей – хром, молибден, вольфрам и ванадий. Инструментальные стали обычно термообрабатываются на высокую прочность. Некоторые из инструментальных сталей, т.н. быстрорежущие, способны сохранять свою твердость в режущих инструментах до температур, достигающих 600° C. Содержание легирующих элементов в инструментальных сталях обычно выше, чем в любых других легированных сталях. Прочность на растяжение таких материалов составляет 1400–2800 МПа. Ударная вязкость инструментальных сталей, как правило, низка. См. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ; МЕТАЛЛОВ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ; МЕТАЛЛОПОКРЫТИЯ.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы – олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси.

Алюминий.

Чистый алюминий широко применяется там, где важное значение имеет высокая электропроводность, например в проводах для линий электропередачи (ЛЭП). Алюминиевые сплавы пригодны также для опор ЛЭП, поскольку конструкции, выполненные из таких сплавов, стойки к атмосферной коррозии.