Классификация материалов по назначению. Конструкционные материалы. Подразделение их на основные типы
Термином «материал» в технике обозначают вещественную основу предметов (изделий). Например, материалами являются – медь и медная проволока, цинк и гранулы цинка, железо и железный лист, сталь определённой марки (состава) и профильный прокат из этой стали, чугун и чугунное литье [3].
Исходным материалом служит первичное сырьё – вещество природы, на которое впервые затрачен труд: руда, каменный уголь, нефть, природный газ, древесина, торф, песок, известняк, вода, воздух. Полуфабрикат – это материал, который должен пройти одну или несколько стадий обработки, прежде чем стать изделием, годным для потребления.
Технические материалы классифицируют по структурным признакам и по назначению.
Главным критерием классификации по структурным признакам является агрегатное состояние, в зависимости от которого материалы подразделяют на следующие типы: твердые материалы, жидкости, газы.
Классификация по назначению предусматривает разделение технических материалов на следующие группы: конструкционные, электротехнические, полупроводниковые, инструментальные, абразивные, органические полимерные и другие материалы.
Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механической нагрузке. Они должны обладать комплексом механических свойств, обеспечивающих требуемые работоспособность и ресурс изделий. Одновременно им предъявляют определённые технологические и экономические требования. Основными типами конструкционных материалов являются: металлы и их сплавы, силикаты и керамика, полимеры и древесина, композиты [3].
|
|
|
Классификация подразделяет конструкционные материалы 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 применения их определяется различными критериями. В соответствии с выбранным принципом классификации все конструкционные материалы подразделяют на следующие группы:
1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность.
2. Материалы с особыми технологическими свойствами.
3. Износостойкие материалы.
4. Материалы с высокими упругими свойствами.
5. Материалы с малой плотностью.
6. Материалы с высокой удельной прочностью.
7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды [3].
Металлы. Материалы, принадлежащие к этой группе, включают в себя один или несколько металлов (таких как железо, алюминий, медь, титан, золото, никель), а также часто те или иные неметаллические элементы (например, углерод, азот или кислород) в сравнительно небольших количествах.
|
|
|
Атомы в металлах и сплавах располагаются в весьма совершенном порядке. Кроме того, по сравнению с керамикой и полимерными материалами плотность металлов сравнительно высока.
Что касается механических свойств, то все эти материалы относительно жесткие и прочные. Кроме того, они обладают определенной пластичностью (т.е. способностью к большим деформациям без разрушения), и сопротивляемостью разрушению, что обеспечило им широкое применение в разнообразных конструкциях.
В металлических материалах имеется множество делокализованных электронов, т. е. электронов, не связанных с определенными атомами. Именно присутствием таких электронов непосредственно объясняются многие свойства металлов. Например, металлы представляют собой исключительно хорошие проводники для электрического тока и тепла. Они непроницаемы для видимого света. Полированные поверхности металлов блестят. Кроме того, некоторые металлы (например, железо, кобальт и никель) обладают желательными для их применения магнитными свойствами [4].
|
|
|
Керамика – это группа материалов, занимающих промежуточное положение между металлами и неметаллическими элементами. Как общее правило, к классу керамики относятся оксиды, нитриды и карбиды. Так, например, некоторые из наиболее популярных видов керамик состоят из оксида алюминия (Al2O3), диоксида кремния (SiO2), нитрида кремния (Si3N4). Кроме того, к числу тех веществ, которые многие называют традиционными керамическими материалами, относятся различные глины (в частности те, которые идут на изготовление фарфора), а также бетон и стекло. Что касается механических свойств, то керамика – это относительно жесткие и прочные материалы, сопоставимые по этим характеристикам с металлами. Кроме того, типичные виды керамики очень твердые. Однако керамика исключительно хрупкий материал (практически полное отсутствие пластичности) и плохо сопротивляется разрушению. Все типичные виды керамики не проводят тепло и электрический ток (т.е. их электропроводность очень низкая).
Для керамики характерно более высокое сопротивление высоким температурам и вредным воздействиям окружающей среды. Что касается их оптических свойств, то керамика может быть прозрачным, полупрозрачным или совсем непрозрачным материалом, а некоторые оксиды, например, оксид железа (Fe2O3) обладают магнитными свойствами [4].
|
|
|
Композиты представляют собой комбинацию из двух (или большего числа) отдельных материалов, относящихся к различным классам веществ, перечисленным выше, т.е. металлов, керамики и полимеров. Целью создания композитов было стремление достичь такого сочетания свойств различных материалов, которые не могут быть получены для индивидуальных компонент, а также обеспечить оптимальное сочетание их характеристик. Известно большое количество различных композитов, которые получены при совмещении металлов, керамики и полимеров. Более того, некоторые природные материалы также представляют собой композиты, например, это дерево и кость. Однако большинство композитов, которые рассматриваются в настоящей книге, это материалы, полученные из синтетических материалов.
Одним из наиболее популярных и знакомых всем композиционных материалов является стеклопластик. Этот материал представляет собой короткие стеклянные волокна, помещенные в полимерную матрицу, обычно в эпоксидную или полиэфирную смолу. Стеклянные волокна обладают высокой прочностью и жесткостью, но они хрупкие. В то же время полимерная матрица пластична, но ее прочность низкая. Комбинирование указанных веществ приводит к получению относительно жесткого и высокопрочного материала, который, тем не менее, обладает достаточной пластичностью и гибкостью.
Другим примером технологически важного композита являются углепластики – полимеры, армированные углеродными волокнами (CFRP). В этих материалах в полимерную матрицу помещают углеродные волокна. Материалы этого типа более жесткие и более прочные по сравнению со стеклопластиками, но в то же время более дорогие. Углепластики используют в аэрокосмической технике, а также при изготовлении высококачественного спортивного оборудования, например, велосипедов, клюшек для гольфа, теннисных ракеток, лыж и сноубордов [4].
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 2963; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!