Цветные сплавы, полимеры и композиционные материалы

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 31Следующая ⇒

В промышленности наряду с применением стали получают распространение цветные сплавы: в авиации, судостроении, строительстве. Сплавы на основе алюминия и титана обладают значительно меньшей плотностью по сравнению со сталями, хорошо сохраняют свои свойства при работе в условиях низких температур. С другой стороны, цветные сплавы имеют в несколько раз меньший, чем сталь, модуль упругости, что понижает устойчивость элементов конструкций, увеличивает их деформируемость.

По сравнению со сталями обыкновенного качества цветные сплавы обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений. Это повышает требования к качеству обработки изделий и особенно к качеству сварочных работ.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и недеформируемые. В сварных конструкциях применяется первый из названных видов, недеформируемые - литейные сплавы - используются главным образом в отливках.

Алюминиевые сплавы не имеют площадки текучести, предел текучести определяется при остаточной деформации, равной 0,2%. С понижением температуры σ_B, σ_т и δ несколько повышаются, поэтому алюминиевые сплавы хорошо работают при низких температурах. С повышением температуры σ_B, σ_т резко снижаются.

Существенным преимуществом алюминиевых сплавов перед сталями является их коррозионная стойкость.

Сплав АМц и группа сплавов системы Al - Mg относятся к деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой. Эти сплавы свариваются наиболее хорошо. Они применяются в мягком отожженном состоянии, а также в слабо и сильно нагартованном, т. е. подвергнутом пластической деформации с целью повышения предела текучести. При нагартовке показатели прочности существенно повышаются (особенно σ_т) при некотором снижении относительного удлинения.

Наиболее распространены алюминиевые сплавы, легированные магнием, особенно АМг6, который имеет предел прочности в ненагартованном состоянии около 0,8 от предела прочности Ст3, предел текучести σ_т<0,5σ_B, относительное удлинение δ = 18 - 20%. Остальные алюминиевые сплавы упрочняются термической обработкой.

Сплавы, легированные медью, обладают повышенной прочностью, но плохо свариваются. Их применяют преимущественно в закаленном и искусственно состаренном состояниях. Сплав В92 дуговой сваркой сваривается значительно лучше, чем сплав Д16, но соединения чувствительны к коррозии под напряжением. Сварные соединения сплава Д16 по прочности ниже, чем основной металл, но удовлетворительно работают при повышенных и низких температурах.

Методом порошковой металлургии получают теплопрочные материалы САП (спеченная алюминиевая пудра). САП обладают прочностью до 330 МПа при комнатной температуре и 70-80 МПа при Т = 500 ºС.

При соответствующей дегазации материалы САП свариваются удовлетворительно.

В сварных конструкциях начали применять титановые сплавы. Они пока еще дороги, но обладают многими ценными свойствами.

Титановые сплавы, как и алюминиевые, имеют малую плотность (около 4500 кг/м³) и высокие механические показатели.

Пределы прочности и текучести основного металла могут иметь значения до 1000 МПа и выше, причем отношение σ_т/σ_B = 0,85 - 0,95. У технического титана ВТ1-0 это отношение приближается к 0,75. Близость значений σ_т и σ_B является причиной повышенной чувствительности к концентраторам напряжения, что отрицательно сказывается на работе конструкций из титановых сплавов. Пределы прочности сварных соединений составляют от 0,8 до 1 прочности основного металла.

Конструкции, изготовленные из титана, при относительно малой массе обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими механическими свойствами и красивым внешним видом. Они применяются в химическом машиностроении, в некоторых видах летательных аппаратов, в судостроении, приборостроении, а также при возведении монументов.

Конструкции из магниевых, медных и других сплавов встречаются редко.

Магниевые сплавы обладают малой плотностью и невысокими прочностными характеристиками. Разработаны методы их сварки различными способами. Медные сплавы обладают высокой плотностью, хорошей электропроводностью; свариваются различными способами.

Ряд ценных свойств имеют сплавы на основе бериллия. Они обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким модулем упругости, но используются крайне редко ввиду, с одной стороны, своей высокой стоимости, а с другой - сложности их обработки. Бериллиевые сплавы очень токсичны и без применения особых мер предосторожности могут принести большой вред здоровью человека.

В промышленности широко применяются никелевые сплавы.

Никелевые сплавы хорошо свариваются под флюсом, аргонодуговым способом. Разработан ряд марок электродов для ручной дуговой сварки. Механические свойства швов при сварке никелевых сплавов имеют достаточно высокие показатели, часто не уступают свойствам основного металла.

Развивается применение полимеров. Полимеры используются в декоративных изделиях, в ряде деталей машин, например, подшипников, в деталях транспортных конструкций.

Термопластичные полимеры (термопласты) - высокомолекулярные материалы, которые при нагреве до определенной температуры переходят в вязкотекучее состояние, а при последующем охлаждении возвращаются в исходное. Эти материалы хорошо соединяются сваркой. К хорошо свариваемым материалам относятся полистирол, полиметилметакрилат, полиэтилен и многие другие. В сварных конструкциях целесообразно применять винипласт и полистирол, которые обладают относительно высокой прочностью, легко обрабатываются и свариваются, хотя и имеют несколько повышенную чувствительность к надрезу.

Механические свойства полимеров разнообразны, они нередко достаточно высоки. Полимеры часто склонны к старению - ухудшению физико-механических свойств с течением времени. В слабо нагруженных конструкциях полимеры заменяют металл.

В последние годы получили развитие конструкции из составных композитных материалов, представляющих компактную массу с разнородными составляющими, в частности, с вкраплением в матрицу высокопрочных или тугоплавких составляющих. Разрабатываются методы сварки композитных материалов.

Созданы порошковые материалы. Из них легко выполняются изделия любой формы. Порошковые материалы получают спеканием, прессованием. Многие порошковые материалы имеют хорошие механические свойства и могут свариваться.

Сортамент проката

В сварных конструкциях применяют металл в виде проката, отливок, поковок и штампованных изделий. Наиболее часто сварные конструкции изготовляют из проката. Его разделяют на группы: листовой, простой сортовой, фасонный и периодический.

Листовой прокат. Листовую сталь получают прокаткой между валками, без бокового давления. Сортамент на толстую листовую сталь (ГОСТ 5681-57) включает листы толщиной от 4 до 160 мм. Листовой прокат приобретает все большее значение в промышленности. Стоимость проката зависит от его сорта и размеров. Наименьшую стоимость имеют профили типовых размеров.

Двутавровые балки (двутавры) - профильные элементы с большими моментами инерции при относительно небольших площадях поперечного сечения. Номер двутавра указывает его высоту в сантиметрах. Начиная с № 18 и выше двутавры прокатывают с различной площадью поперечного сечения при одной и той же высоте профиля (ГОСТ 8239-72).

К простому сортовому прокату относят сталь круглую, шестигранную, полосовую. Круглую сталь (ГОСТ 2590-71) широко используют в качестве арматуры железобетонных сооружений, а также в строительных конструкциях, работающих под небольшими нагрузками, например, в фермах легкого типа.

Фасонные профили общего назначения. Если элемент конструкции подвергается изгибу, то рациональность профиля с позиции минимальной массы при заданной несущей способности определяется отношением W/F, где W - момент сопротивления изгибу, F - площадь поперечного сечения. Чем больше W/F, тем эффективнее используется профильный прокат.

Более экономичны двутавры с параллельными гранями полок (так называемые широкополочные двутавры), широко применяемые за рубежом. С пуском в 1978 г. нового универсального балочного стана такие двутавры выпускаются в Нижнем Тагиле в России по ГОСТ 26020-83. Двутавры применяют в различных строительных и машиностроительных конструкциях.

Угловая сталь (уголки) состоит из двух полок равной или неравной ширины. Сортамент угловой стали определяют ГОСТ 8509-93 и 8510-86. Уголки широко применяют в конструкциях ферм и рам.

Швеллеры используют при конструировании станин, рам, элементов ферм и других видов конструкций. Сортамент швеллеров определяет ГОСТ 8240-89.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 429; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!