Классификация конструкционных материалов
Конструкционные материалы – это материалы, из которых изготавливаются детали машин, воспринимающих силовую нагрузку.
К основным критериям качества конструкционных материалов относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам, такие как ресурс, прочность, вязкость, надежность и другие. Конструкционные материалы классифицируются по следующим признакам:
- Природа. Согласно данному признаку конструкционные материалы делятся на неметаллические, металлические и композиционные.
- Технологическое исполнение. Согласно данному признаку конструкционные материалы делятся на литые, деформированные, склеиваемые, формуемые, спекаемые, свариваемые.
- Условия работы. Согласно данному признаку конструкционные материалы делятся на жаропрочные, маслостойкие, коррозионностойкие, окалиностойкие, износостойкие, а также материалы, которые работают при низких температура.
- Прочность. Согласно данному признаку конструкционные материалы делятся на материалы средней и малой прочности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности и материалы с большим запасом пластичности.
Композиционный материал – это многокомпонентный материал, который изготовлен из минимум двух компонентов, существенно отличающихся друг от друга химическими и физическими свойствами.
Быстрое развитие техники предъявляет высокие требования к конструкционным материалам и стимулирует создание новых. Например, для того, чтобы снизить массу летательных аппаратов используются многослойные конструкции, в которых сочетаются прочность, легкость и жесткость. Внешнее армирование стеклопластиком замкнутых объемов и металла существенно снижает массу по сравнению с металлическими конструкциями. Во многих областях науки и техники существует необходимость в конструкционных материалах с высокой прочностью и высокими теплозащитными, электрическими и оптическими свойствами.
Обработка конструкционных материалов
Существует большое количество способов обработки конструкционных материалов, в зависимости от свойств и требуемого результата. Самыми распространенными способами обработки конструкционных металлических материалов являются:
- Прокатка. Данный вид обработки заключается в обжатии заготовки вращающимися валами, между которыми она втягивается, а ее поперечные размеры уменьшаются.
- Прессование. Данный вид обработки заключается в продавливании заготовки.
- Волочение. При данном способе обработки заготовка протягивается через сужающуюся полость матрицы, что способствует уменьшению площади поперечного сечения.
- Штамповка. Результатом данной обработки является изменение формы и размеров заготовки.
- Резание. Цель резания, как способа обработки, заключается в изменении формы и размеров заготовки. Распространенными способами резания являются точение, шлифование, протягивание, строгание, развертывание, фрезерование, сверление.
- Термическая обработка. Данный вид обработки заключается в нагреве до определенной температуры и последующим охлаждением для улучшения свойств металла. Основные виды термической обработки отпуск, закаливание и отжиг.
- Электрохимическая обработка. Такой вид обработки предназначен для придания заготовке определенных форм, размеров и свойств поверхностного слоя. Самыми распространенными видами электрохимической обработки являются гальваностегия, полирование, травление, оксидирование, размерная обработка.
Самыми распространенными неметаллическими материалами, которые используются в качестве конструкционных являются пластмасса, древесина, резина, стекло и керамика. Пластмасса может обрабатываться посредством экструзии, литья под давлением, виброформования, прессования, отливки, вспенивания или вакуумной формовки. Древесина может подвергаться механической обработке - точение, прессование, строгание, долбление, пиление и гнутье; гидротермической обработке - пропитка, сушка, инфракрасная сушка и пропаривание; склеиванию; отделке - лакирование, морение, вощение, браширование. Основной способ обработки резины - вулканизация. Стекло может подвергаться абразивной обработке: шлифовке, гранению, декорированию; термоxимической обработке; ультрафиолетовой склейке; химической обработке; термоxимическому уплотнению.
Композиционные материалы могут быть выполнены на основе металла, керамики или полимеров. Таким образом они могут обрабатываться, как способами для металлических материалов, так и для неметаллических. Самыми распространенными среди них являются резание, распиливание, обжиг, оклеивание, прокатка, крепление, сгибание, сварка, сверление, пробивание, точение, клепание и декоративная обработка.
