Технологии обработки и свойства конструкционных материалов

Конструкционные материалы

В процессе работы конструкционные материалы неоднократно подвергаются механическим нагрузкам. Они характеризуются большим разнообразием форм и условиями эксплуатации. Задача производителя конструкционных материалов заключается в изготовлении готовой детали, которая готова к эксплуатации в условиях разных температур, сред и интенсивных нагрузок. Конструкционные материалы классифицируются следующим образом:

1. Металлические конструкционные материалы. Основу данных материалов составляют сплавы из чугуна железа и стали. В некоторых случаях используются с немагнитными и магнитными формами. Могут применяться не цветные и цветные сочетания металлов. В большинстве случаев это алюминий, но возможно использование сплавов на его основе. Сплавы применяются в том случае, если необходимо преобразовывать и деформировать неоднократно деталь.
2. Неметаллические конструкционные материалы. Использовать данные материалы начали гораздо позднее, чем металлические, благодаря развитию технологий они стали более дешевой альтернативой. Но, при этом неметаллические материалы обладают высокими показателями надежности и прочности. Такими материалами являются: древесина, стекло, керамика и резина разных видов.
3. Композиционные конструкционные материалы. Данные материалы состоят из элементов, которые по свойствам существенно отличаются друг от друга. Благодаря им создаются конструкции с заранее определенными параметрами. Основная цель использования конструкционных материалов - увеличение эффективности. Название композиционного материала обусловлено материалом его матрицы, то есть материалы с керамической матрицей - керамические, с металлической - металлические и т. д. Композиционные материалы создаются искусственным способом, материал на выходе обладает новым составом свойств.

Еще одним признаком классификации конструкционных материалов является технический критерий, согласно которому различают:

• неплотные материалы,
• материалы с высокой прочностью,
• упругие конструкционные материалы,
• материалы, которые устойчивы к природным воздействиям,
• материалы с повышенной прочностью,
• долговечные материалы,
• материалы, которые отличаются технологическими возможностями.

Способы обработки конструкционных материалов

Существует большое количество способов обработки конструкционных материалов, в их числе:

1. Литейное производство, к которому относятся литье в песчано-глинистые формы, в кокиль, в оболочковые формы, а также центробежное литье, литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.
2. Обработка давлением, к которому относятся ковка, прокатка, волочение, прессование и штамповка.
3. Сварка, к которой относятся термомеханическая сварка и сварка плавлением.
4. Резание, к которому относятся фрезерная токарная обработка и другие способы резания.
5. Абразивная обработка.
6. Электрохимические и электрофизические методы обработки, к которым относятся лучевые способы размерной обработки, электроэрозионная обработка, ультразвуковая обработка, а также химическая и электрохимическая обработка.

Свойства конструкционных материалов

Все свойства конструкционных материалов делятся на три группы: физические, механические и эксплуатационные свойства. К механическим свойствам относятся показатели поведения материалов при условиях разной нагрузки. Основными из них являются прочность - способность противостоять разрушению, пластичность - способность необратимо изменять размеры и форму при нагрузке, твердость - способность противостоять царапанию и надавливанию и жесткость - способность противостоять деформации. Механические свойства определяются химическим составом и внутренней структурой материала. На уровень данных свойств влияют условия предварительной обработки. Большинство механических свойств взаимосвязаны - высокие характеристики одной категории могут сочетаться с низкими характеристиками другой категории.

К физическим свойствам материала относятся те параметры, которые можно измерить. Основными физическими свойствами являются плотность, коэффициент объемного расширения, электропроводность, температура перехода в другое структурное состояние, теплоемкость или теплопроводность. Данные свойства могут измеряться непосредственно. Для каждого материала разработаны методики оценки, поэтому результат определяется узким диапазоном значений.

Эксплуатационные свойства материала необходимы для оценки долговечности/износостойкость готового изделия. Ими определяются потребительская ценность. Износостойкость представляет собой способность материала противостоять контактному трению, принимающего различные формы: температурный износ, адгезия, царапание, истирание или дробление.