Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Конструкці́йні матеріа́ли (англ. constructional materials, engineering materials, structural materials) — це матеріали, з яких виготовляють деталі конструкцій (машин та споруд), що зазнають силових впливів (навантажень). Визначальними характеристиками конструкційних матеріалів є їх механічні властивості, що і вирізняє їх від інших технічних матеріалів (оптичних, ізоляційних, змащувальних, лакофарбових, абразивних тощо). До основних критеріїв оцінки якості конструкційних матеріалів належать параметри опору до зовнішніх навантажень: міцність, ударна в'язкість, витривалість, довговічність тощо.
Розвиток конструкційних матеріалів
Тривалий період у своєму розвитку людство використовувало для власних потреб (знаряддя праці і мисливства, господарське начиння, прикраси тощо) досить обмежений перелік матеріалів: деревину, камінь, волокна рослинного і тваринного походження, випалену глину, скло, бронзу, залізо. Промислова революція XVIII ст. і подальший розвиток техніки, особливо створення парових машин і поява в кінці XIX ст. двигунів внутрішнього згоряння, електричних машин і автомобілів, підвищили і диференціювали вимоги до матеріалів їх деталей, що працюють у складних умовах. Основою конструкційних матеріалів стали металеві сплави, до яких належали сплави на основі заліза (чавуни і сталі) та кольорові метали: сплави міді (бронзи і латуні), свинцю та олова).
При конструюванні літальних апаратів, коли головною вимогою, що ставилась до конструкційних матеріалів, стала висока питома міцність, поширення набули деревинні композити (фанера), низьколеговані сталі, алюмінієві і магнієві сплави. Подальший розвиток реактивної та ракетної техніки став вимагати створення нових жароміцних сплавів на нікелевій і кобальтовій основах, сталей, титанових, алюмінієвих, магнієвих сплавів, придатних до роботи при високих температурах.
Удосконалення техніки на кожному етапі розвитку висувало все нові і складніші вимоги до конструкційних матеріалів (температурна стійкість, зносостійкість, електрична провідність тощо) та стимулювало створення нових матеріалів. Наприклад, суднобудуванню потрібні сталі і сплави з доброю зварюваністю і високою корозійною стійкістю, а хімічному машинобудуванню — з високою стійкістю до агресивних середовищ.
Для багатьох областей техніки є необхідними конструкційні матеріали, що поєднують конструкційну міцність з високими електричними, теплозахисними, оптичними та іншими властивостями.
Класифікації конструкційних матеріалів
Конструкційні матеріали поділяються:
- за природою матеріалів — на металеві, неметалеві і композиційні матеріали, що поєднують позитивні властивості двох попередніх;
- за технологічними особливостями переробки — на деформовані (прокат, поковки, штамповки, пресовані профілі тощо), ливарні, спічні, формовані, клеєні, зварні;
- за умовами роботи — на ті, що працюють при низьких температурах, жароміцні, корозіє-, окалино-, зносо-, паливо-, маслостійкі і т. д.;
- за критеріями міцності — на матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.
Металеві конструкційні матеріали
Металеві конструкційні матеріали поділяють за системами сплавів на чорні метали (сталі та чавуни) та сплави кольорових металів (алюмінієві, магнієві, титанові, мідні, нікелеві, молібденові, вольфрамові тощо).
До конструкційних матеріалів належить більшість марок сталей, що називають «конструкційними». Виняток становлять сталі, які не використовуються в силових елементах конструкцій: інструментальні сталі, сталі для нагрівальних елементів, для присадного дроту (при зварюванні) і деякі інші з особливими фізичними та технологічними властивостями. Сталі становлять основний обсяг конструкційних матеріалів, що знайшли застосування у техніці. Вони відрізняються широким діапазоном міцності — від 200 до 3000 МН/м², пластичність сталей досягає 80 %, ударна в'язкість — до 3 МДж/м².
Крім того, за методами зміцнення сталі класифікуються на: гартівні, покращувані, старіючі, цементовані, ціановані, азотовані тощо, а за структурою: аустенітні, феритні, мартенситостаріючі тощо.
Чавуни широко використовуються у машинобудуванні для виготовлення станин, колінчастих валів, зубчастих коліс, блоків циліндрів двигунів внутрішнього згорання, деталей, що працюють при температурі до 1200 °С в окиснювальних середовищах та ін. Міцність чавунів у залежності від легування становить від 110 МН/м² до 1350 МН/м² (легований магнієвий чавун).
Нікелеві та кобальтові сплави зберігають міцність до температур 1000…1100 °С. Застосовуються в авіаційних і ракетних двигунах, парових турбінах, апаратах, що працюють в агресивних середовищах тощо.
Міцність алюмінієвих сплавів становить: деформівних до 750 МН/м², ливарних до 550 МН/м², за питомою механічною жорсткістю вони значно перевершують сталі. Служать для виготовлення корпусів літаків, вертольотів, ракет, суден різного призначення.
Магнієві сплави відрізняються малою густиною (у 4 рази меншою, ніж у сталі), мають міцність до 400 МН/м² і вище; застосовуються переважно у вигляді литва в конструкціях літальних апаратів, в автомобілебудуванні, в текстильній і поліграфічній промисловості.
Титанові сплави успішно конкурують в ряді галузей техніки зі сталями і алюмінієвими сплавами, перевершуючи їх за питомими міцністю та механічною жорсткістю, корозійною стійкістю. Сплави мають міцність до 1600 МН/м² і більше. Застосовуються для виготовлення компресорів авіаційних двигунів, апаратів хімічної та нафтопереробної промисловості.
Неметалеві конструкційні матеріали
До неметалевих конструкційних матеріалів відносяться пластики, кераміка, металокераміка, скло, гума, деревина тощо.
Неметалеві конструкційні матеріали поділяють за ізомерним складом, технологічним виконанням (пресовані, ткані, намотані, формовані тощо), за типами наповнювачів (армувальних елементів) і за характером їх розташування та орієнтації.
Пластики на основі термореактивних смол і фторопластів, армовані (зміцнені) скляними, кварцовими, азбестовими волокнами, тканинами чи стрічками, застосовують в авіації, ракетобудуванні, в енергетичному та транспортному машинобудуванні. Термопластичні полімерні матеріали — полістирол, поліметилметакрилат, поліаміди, фторопласти, а також реактопласти використовують в деталях електро- і радіообладнання, вузлах тертя, що працюють у різних середовищах.
Мінеральне (силікатне, кварцове) скло — система, що складається з оксидів різних елементів, у першу чергу оксиду кремнію SiO2, що використовується для засклення будівель чи транспортних засобів.
З кераміки виготовляють деталі, що працюють за високих температур. Основою цих Матеріалів є порошки тугоплавких сполук типу карбідів, боридів, нітридів та оксидів. Наприклад: TiC, SiC, Cr7C3, CrB, Ni3B, TiB2, BN, TiN, Al2O3, SiO2, ZrO2 тощо.
У металокерамічних матеріалах (металокераміці) основою є кераміка, у яку додається певна кількість металу, що є зв'язкою і забезпечує такі властивості, як пластичність і в'язкість.
Гуми на основі каучуків з додаванням сірки та інших елементів, зміцнені кордовими тканинами, використовуються для виробництва автомобільних та авіаційних шин а також рухомих і нерухомих защільнювачів.
Деревинні матеріали — матеріали, повністю або частково виготовлені з натуральної деревини (лісоматеріали, пресована деревина, модифікована деревина, шарувата клеєна деревина та деревинні композити).
Композиційні конструкційні матеріали
Композиційні матеріали являють собою композиції, що отримуються штучним шляхом з двох і більше різнорідних матеріалів, що сильно відрізняються один від одного за властивостями. У результаті композиція суттєво відрізняється за властивостями від складових компонентів, тобто одержуваний матеріал має новий комплекс властивостей. До складу композиційних матеріалів можуть входити як металеві, так і неметалеві складові.
Перспективи створення композитів конструктивного призначення пов'язані із синтезом матеріалів із елементів, що мають граничні значення властивостей за міцність, тугоплавкістю, термостійкістю тощо. В них використовуються високоміцні елементи (волокна, нитки, дріт, ниткоподібні кристали, гранули, дисперсні надтверді і тугоплавкі сполуки), що утворюють армування матеріалу, яких скріплюється матрицею з пластичного і міцного матеріалу (металевих сплавів або неметалу, переважно полімеру). Композити за питомою міцністю та питомим модулем пружності можуть на 50…100 % перевершувати сталі або алюмінієві сплави і забезпечувати зниження маси конструкцій до 20…50 %.
Критерії вибору конструкційних матеріалів
Вибір виду конструкційного матеріалу для виготовлення того чи іншого об'єкту роблять на основі техніко-економічних параметрів, до яких відносяться:
- технологічні властивості матеріалів — деформівність, оброблюваність різанням, ливарні властивості (рідкоплинність, усадка, схильність до утворення тріщин), зварність, здатність до паяння тощо;
- показники економічної ефективності — вартість, трудомісткість, дефіцитність, коефіцієнт використання при переробленні тощо.
Див. також
Примітки
- Stainless Steel – Grade 304 (UNS S30400) [ 20 червня 2018 у Wayback Machine.]. azom.com
- «Конструкційні матеріали» [ 5 березня 2016 у Wayback Machine.] / Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
Джерела
- Технологія конструкційних матеріалів: Підручник / М. А. Сологуб, І. О. Рожнецький, О. І. Некоз та ін.; За ред. М. А. Сологуба. — 2-ге вид., перероб. і допов. — К.: Вища школа, 2002. — 374 с. — .
- Попович В. В. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: [підручник для студ. вищ. навч. закл.] / В. В. Попович, В. В. Попович. — Львів: Світ, 2006. — 624 с. — .
- Січкаренко К.О. Нові речовини та матеріали в іноваційній діяльності [ 16 червня 2016 у Wayback Machine.]
Посилання
- Конструкційні матеріали // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 111. — .
- «Конструкційні матеріали» [ 5 березня 2016 у Wayback Machine.] // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
- Ливарні сплави [ 24 грудня 2016 у Wayback Machine.] //Енциклопедія сучасної України / ред. кол.: І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001–2023. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Konstrukci jni materia li angl constructional materials engineering materials structural materials ce materiali z yakih vigotovlyayut detali konstrukcij mashin ta sporud sho zaznayut silovih vpliviv navantazhen Viznachalnimi harakteristikami konstrukcijnih materialiv ye yih mehanichni vlastivosti sho i viriznyaye yih vid inshih tehnichnih materialiv optichnih izolyacijnih zmashuvalnih lakofarbovih abrazivnih tosho Do osnovnih kriteriyiv ocinki yakosti konstrukcijnih materialiv nalezhat parametri oporu do zovnishnih navantazhen micnist udarna v yazkist vitrivalist dovgovichnist tosho 192 metrova konstrukciya Arkovih vorit vikonana z neirzhavnoyi austenitnoyi stali marki AISI 304 u Sent Luyisi shtat Missuri SShA Rozvitok konstrukcijnih materialivLopatki turbini iz zharomicnogo splavu Nimonic 80A u dviguni Rolls Royce Nene Trivalij period u svoyemu rozvitku lyudstvo vikoristovuvalo dlya vlasnih potreb znaryaddya praci i mislivstva gospodarske nachinnya prikrasi tosho dosit obmezhenij perelik materialiv derevinu kamin volokna roslinnogo i tvarinnogo pohodzhennya vipalenu glinu sklo bronzu zalizo Promislova revolyuciya XVIII st i podalshij rozvitok tehniki osoblivo stvorennya parovih mashin i poyava v kinci XIX st dviguniv vnutrishnogo zgoryannya elektrichnih mashin i avtomobiliv pidvishili i diferenciyuvali vimogi do materialiv yih detalej sho pracyuyut u skladnih umovah Osnovoyu konstrukcijnih materialiv stali metalevi splavi do yakih nalezhali splavi na osnovi zaliza chavuni i stali ta kolorovi metali splavi midi bronzi i latuni svincyu ta olova Pri konstruyuvanni litalnih aparativ koli golovnoyu vimogoyu sho stavilas do konstrukcijnih materialiv stala visoka pitoma micnist poshirennya nabuli derevinni kompoziti fanera nizkolegovani stali alyuminiyevi i magniyevi splavi Podalshij rozvitok reaktivnoyi ta raketnoyi tehniki stav vimagati stvorennya novih zharomicnih splaviv na nikelevij i kobaltovij osnovah stalej titanovih alyuminiyevih magniyevih splaviv pridatnih do roboti pri visokih temperaturah Udoskonalennya tehniki na kozhnomu etapi rozvitku visuvalo vse novi i skladnishi vimogi do konstrukcijnih materialiv temperaturna stijkist znosostijkist elektrichna providnist tosho ta stimulyuvalo stvorennya novih materialiv Napriklad sudnobuduvannyu potribni stali i splavi z dobroyu zvaryuvanistyu i visokoyu korozijnoyu stijkistyu a himichnomu mashinobuduvannyu z visokoyu stijkistyu do agresivnih seredovish Dlya bagatoh oblastej tehniki ye neobhidnimi konstrukcijni materiali sho poyednuyut konstrukcijnu micnist z visokimi elektrichnimi teplozahisnimi optichnimi ta inshimi vlastivostyami Klasifikaciyi konstrukcijnih materialivAlyuminiyevij prokat Konstrukcijni materiali podilyayutsya za prirodoyu materialiv na metalevi nemetalevi i kompozicijni materiali sho poyednuyut pozitivni vlastivosti dvoh poperednih za tehnologichnimi osoblivostyami pererobki na deformovani prokat pokovki shtampovki presovani profili tosho livarni spichni formovani kleyeni zvarni za umovami roboti na ti sho pracyuyut pri nizkih temperaturah zharomicni koroziye okalino znoso palivo maslostijki i t d za kriteriyami micnosti na materiali maloyi i serednoyi micnosti z velikim zapasom plastichnosti visokomicni z pomirnim zapasom plastichnosti Metalevi konstrukcijni materiali Chavunnij blok cilindriv dviguna vnutrishnogo zgoryannya konfiguraciyi V8 Korpus fotokameri vigotovlenij z magniyevogo splavu metodom littya Metalevi konstrukcijni materiali podilyayut za sistemami splaviv na chorni metali stali ta chavuni ta splavi kolorovih metaliv alyuminiyevi magniyevi titanovi midni nikelevi molibdenovi volframovi tosho Do konstrukcijnih materialiv nalezhit bilshist marok stalej sho nazivayut konstrukcijnimi Vinyatok stanovlyat stali yaki ne vikoristovuyutsya v silovih elementah konstrukcij instrumentalni stali stali dlya nagrivalnih elementiv dlya prisadnogo drotu pri zvaryuvanni i deyaki inshi z osoblivimi fizichnimi ta tehnologichnimi vlastivostyami Stali stanovlyat osnovnij obsyag konstrukcijnih materialiv sho znajshli zastosuvannya u tehnici Voni vidriznyayutsya shirokim diapazonom micnosti vid 200 do 3000 MN m plastichnist stalej dosyagaye 80 udarna v yazkist do 3 MDzh m Krim togo za metodami zmicnennya stali klasifikuyutsya na gartivni pokrashuvani stariyuchi cementovani cianovani azotovani tosho a za strukturoyu austenitni feritni martensitostariyuchi tosho Chavuni shiroko vikoristovuyutsya u mashinobuduvanni dlya vigotovlennya stanin kolinchastih valiv zubchastih kolis blokiv cilindriv dviguniv vnutrishnogo zgorannya detalej sho pracyuyut pri temperaturi do 1200 S v okisnyuvalnih seredovishah ta in Micnist chavuniv u zalezhnosti vid leguvannya stanovit vid 110 MN m do 1350 MN m legovanij magniyevij chavun Nikelevi ta kobaltovi splavi zberigayut micnist do temperatur 1000 1100 S Zastosovuyutsya v aviacijnih i raketnih dvigunah parovih turbinah aparatah sho pracyuyut v agresivnih seredovishah tosho Micnist alyuminiyevih splaviv stanovit deformivnih do 750 MN m livarnih do 550 MN m za pitomoyu mehanichnoyu zhorstkistyu voni znachno perevershuyut stali Sluzhat dlya vigotovlennya korpusiv litakiv vertolotiv raket suden riznogo priznachennya Magniyevi splavi vidriznyayutsya maloyu gustinoyu u 4 razi menshoyu nizh u stali mayut micnist do 400 MN m i vishe zastosovuyutsya perevazhno u viglyadi litva v konstrukciyah litalnih aparativ v avtomobilebuduvanni v tekstilnij i poligrafichnij promislovosti Titanovi splavi uspishno konkuruyut v ryadi galuzej tehniki zi stalyami i alyuminiyevimi splavami perevershuyuchi yih za pitomimi micnistyu ta mehanichnoyu zhorstkistyu korozijnoyu stijkistyu Splavi mayut micnist do 1600 MN m i bilshe Zastosovuyutsya dlya vigotovlennya kompresoriv aviacijnih dviguniv aparativ himichnoyi ta naftopererobnoyi promislovosti Nemetalevi konstrukcijni materiali Gumovi avtomobilni shini Konstrukcijnij derevinnij material u vidi brusa Do nemetalevih konstrukcijnih materialiv vidnosyatsya plastiki keramika metalokeramika sklo guma derevina tosho Nemetalevi konstrukcijni materiali podilyayut za izomernim skladom tehnologichnim vikonannyam presovani tkani namotani formovani tosho za tipami napovnyuvachiv armuvalnih elementiv i za harakterom yih roztashuvannya ta oriyentaciyi Plastiki na osnovi termoreaktivnih smol i ftoroplastiv armovani zmicneni sklyanimi kvarcovimi azbestovimi voloknami tkaninami chi strichkami zastosovuyut v aviaciyi raketobuduvanni v energetichnomu ta transportnomu mashinobuduvanni Termoplastichni polimerni materiali polistirol polimetilmetakrilat poliamidi ftoroplasti a takozh reaktoplasti vikoristovuyut v detalyah elektro i radioobladnannya vuzlah tertya sho pracyuyut u riznih seredovishah Mineralne silikatne kvarcove sklo sistema sho skladayetsya z oksidiv riznih elementiv u pershu chergu oksidu kremniyu SiO2 sho vikoristovuyetsya dlya zasklennya budivel chi transportnih zasobiv Z keramiki vigotovlyayut detali sho pracyuyut za visokih temperatur Osnovoyu cih Materialiv ye poroshki tugoplavkih spoluk tipu karbidiv boridiv nitridiv ta oksidiv Napriklad TiC SiC Cr7C3 CrB Ni3B TiB2 BN TiN Al2O3 SiO2 ZrO2 tosho U metalokeramichnih materialah metalokeramici osnovoyu ye keramika u yaku dodayetsya pevna kilkist metalu sho ye zv yazkoyu i zabezpechuye taki vlastivosti yak plastichnist i v yazkist Gumi na osnovi kauchukiv z dodavannyam sirki ta inshih elementiv zmicneni kordovimi tkaninami vikoristovuyutsya dlya virobnictva avtomobilnih ta aviacijnih shin a takozh ruhomih i neruhomih zashilnyuvachiv Derevinni materiali materiali povnistyu abo chastkovo vigotovleni z naturalnoyi derevini lisomateriali presovana derevina modifikovana derevina sharuvata kleyena derevina ta derevinni kompoziti Kompozicijni konstrukcijni materiali Kompozitnij material z dvovisnim armuvannyam Kompozicijni materiali yavlyayut soboyu kompoziciyi sho otrimuyutsya shtuchnim shlyahom z dvoh i bilshe riznoridnih materialiv sho silno vidriznyayutsya odin vid odnogo za vlastivostyami U rezultati kompoziciya suttyevo vidriznyayetsya za vlastivostyami vid skladovih komponentiv tobto oderzhuvanij material maye novij kompleks vlastivostej Do skladu kompozicijnih materialiv mozhut vhoditi yak metalevi tak i nemetalevi skladovi Perspektivi stvorennya kompozitiv konstruktivnogo priznachennya pov yazani iz sintezom materialiv iz elementiv sho mayut granichni znachennya vlastivostej za micnist tugoplavkistyu termostijkistyu tosho V nih vikoristovuyutsya visokomicni elementi volokna nitki drit nitkopodibni kristali granuli dispersni nadtverdi i tugoplavki spoluki sho utvoryuyut armuvannya materialu yakih skriplyuyetsya matriceyu z plastichnogo i micnogo materialu metalevih splaviv abo nemetalu perevazhno polimeru Kompoziti za pitomoyu micnistyu ta pitomim modulem pruzhnosti mozhut na 50 100 perevershuvati stali abo alyuminiyevi splavi i zabezpechuvati znizhennya masi konstrukcij do 20 50 Dokladnishe KompozitiKriteriyi viboru konstrukcijnih materialivVibir vidu konstrukcijnogo materialu dlya vigotovlennya togo chi inshogo ob yektu roblyat na osnovi tehniko ekonomichnih parametriv do yakih vidnosyatsya tehnologichni vlastivosti materialiv deformivnist obroblyuvanist rizannyam livarni vlastivosti ridkoplinnist usadka shilnist do utvorennya trishin zvarnist zdatnist do payannya tosho pokazniki ekonomichnoyi efektivnosti vartist trudomistkist deficitnist koeficiyent vikoristannya pri pereroblenni tosho Div takozhKonstrukcijna stal Konstrukcijna micnistPrimitkiStainless Steel Grade 304 UNS S30400 20 chervnya 2018 u Wayback Machine azom com Konstrukcijni materiali 5 bereznya 2016 u Wayback Machine Ukrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 DzherelaTehnologiya konstrukcijnih materialiv Pidruchnik M A Sologub I O Rozhneckij O I Nekoz ta in Za red M A Sologuba 2 ge vid pererob i dopov K Visha shkola 2002 374 s ISBN 966 642 033 3 Popovich V V Tehnologiya konstrukcijnih materialiv i materialoznavstvo pidruchnik dlya stud vish navch zakl V V Popovich V V Popovich Lviv Svit 2006 624 s ISBN 966 603 452 2 Sichkarenko K O Novi rechovini ta materiali v inovacijnij diyalnosti 16 chervnya 2016 u Wayback Machine PosilannyaKonstrukcijni materiali Terminologichnij slovnik dovidnik z budivnictva ta arhitekturi R A Shmig V M Boyarchuk I M Dobryanskij V M Barabash za zag red R A Shmiga Lviv 2010 S 111 ISBN 978 966 7407 83 4 Konstrukcijni materiali 5 bereznya 2016 u Wayback Machine Ukrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 Livarni splavi 24 grudnya 2016 u Wayback Machine Enciklopediya suchasnoyi Ukrayini red kol I M Dzyuba ta in NAN Ukrayini NTSh K Institut enciklopedichnih doslidzhen NAN Ukrayini 2001 2023 ISBN 966 02 2074 X