BAUMATERIALIEN, Materialien zur Herstellung von Bauwerken (Maschinen- oder Mechanismusteile, Instrumente, Bauwerke, Fahrzeuge etc.), die mechanische Belastungen wahrnehmen. Strukturmaterialien müssen (im Gegensatz zu anderen technischen Materialien – optische, isolierende, schmierende, Farben und Lacke, dekorative, abrasive usw.) eine hohe strukturelle Festigkeit aufweisen, um ihren zuverlässigen und langfristigen Betrieb unter Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Qualitätskriterien für Strukturmaterialien gehören Parameter der Beständigkeit gegen äußere (statische, zyklische und Stoß-) Belastungen – Festigkeit, spezifische Festigkeit (insbesondere für Strukturmaterialien, die in der Flugzeug- und Raketentechnik verwendet werden), Hitzebeständigkeit, Ausdauer und Bruchzähigkeit (Rissbeständigkeit des Materials). ). In einigen Fällen wichtige Eigenschaften Zu den Strukturmaterialien gehören auch Verschleiß-, Hitze- und Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit, Härtbarkeit usw. mechanische Eigenschaften Strukturmaterialien werden (meistens negativ) durch die Arbeitsumgebung beeinflusst und verursachen Oberflächenschäden durch Korrosionsrisse oder eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Oberflächenschicht infolge der Sättigung mit unerwünschten Elementen (z. B. Wasserstoff, was zur Versprödung des Metalls führt). Strukturen). Baustoffe werden in vielfältiger Weise eingesetzt Temperaturbereich- von -269 bis 2500 °C; Um die Leistung bei hohen Temperaturen zu gewährleisten, muss das Material hitzebeständig und bei niedrigen Temperaturen kältebeständig sein. Die Qualität der Fertigungsteile hängt von der Herstellbarkeit der Strukturmaterialien ab (ihre Bearbeitbarkeit durch Schneiden, Druck, Gussfähigkeit usw.).
Strukturmaterialien werden unterteilt: je nach Art der Materialien – in metallische, nichtmetallische und Verbundwerkstoffe, je nach technologischem Design - in verformte (gewalzte, geschmiedete, gestanzte, extrudierte Profile usw.), gegossene, gesinterte, geformte, geklebte, geschweißte (durch Schmelzen, Explosion, Diffusionsspleißen usw.); je nach Betriebsbedingungen - für diejenigen, die bei arbeiten niedrige Temperaturen, hitzebeständig, korrosions-, zunder-, verschleiß-, kraftstoff-, ölbeständig usw.; nach Festigkeitskriterien - für Materialien geringer und mittlerer Festigkeit mit großem Duktilitätsspielraum und hochfeste Materialien mit mäßigem Duktilitätsspielraum.
Die am häufigsten verwendeten Metallkonstruktionsmaterialien sind Baustahl und Gusseisen. Baustähle zeichnen sich durch einen breiten Zugfestigkeitsbereich aus – 200–3000 MPa; Wird im Bau-, Automobil-, Flugzeug-, Traktoren-, Schiffbau usw. verwendet. Die Zugfestigkeit von Gusseisen liegt je nach Legierung zwischen 110 MPa (Chugal) und 1350 MPa (mit Magnesium legiertes Gusseisen). Gusseisen wird im Maschinenbau häufig zur Herstellung von Rahmen verwendet. Kurbelwellen, Zahnräder, Motorzylinder interne Verbrennung, Teile, die bei Temperaturen bis zu 1200 °C in einer oxidierenden Umgebung betrieben werden usw. Auch Legierungen auf Basis von Nichteisenmetallen werden in verschiedenen Bereichen der Technik häufig eingesetzt. Nickellegierungen und Kobaltlegierungen behalten ihre Festigkeit und Hitzebeständigkeit bis 1000–1100 °C, intermetallische Legierungen auf Basis der Ni 3 Al-Verbindung – bis 1200 °C; verwendet in Flugzeug- und Raketentriebwerken, Dampf- und Gasturbinen, Geräten, die in betrieben werden aggressive Umgebungen usw. Aluminiumlegierungen sind Stahl hinsichtlich der spezifischen Steifigkeit deutlich überlegen; die Zugfestigkeit beträgt bei Knetlegierungen bis zu 750 MPa und bei Gusslegierungen bis zu 550 MPa; werden zur Herstellung von Rümpfen von Flugzeugen, Hubschraubern, Raketen, Schiffen usw. verwendet. Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch eine geringe Dichte (viermal weniger als Stahl) und eine Zugfestigkeit von bis zu 400 MPa und mehr aus; werden vor allem in Form von Gussteilen in Flugzeugstrukturen, in der Automobilindustrie, in der Druckindustrie usw. eingesetzt. Titanlegierungen (Zugfestigkeit bis 1600 MPa oder mehr) sind Stahl- und Aluminiumlegierungen hinsichtlich spezifischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit überlegen und Starrheit; werden für die Herstellung von Kompressoren für Flugzeugtriebwerke, Apparaten für die Ölraffinierung und die chemische Industrie usw. verwendet. Zirkoniumlegierungen weisen zusammen mit einem kleinen Absorptionsquerschnitt für thermische Neutronen Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Umgebungen auf; Wird in der Kernenergie für Strukturelemente verwendet Kern Reaktoren von Kernkraftwerken. Steigerung der Leistungseigenschaften der hergestellten Metallbaustoffe traditionelle Methoden, ist mit der Verwendung von legierten und nanokristallinen Metallpulvern verbunden.
Zu den nichtmetallischen Strukturmaterialien gehören Polymermaterialien, Keramik, feuerfeste Materialien, Glas, Gummi und Holz. Thermoplaste (Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyamide, Fluorkunststoff) sowie Duroplaste werden in Teilen von Elektro- und Funkgeräten sowie in Reibungseinheiten verwendet verschiedene Umgebungen, einschließlich chemisch aktiver: Kraftstoffe, Öle usw. Gläser (Silikat, Quarz, organisch) und darauf basierende Triplexe werden zur Verglasung von Schiffen, Flugzeugen, Raketen verwendet; aus keramische Materialien Teile herstellen, die bei funktionieren hohe Temperaturen. Feuerfeste Materialien werden hauptsächlich in der Eisen- und Nichteisenmetallurgie zur Herstellung von feuerfesten Auskleidungen in Anlagen verwendet, die bei hohen Temperaturen (über 900 °C) betrieben werden. Kautschuke auf Basis verschiedener Kautschuke, verstärkt mit Cordgewebe, werden zur Herstellung von Reifen oder monolithischen Rädern von Flugzeugen und Autos sowie verschiedenen beweglichen und festen Dichtungen verwendet. Das Holz wird als Schwellen, Unterstützung für die Kohle- und Bergbauindustrie sowie für die Produktion verwendet Gebäudestrukturen, Häuser usw.
Verbundwerkstoffe sind Stahl- oder Aluminiumlegierungen hinsichtlich spezifischer Festigkeit und spezifischem Elastizitätsmodul um 50–100 % überlegen und sorgen für eine Gewichtsreduzierung von Strukturen um 20–50 %. Verbundstrukturmaterialien (kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, Organokunststoffe, Organotextolithe, Aluminium-Glasfaser-Kunststoffe usw.) werden häufig in der Struktur von Flugzeugen, Raketen, Energietechnik, Verkehrstechnik usw. verwendet.
Die Herstellung neuer Strukturmaterialien mit verbesserten Eigenschaften (im Vergleich zu herkömmlichen Strukturmaterialien) ist mit der Synthese von Materialien mit submikroskopischer Struktur aus Elementen mit limitierenden Eigenschaften (extrem fest, feuerfest, thermisch stabil) sowie mit der Verwendung von verbunden spezielle Herstellungsverfahren (deutliche Erhöhung der Festigkeit und Haltbarkeit der Materialien). Beispielsweise werden bei metallischen Strukturwerkstoffen durch gerichtete Kristallisation von Stählen und Legierungen Gussteile mit säulenförmiger Kornstruktur, einkristalline Teile aus Nickellegierungen mit einer bestimmten kristallographischen Ausrichtung relativ zu den Betriebsspannungen (Gasturbinenschaufeln) hergestellt; für nichtmetallische Strukturmaterialien werden Methoden zur Orientierung linearer Makromoleküle verwendet Polymermaterialien, Modifizierung mit Nanopartikeln (Fullerene, Nanoröhren, Nanofasern), Herstellung von Polymer-Nanokompositen.
Lit.: Maschinenbau: Enzyklopädie. M., 2001. T. 2/3: Nichteisenmetalle und Legierungen. Verbundwerkstoffe aus Metall / Ed.-comp. I. N. Fridlyander; Bolton W. Strukturmaterialien: Metalle, Legierungen, Polymere, Keramik, Verbundwerkstoffe. 2. Aufl. M., 2007.
Strukturmaterialien sind Materialien, auf deren Grundlage Teile für Maschinen hergestellt werden. Ingenieurbauwerke und Designs. Im Betrieb werden sie immer wieder mechanischen Belastungen ausgesetzt. Solche Teile zeichnen sich nicht nur durch eine große Formenvielfalt, sondern auch durch eine große Funktionsvielfalt aus. Sie werden in verschiedenen Branchen eingesetzt; sie werden zur Herstellung von Industrieöfen, Autoteilen und im Luftfahrtsektor verwendet. Die Aufgabe des Herstellers besteht darin, ein betriebsbereites Bauteil herzustellen unterschiedliche Temperaturen, in verschiedenen Umgebungen und mit ziemlich intensiven Belastungen. Der Hauptunterschied zwischen den Produkten und anderen baulichen Ergänzungen besteht in ihrer Bereitschaft, über einen langen Zeitraum maximale Belastungen aufzunehmen.
Typen, Typen, Klassifizierungen
Aufgrund der Tatsache, dass Metalle praktisch die zuverlässigsten und langlebigsten Komponenten sind, werden Strukturmaterialien in hergestellt in einem größeren Ausmaß von ihnen. Daher werden CMs anhand des Materials, aus dem sie hergestellt wurden, klassifiziert und erkannt. Aufgrund seiner Festigkeit, Zuverlässigkeit und einfachen Verarbeitung ist Stahl oft das bevorzugte Metall.
Die Werkstoffe basieren auf Legierungen aus Stahl, Gusseisen und Eisen. Dieser Typ hat eine gute Festigkeit, Teile und Elemente werden häufiger verwendet als andere. Es werden auch Legierungen mit magnetischer und nicht magnetischer Form verwendet. Es werden farbige und ungefärbte Kombinationen von Metallen verwendet. Oft handelt es sich dabei um Aluminium, in manchen Teilen ist es jedoch möglich, darauf basierende Legierungen zu verwenden. Legierungen werden verwendet, wenn ein Teil wiederholt verformt und umgeformt werden muss. Unter den Nichteisenmetallen werden auch Kupfer (Bronze) und Titan verwendet.
Die Verwendung nichtmetallischer Materialien begann viel später als bei der vorherigen Gruppe. Fortschritte in der Technologie haben dazu beigetragen, eine günstigere Alternative zu schaffen. Gleichzeitig sind auch Nichtmetalle stark und zuverlässig. Nichtmetallische Baumaterialien werden aus Holz, Keramik, Glas usw. hergestellt verschiedene Typen Gummi.
- Verbundwerkstoffe
Verbundwerkstoffe bestehen aus Elementen, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden. Sie ermöglichen die Erstellung von Strukturen mit vorgegebenen Eigenschaften. Materialien werden zur Effizienzsteigerung eingesetzt. Der Name der Zusammensetzung wird durch das Matrixmaterial bestimmt. Solche Materialien haben alle eine Grundlage. Verbundwerkstoffe mit einer Metallmatrix sind metallisch, Keramik ist Keramik und so weiter. Sie werden geschaffen künstlich Das resultierende Material verfügt über neue Eigenschaften. Verbundwerkstoffe können sowohl metallische als auch nichtmetallische Komponenten enthalten.
Es gibt eine weitere Klassifizierung, mit der Sie genau erkennen können, welches Material zur Erledigung der ausgewählten Aufgabe benötigt wird – eine Aufteilung in Typen nach technischen Kriterien.
- Materialien mit erhöhter Festigkeit;
- Materialien mit besonderen technologischen Fähigkeiten;
- Langlebige Materialien (Elemente, deren Funktion nicht durch mechanische Reize beeinträchtigt wird);
- Elastische Strukturmaterialien;
- Lose Materialien;
- Materialien, die gegen natürliche Einflüsse beständig sind;
- Materialien mit hoher Festigkeit.
Anwendungsgebiete
Der Einsatz von Baumaterialien findet in allen Bereichen statt, die mit Konstruktion und Produktion zusammenhängen. Das breiteste Anwendungsspektrum haben die Energie-, Bau- und Maschinenbauindustrie. Hier ist die Sammlung von Strukturen der erste Teil zur Erstellung eines großen Projekts.
| Gruppen | Materialien | Anwendungsbereich | Fell. Eigenschaften |
| Baumaterialien aus Metall | Bronze | Zur Herstellung von Formgussteilen, Buchsen, Lagern, Zahnrädern und Zahnrädern. | Hohe Druckfestigkeit und Reibungsbelastung, oxidiert nicht. |
| Werkzeugstahl | Zur Herstellung von Messgeräten, Schneidteilen und Messschablonen. | Langlebig, schwer, oxidiert nicht, wasserdicht. | |
| Titan | Kritische Teile im Bereich Luftfahrt, Raketentechnik und Medizin. | Leicht, wasserdicht, leitfähig. | |
| Nichtmetallische Strukturmaterialien | Gummi | Dichtungselemente jeglicher Bauart, Spannungsisolatoren, Dichtungen, flexible Teile im Bereich Automobilindustrie, Medizin, Raketenwissenschaft. | Geringe Dichte bei hoher Elastizität. Beständigkeit gegen chemische und thermische Einflüsse. |
| Kunststoffe | Wird häufig zur Herstellung von Produkten verwendet Volkswirtschaft, Automobil-, Lebensmittel-, Luftfahrt- und Bauindustrie. | Geringe Dichte und gute Festigkeit. Niedriger Schmelzpunkt. Chemische Beständigkeit. | |
| Asbest | Herstellung von Rohren, Hausverkleidungen, feuerfesten Stoffen und Dichtstoffen. | Geringe Schlagfestigkeit. Beständigkeit gegen natürliche Einflüsse und Chemikalien. | |
| Keramik | Herstellung von Geschirr, Toiletten- und Badezimmerartikeln. Herstellung von Modellen und Souvenirs. Bestimmte Typen werden zur Herstellung von Messern und verwendet Schneidwerkzeug. | Hohe Dichte, Sprödigkeit, Korrosionsbeständigkeit. Geringe Elastizität. Abriebfestigkeit. | |
| Herstellung von Körperschutz, Verstärkungsschicht Autoreifen, Schutzschicht aus Kabeln, Ausrüstung für Astronauten, Motorradfahrer, Feuerwehrleute. | Hohe Festigkeit, Flexibilität und geringe Dichte. Beständigkeit gegen chemische und mechanische Einflüsse. | ||
| Verbundwerkstoffe | Sperrholz | Möbelproduktion, Innendekoration, vorgefertigte Plattenkonstruktionen im Bauwesen | Geringe Dichte bei hoher Festigkeit. Einfache Verarbeitung |
| Beton | Bau einer Vielzahl von Häusern und Bauwerken. | Hohe Druckfestigkeit. Hohe Dichte. | |
| Fiberglas | Herstellung von Booten und Bootsrümpfen. Karosseriebausatz und dielektrische Teile. Poolverkleidungen und Dekorationsprodukte. | Hohe Festigkeit und geringe Dichte. Geringe Duktilität. |
Der Designer wählt ein Strukturmaterial unter Berücksichtigung seiner mechanischen, physikalischen, chemischen, technologischen und betrieblichen Eigenschaften aus. Die mechanischen Eigenschaften werden durch die Fähigkeit eines Materials bestimmt, verschiedenen äußeren physikalischen Einflüssen standzuhalten. Zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Strukturmaterialien gehören: folgende Eigenschaften:
– Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, plastischer Verformung und Zerstörung unter dem Einfluss äußerer Belastungen zu widerstehen;
– Plastizität ist die Fähigkeit eines Materials, unter Belastung irreversibel Form und Größe zu ändern, ohne dass es zerstört wird;
– Viskosität ist die Fähigkeit eines Materials, bei plastischer Verformung die Energie äußerer Kräfte irreversibel zu absorbieren;
– Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, seine Form und Größe wiederherzustellen, nachdem die Belastung, die die Verformung verursacht hat, entfernt wurde;
– Härte ist die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines anderen Materials in das Material zu widerstehen solide;
– Unter Fragilität versteht man die Fähigkeit eines Materials, unter dem Einfluss äußerer Kräfte ohne sichtbare plastische Verformung zu kollabieren.
Zu den physikalischen Eigenschaften gehören Merkmale des physikalischen Zustands von Materialien und die Beziehung des Materials zu verschiedenen physikalische Prozesse. Zu den wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Strukturmaterialien gehören die folgenden Eigenschaften:
– Dichte – eine physikalische Größe, die für einen homogenen Stoff durch die Masse seiner Volumeneinheit bestimmt wird;
– Wärmeleitfähigkeit ist der Prozess der Energieübertragung von stärker erhitzten Körperteilen zu weniger erhitzten Teilen, der durch chaotisch bewegte Körperteilchen durchgeführt wird;
– Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Stoffes zu leiten elektrischer Strom;
– Der Schmelzpunkt eines Stoffes ist die Temperatur des Phasenübergangs „feste Phase → Schmelze“. Sie wird sowohl beim Schmelzen des Stoffes als auch beim Kristallisieren der Schmelze bestimmt.
Die chemischen Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung des Materials und seiner atomar-elektronischen Struktur ab. Die chemischen Eigenschaften eines Materials zeigen sich in seiner Fähigkeit, mit ihm chemisch zu reagieren Umfeld, in der Möglichkeit der Bildung chemischer Verbindungen und Umwandlungen. Zu den wichtigsten chemischen Eigenschaften von Strukturmaterialien gehören die folgenden Eigenschaften:
– chemische Beständigkeit – die Fähigkeit von Materialien, der zerstörerischen Wirkung von Säuren, Laugen, Salzen und Gasen, die in Wasser und organischen Lösungsmitteln gelöst sind, standzuhalten;
– biologische Resistenz – die Fähigkeit von Materialien und Produkten, den zerstörerischen Auswirkungen von Pilzen und Bakterien zu widerstehen;
– Löslichkeit – die Fähigkeit eines Materials, sich in Wasser, Öl, Benzin, Terpentin und anderen Lösungsmitteln aufzulösen;
Technologische Eigenschaften sind die Eigenschaften eines Materials, nachzugeben auf verschiedene Weise Warm- und Kaltverarbeitung und Ermöglichung der Gewinnung von Rohlingen und aus Rohlingen - Maschinenteilen. Zu den technologischen Eigenschaften zählen die folgenden Eigenschaften:
– Formbarkeit ist die Fähigkeit eines Materials, sich im heißen oder kalten Zustand zu verformen und die gewünschte Form anzunehmen, ohne unter äußerer Einwirkung zu kollabieren;
– Schweißbarkeit ist die Formbarkeit von Werkstoffen dauerhafte Verbindung(Schweißnaht) mit anderen Legierungen und Materialien, die das erforderliche Maß an Festigkeit und Leistungseigenschaften aufweisen;
– Bearbeitbarkeit ist die Fähigkeit von Materialien, Oberflächenschichten des Materials in Form von Spänen unter dem Einfluss eines Schneidwerkzeugs abzutrennen;
– Neigung zur Wärmebehandlung – die Fähigkeit von Materialien, ihre Struktur unter dem Einfluss verschiedener Einflüsse (Wärme, Druck, Strahlung und Felder unterschiedlicher Art) zu ändern und dabei die erforderlichen Eigenschaften zu erlangen;
– Gusseigenschaften – werden durch die Fähigkeit des Materials bestimmt, im geschmolzenen Zustand fließfähig zu sein und während der Erstarrung eine minimale volumetrische und lineare Schrumpfung aufzuweisen.
Leistungseigenschaften charakterisieren die Fähigkeit eines Materials, unter bestimmten Bedingungen zu funktionieren. Zu den Leistungseigenschaften gehören:
– Hitzebeständigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, der Oxidation in einer Gasumgebung bei hohen Temperaturen zu widerstehen;
– Hitzebeständigkeit – diese Eigenschaften charakterisieren die Fähigkeit eines Materials, seine mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beizubehalten;
– Verschleißfestigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, der Zerstörung seiner Oberflächenschichten bei Reibung zu widerstehen;
– Korrosionsbeständigkeit – diese Eigenschaft charakterisiert die Fähigkeit von Materialien, Korrosion in verschiedenen Umgebungen zu widerstehen;
– Kältebeständigkeit – die Fähigkeit eines Materials, plastische Eigenschaften beizubehalten negative Temperaturen;
– Gleitwirkung – die Fähigkeit eines Materials, sich an ein anderes Material anzupassen.
Diese Eigenschaften werden durch spezielle Tests abhängig von den Einsatzbedingungen der Produkte ermittelt.
Auswahl der Teilematerialien - wichtige Etappe, von denen Gewicht, Abmessungen, Kosten und Haltbarkeit von Maschinen maßgeblich abhängen. Um die Kosten von Maschinen zu senken, ist der Ersatz teurer und knapper Materialien von großer Bedeutung. Die Verwendung billigerer Materialien kann jedoch zu einem Anstieg des Gewichts, der Abmessungen und einer Verringerung der Haltbarkeit von Maschinen führen.
Somit ist die Frage der Materialauswahl ein komplexes technisches und wirtschaftliches Problem, bei dessen Lösung wirtschaftliche, technologische und betriebliche Überlegungen zu berücksichtigen sind. Bei der Auswahl der Werkstoffe für Maschinenteile ist unter anderem Folgendes zu berücksichtigen: Produktionsprobleme B. Bereitstellung, Lagerung und Abrechnung von Materialien im Unternehmen, und reduzieren Sie nach Möglichkeit die Auswahl an Namen und Marken der verwendeten Materialien.
Gemäß der grundlegenden Klassifizierung werden alle Baumaterialien üblicherweise in die folgenden Typen unterteilt (Abbildung 2.2).
Abbildung 2.2 – Hauptklassifizierung von Baumaterialien
Metalle (aus dem Lateinischen Metall– meins, meins) – eine Gruppe von Elementen in der Form einfache Substanzen, charakteristisch metallische Eigenschaften, wie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, hohe Duktilität. Metallische Werkstoffe sind im Maschinenbau am häufigsten; diese Werkstoffgruppe umfasst alle Metalle und deren Legierungen. Unter ihnen lassen sich mehrere Gruppen unterscheiden, die sich in ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden:
– Eisenmetalle. Dabei handelt es sich um Eisen und darauf basierende Legierungen – Stahl und Gusseisen.
– Nichteisenmetalle. Zu dieser Gruppe gehören Metalle und deren Legierungen wie Kupfer, Aluminium, Titan, Nickel usw.
Als reine Metalle werden feste Stoffe bezeichnet, die nur aus einer Komponente bestehen. Reine Metalle werden im Maschinenbau selten verwendet. Die häufigste Verwendung metallischer Strukturmaterialien ist die Form von Legierungen. Als Legierungen werden feste Stoffe definiert, die durch die Verschmelzung von zwei oder mehr Metallkomponenten entstehen. Legierungen auf Eisenbasis werden üblicherweise als Eisenlegierungen bezeichnet, Legierungen auf Basis von Nichteisenmetallen als Nichteisenlegierungen. Bei den Nichteisenlegierungen werden leichte und schwere Legierungen unterschieden. Helle Farbe Legierungen sind Legierungen auf Basis von Aluminium, Magnesium, Titan und Beryllium mit geringer Dichte. Schwere Nichteisenlegierungen sind Legierungen auf Basis von Kupfer und Zinn. Solche Legierungen haben eine hohe Dichte. Basierend auf ihrem Schmelzpunkt können Nichteisenlegierungen entweder leicht oder feuerfest sein. Niedrig schmelzende Nichteisenlegierungen sind Legierungen auf Basis von Zink, Cadmium, Zinn, Blei und Wismut. Feuerfeste Nichteisenlegierungen sind Legierungen auf Basis von Molybdän, Niob, Zirkonium, Wolfram, Vanadium usw.
Nichtmetallische Materialien sind nicht nur Ersatzstoffe für Metalle, sondern werden auch als solche verwendet unabhängige Materialien. Unter ihnen lassen sich auch mehrere Gruppen unterscheiden:
Kunststoffe sind Werkstoffe auf Basis hochmolekularer Verbindungen (Polymere), meist mit Füllstoffen. Kunststofffüllstoffe sind pulverförmige, kristalline, faserförmige, gasförmige Stoffe, die die Eigenschaften von Kunststoffen bestimmen. Es gibt Kunststoffe mit festem Füllstoff (Polyethylen, Polystyrol, Polycarbonat etc.) sowie mit gasförmigem Füllstoff (Schaumstoffe, Schaumkunststoffe etc.).
Keramik ist ein Material, das auf Pulvern feuerfester Verbindungen wie Karbiden, Boriden, Nitriden und Oxiden basiert. Zum Beispiel: TiC, SiC, Si 3 N 4, Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2. Keramik ist anderen Werkstoffen hinsichtlich Härte und Verschleißfestigkeit überlegen. Zu den Vorteilen von Keramik zählen ein niedriger Reibungskoeffizient und die Beständigkeit gegenüber aggressiven Umgebungen und hohen Temperaturen.
Glas ist ein Material, das zu 75 % aus Siliziumdioxid besteht und aus Quarzsand durch Reinigung aller Arten von Verunreinigungen gewonnen werden kann. Das Glas enthält außerdem Kalziumoxid, wodurch das Material Haltbarkeit erhält, sowie den üblichen Glanz, Kalium- oder Natriumoxid, die zum Schmelzen des Glases selbst notwendig sind.
Gummi ist ein Material auf Basis von Gummi – einem Kohlenstoff-Wasserstoff-Polymer mit Zusatz von Schwefel und anderen Elementen. Es gibt natürliche (brasilianischer Hevea-Saft) und synthetische (Isopren, Butadien) Kautschuke.
Holz ist ein komplexes organisches Gewebe aus Holzpflanzen.
Verbundwerkstoffe entstehen durch Einbringen einer bestimmten Menge eines anderen Materials in einen Grundwerkstoff, um so besondere Eigenschaften zu erhalten. Ein Verbundwerkstoff kann aus zwei, drei oder mehr Komponenten bestehen. Die Hauptstrukturkomponente eines Verbundwerkstoffs wird als Matrix bezeichnet. Als Verstärkungselemente werden Verstärkungselemente in Form von Fäden, Fasern oder Flocken aus einem festeren Material bezeichnet. Die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen auf Basis des Matrixmaterials und der Verstärkungselemente geben Aufschluss über die Beschaffenheit der Verbundwerkstoffe. Der Name von Verbundwerkstoffen besteht in der Regel aus zwei Teilen: Der erste gibt das Material des Verstärkungselements an, der zweite das Matrixmaterial (z. B. Kohlefaser – ein mit festen Kohlefasern verstärktes Material auf Polymerbasis). Durch die Kombination des Volumengehalts der Komponenten ist es möglich, Verbundwerkstoffe mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten.
Für optimale Wahl Materialien im Maschinenbau verwenden detailliertere Klassifizierungen. So erfolgt beispielsweise die Klassifizierung von Stählen und Legierungen: nach chemischer Zusammensetzung; nach struktureller Zusammensetzung; nach Qualität (nach Produktionsmethode und Inhalt). schädliche Verunreinigungen); durch den Grad der Desoxidation und die Art der Erstarrung des Metalls in der Form; wie beabsichtigt. Zum Beispiel nach der chemischen Zusammensetzung Kohlenstoffstähle je nach Kohlenstoffgehalt in Gruppen eingeteilt: kohlenstoffarm – weniger als 0,3 % C; mittlerer Kohlenstoffgehalt – 0,3...0,7 % C; hoher Kohlenstoffgehalt – mehr als 0,7 % C. Nach Qualität, also nach Herstellungsverfahren und Verunreinigungsgehalt, werden Stähle und Legierungen in vier Gruppen eingeteilt (Tabelle 2.1).
Tabelle 2.1. Klassifizierung von Stählen nach Qualität
| Gruppe | Schwefel S, %, ≤ | Phosphor P, %, ≤ |
| Gewöhnliche Qualität (gewöhnlich) | 0,06 | 0,07 |
| Qualität | 0,04 | 0,035 |
| Hohe Qualität | 0,025 | 0,025 |
| Besonders hochwertig | 0,015 | 0,025 |
Je nach Verwendungszweck werden Stähle und Legierungen in Baustähle, Werkzeugstähle und Stähle mit besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften eingeteilt. Baustähle wiederum werden üblicherweise in Baustähle, Kaltumformstähle, zementierte Stähle, verbesserte Stähle, hochfeste Stähle, Federstähle, Kugellagerstähle, Automatikstähle, korrosionsbeständige Stähle, hitzebeständige Stähle und hitzebeständige Stähle unterteilt Stähle und verschleißfeste Stähle.
Sicherheitsfragen zu Vorlesung 2:
1. Listen Sie die mechanischen Eigenschaften von Materialien auf.
2. Listen Sie die technologischen Eigenschaften von Materialien auf.
3. Wie gut können Materialien durch Schneiden bearbeitet werden?
4. Was sind die Gießeigenschaften von Materialien?
5. Charakterisieren Sie die Leistungseigenschaften von Materialien.
6. Beschreiben Sie die Eigenschaften metallischer Bauwerkstoffe und klassifizieren Sie diese grundsätzlich.
7. Nichtmetallische Strukturmaterialien klassifizieren.
8. Was leitet die Materialwahl im Maschinenbau und was beeinflusst diese Wahl.
Strukturmaterialien sind Materialien, die zur Herstellung von Teilen und verwendet werden Montageeinheiten Blöcke und REA-Geräte und EVA. Sie werden nach der Art des Materials, der technologischen Verwendung und den Betriebsbedingungen klassifiziert.
Von Natur aus werden Materialien in metallische, nichtmetallische und zusammengesetzte Materialien unterteilt. ZU Metallmaterialien Dazu gehören Gusseisen, Stahl, Nichteisenmetalle, Edel- und Seltenerdmetalle, deren Legierungen und Cermets. Nichtmetallische Materialien sind Kunststoffe, Gummi, Holz, Glas, Dielektrika.
Verbundwerkstoffe sind volumetrische Kombination chemisch unterschiedliche Komponenten. Sie haben eine Basis, in der Verstärkungsmittel (Fasern, Drähte) verteilt sind. Die monolithische Verbindung von Basis und Verstärker wird durch ein Bindemittel hergestellt und ermöglicht die effektive Nutzung ihrer individuellen Eigenschaften. Beispiele sind Glasfaser und Kohlefaser.
Je nach technologischer Verwendung werden Strukturmaterialien in gegossene, verformte (gewalzte, geschmiedete, extrudierte Profile usw.), gesinterte, geschweißte usw. unterteilt.
Je nach Betriebsbedingungen werden elektrische, korrosionsbeständige, verschleißfeste und andere Spezialwerkstoffe unterschieden.
Metallbaumaterialien werden in Form von Barren, Stäben (rund, quadratisch und sechseckig), Profilen (Winkel, Kanal, geformt usw.), Blechen, Bändern, Streifen, Drähten und Rohren in verschiedenen Sortimenten geliefert. Das Sortiment besteht aus Daten zum Material nach Qualität, Zustand, Profilen und Größen. Jedes Material hat einen bestimmten Namen und eine bestimmte Güteklasse, zum Beispiel Aluminiumlegierung D16.
Die Auswahl der Materialien erfolgt durch den Konstrukteur auf der Grundlage des Zwecks und der Betriebsbedingungen der Struktur unter Berücksichtigung der Anforderungen der Produktionstechnologie und ihres Gewichts. Die Auswahl erfolgt auf der Grundlage des produzierten Sortiments ihrer Hauptprodukte, Marken, Sortiment, technologischen Eigenschaften und Empfehlungen für die Verwendung bestimmter Materialien verschiedene Arten Teile von Tragkonstruktionen und mechatronischen Geräten von EVA und REA.
Bei der Entwicklung von EVA- und REA-Produkten werden Eisenmetalle, Titanlegierungen, Nichteisenmetalle (Kupfer, Aluminium, Magnesium) und deren Legierungen verwendet. nichtmetallische Materialien, die aus den Nachschlagewerken des Planers mit den im jeweiligen Unternehmen geltenden Beschränkungen ausgewählt werden.
Eisenmetalle. Zu den Eisenmetallen gehören die folgenden Stahlsorten: Kohlenstoff normaler Qualität, hochwertiger Strukturkohlenstoff, Strukturlegierung, korrosionsbeständige Strukturlegierung usw.
Kohlenstoffstahl normaler Qualität wird häufig bei der Herstellung von Langprodukten und Blechen verwendet. Sorten dieses Stahls: St 0, St1,...St7. Je nach Verwendungszweck wird Stahl in drei Gruppen eingeteilt – A, B, C – und wird für dekorative, unkritische Teile verwendet. Bezeichnung der Stahlsorte in der Zeichnung: VSt4kp GOST 380 – 71 * (kp bedeutet „kochend“). Aus dieser Stahlsorte werden lange Walzprofile und geformte Biegeprofile hergestellt. Abschnitte und Blätter werden in verwendet tragende Strukturen einige Arten bodengestützter elektronischer Geräte wie Rahmen, Gestelle, Rahmen und Sockel.
Hochwertiger Kohlenstoffbaustahl (GOST 1050 - 74) kann kohlenstoffarm (C? 0,25 %), mittelgekohlt (C = 0,3–0,45 %) und kohlenstoffreich (C > 0,45 %) sein. Mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu 0,3 % zeichnen sich Stähle durch eine hohe Duktilität und Zähigkeit aus, sind gut schweißbar, unterliegen aber keiner Härtung. Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts geht mit einer Erhöhung der Festigkeitseigenschaften einher, die Duktilität nimmt jedoch ab. Die Härte und Festigkeit von Stählen mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt kann dadurch erhöht werden Wärmebehandlung.
Baulegierte Stähle. Zur Verbesserung der Festigkeit sowie der physikalischen, chemischen und technologischen Eigenschaften wird Stahl durch Einbringen in seine Zusammensetzung legiert verschiedene Elemente. Stahl kann ein oder mehrere Legierungselemente enthalten, die ihm besondere Eigenschaften verleihen. Fast die meisten Teile aus legierten Stählen werden einer Wärmebehandlung unterzogen.
Legierungselemente (Zusätze) haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Eigenschaften von legierten Stählen. Nach GOST 4543-71 haben Legierungselemente folgende Bezeichnungen: Chrom (X), Nickel (N), Mangan (G), Silizium (S), Molybdän (M), Wolfram (B), Titan (T), Aluminium (U), Vanadium (F), Kobalt (K). Alle Legierungselemente mit Ausnahme von Kobalt verbessern die Warmumformbarkeit von Stahl.
Die Erhöhung der Festigkeit von Stahl wird durch die Zugabe von Chrom, Nickel, Mangan und Silizium erreicht. Nickel und Chrom nehmen zu Schlagfestigkeit Stahl. Die Verschleißfestigkeit und Härte von Stahl wird durch die Zugabe von Wolfram, Chrom, Molybdän und Vanadium erhöht. Die Erhöhung der Hitzebeständigkeit von Stahl wird durch die Zugabe von Chrom, Wolfram, Molybdän und Kobalt erreicht. Chrom, Nickel, Titan und Silizium verleihen Stahl Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit.
Das beste Ergebnis bei der Verbesserung der Eigenschaften von Stahl wird durch die Legierung mit mehreren (3-6) Elementen (komplexen legierten Stählen) erzielt, da jedes Element dem Stahl seine eigenen nützlichen spezifischen Eigenschaften verleiht.
Bei der Auswahl von legierten Stählen müssen die hohen Kosten und die Knappheit von Stählen berücksichtigt werden, die Nickel, Wolfram, Molybdän, Kobalt und einige andere Elemente enthalten. Die Verwendung von legierten Stählen mit knappen Elementen ist nur dann erforderlich, wenn ein sorgfältig begründeter struktureller Bedarf besteht.
Kennzeichnung von legierten Stählen. Die Qualität von legiertem Stahl besteht aus einer Kombination aus Buchstaben und Zahlen, die seine chemische Zusammensetzung angibt. Die Zahl hinter dem Buchstaben gibt den Gehalt des Legierungselements in Prozent an. Wenn der Wert nicht angegeben ist, beträgt der Legierungselementgehalt nicht mehr als 1,5 %. Bei Baustählen geben zwei Zahlen am Anfang der Sorte den Kohlenstoffgehalt an – in Hundertstel Prozent. Hochwertige Stähle haben am Ende der Sorte den Buchstaben A. Beispiel: Die Stahlsorte 30ХГСН2А bezeichnet hochwertigen legierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,30 %, bis zu 1 % Chrom, Mangan, Silizium und 2 % Nickel.
Um die Oberfläche zu verhärten, wird Stahl zementiert oder nitriert. Einsatzstähle sind kohlenstoffarme (0,1 - 0,30 % C), niedrig- und mittellegierte (bis zu 10 % Legierungselement) Stähle. Für kritische Teile wird nitrierter Stahl –38ХМУА verwendet.
Nichteisenmetalle und Legierungen. Hierzu zählen alle Metalle außer Eisen. Lassen Sie uns überlegen Strukturmetalle und Legierungen, die in REA- und EVA-Produkten verwendet werden. Zu dieser Gruppe gehören: Aluminium, Kupfer, Titan, Magnesium, Beryllium und deren Legierungen.
Aluminium – Das Metall hat eine silberweiße Farbe, eine geringe Dichte (2,7 g/cm3), eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Duktilität, aber eine geringe Festigkeit. Aluminium lässt sich gut schweißen und unter Druck verarbeiten, ist aber schwer zu schneiden. Es wird zur Herstellung von Drähten und Folien verwendet, um andere Metalle vor Korrosion zu schützen und um Legierungen mit höheren mechanischen Eigenschaften als Aluminium herzustellen. Aluminiumlegierungen mit Magnesium, Kupfer, Silizium und Mangan werden in Knet- und Gusslegierungen unterteilt.
Knetlegierungen aus Aluminium. Zu diesen Legierungen mit erhöhter Duktilität gehören Legierungen aus Aluminium mit Mangan (Amz) und Magnesium (Amg). Sie werden überwiegend im geglühten (weichen) Zustand eingesetzt. Zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften werden die Aluminiumlegierungen Amts und Amg kaltverformt, wobei die Duktilität stark reduziert wird. Amts- und Amg-Legierungen werden zur Herstellung von Gehäusen, Schalen, Deckeln, Nieten usw. verwendet.
Weit verbreitet sind Legierungen aus Aluminium mit Kupfer, Mangan und Magnesium – Duraluminium. Die Festigkeit der Legierung wird durch Kupfer und Magnesium erhöht, Mangan erhöht ihre Härte und Korrosionsbeständigkeit. Duraluminiumlegierungen sind mit dem Buchstaben D gekennzeichnet, gefolgt von einer Zahl, die die konventionelle Nummer der Legierung angibt. Die thermische Behandlung von Duraluminium besteht aus Härten, natürlicher und künstlicher Alterung. Zum Aushärten werden die Legierungen in einem Salzbad auf 500 °C erhitzt und in Wasser abgekühlt. Die natürliche Reifung erfolgt 5-7 Tage lang bei Raumtemperatur. Die künstliche Alterung erfolgt bei 150–180 °C für 2–4 Stunden. Daher werden sie einer Plattierung unterzogen, bei der ein mit reinem Aluminium umwickelter Duraluminiumrohling heißgewalzt wird. Aluminium ist verschweißt und schützt die Duraluminiumoberfläche vor Korrosion. Duraluminium wird in Form von Blechen, gepressten und gewalzten Profilen, Stangen und Rohren hergestellt. Sie werden zur Herstellung von Teilen verwendet hohe Festigkeit und geringes Gewicht. Sie werden häufig in der Flugzeugindustrie eingesetzt.
Aluminiumgusslegierungen. Sie werden durch Zugabe von Silizium zu Aluminium bis zu 23 % gewonnen. Diese Legierungen werden genannt Silumine. Sie werden mit den Buchstaben AL und einer Zahl bezeichnet, die die bedingte Nummer der Legierung angibt. Der Legierung werden außerdem Legierungszusätze (Kupfer, Magnesium, Zink, Titan) zugesetzt, die die mechanische Festigkeit nach der Wärmebehandlung verbessern.
Kupfer und Kupferlegierungen. Kupfer ist ein rosarotes Metall mit hohe dichte(8,94 g/cm3), hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Duktilität. Kupfer ist technologisch fortgeschritten, d. h. es lässt sich gut walzen, löten und schweißen, ist aber schwer zu schneiden. Aufgrund seiner hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften wird Kupfer häufig zur Herstellung verschiedener Stromleiter, leitfähiger Teile, Wärmetauscher usw. verwendet.
Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Messing ist fester, korrosionsbeständiger und billiger als Kupfer. Es lässt sich gut durch Druck und Schneiden verarbeiten und weist gute Gusseigenschaften auf. Hauptmarken von Messing: L80, L63, LS59 – 1 usw.
Bronze – Es ist eine Legierung aus Kupfer mit Zinn und anderen Elementen: Aluminium, Beryllium, Silizium, Mangan, Blei. Bronzen weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Gusseigenschaften sowie gute Gleiteigenschaften und Bearbeitbarkeit auf.
Bronze wird nach dem gleichen Prinzip wie Messing gekennzeichnet. Nach den Buchstaben Br (Bronze) stehen die Bezeichnungen der Bestandteile der Legierung und deren prozentualer Gehalt. Beispielsweise gibt die Marke BrOTsS5-5-5 an, dass Bronze 5 % Zinn, Zink und Blei enthält, der Rest besteht aus 85 % Kupfer.
Je nach chemischer Zusammensetzung werden Bronzen in zinnhaltige und zinnfreie Bronzen sowie nach ihrer Zusammensetzung eingeteilt technologischer Zweck– zum Gießen und verformbar. Zinnbronzen haben gute Gleit-, Korrosions- und Gusseigenschaften, einige Sorten (Beryllium) haben auch elastische Eigenschaften. Es wird zur Herstellung von Gleitlagern, Schneckenrädern, elektrischen Kontakten und Federn verwendet. Der Preis dieser Bronzen ist hoch.
Zinnfreie Bronzen sind in Guss-, Gleit- und anderen Qualitäten schlechter als Zinnbronzen, aber eine Reihe anderer Indikatoren (mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit) sind höher. Berylliumbronze BrB2 verfügt über hohe mechanische, reibungsmindernde und elastische Eigenschaften und wird zur Herstellung von Teilen wie Federn, Kontakten und Membranen verwendet.
Magnesium, Titan und darauf basierende Legierungen. Magnesium ist das leichteste der technischen Nichteisenmetalle (Dichte 1,74 g/cm3). Technisch reines Magnesium ist ein zerbrechliches Metall mit geringer Plastizität und geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften werden Magnesium Aluminium, Silizium, Mangan, Zink, Thorium, Cäsium, Zirkonium zugesetzt und einer Wärmebehandlung unterzogen.
Magnesiumlegierungen werden in Guss- und Knetlegierungen unterteilt. Erstere werden zur Herstellung von Teilen durch Gießen verwendet. Sie sind mit den Buchstaben ML und Zahlen gekennzeichnet, die die Seriennummer der Legierung angeben, zum Beispiel ML5. ML-Legierungen werden im Flugzeugbau und in der Radioindustrie zur Herstellung von Gehäusen, Fahrgestellen usw. verwendet. Letztere sind für die Herstellung von Teilen aus Blechen, Stangen und Profilen bestimmt. Markierung von MA-Legierungen. Sie werden für Produkte eingesetzt, bei denen ein geringes Gewicht erforderlich ist. Aufgrund der geringen Korrosionsbeständigkeit von Magnesiumlegierungen werden daraus hergestellte Teile oxidiert und anschließend mit Farb- und Lackbeschichtungen versehen.
Titan – silbergrau Metall mit geringer Dichte – 4,5 g/cm 3, hoher mechanischer Festigkeit und guter Korrosion und chemische Beständigkeit. Titan hat geringe Gleiteigenschaften und ist schwer zu schneiden. Bezeichnung VT und Seriennummer der Legierung. Sie produzieren Guss- und Knetlegierungen. Sie werden im Flugzeug-, Raketen- und Flugzeuginstrumentenbau eingesetzt. Zum Gießen werden beispielsweise VT5L-Legierungen verwendet, aus denen Gussteile hergestellt werden hohe Qualität in einer Umgebung aus Inertgasen oder Vakuum. Eine weitere wertvolle Eigenschaft ist, dass Titanlegierungen Stahl ähneln Temperaturkoeffizient lineare Ausdehnung.
Nichtmetallische Materialien. Dazu zählen Kunststoffe und Gummi. Kunststoffe haben gute dielektrische Eigenschaften; ihre mechanische Eigenschaften hängen von der Kunststoffmarke ab. Kunststoffe werden in duroplastische und thermoplastische Kunststoffe unterteilt.
Duroplastische Kunststoffe gehen beim erneuten Erhitzen nicht in einen plastischen Zustand über, da die in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Harze während des Herstellungsprozesses polymerisiert und in einen Stoff mit neuen Eigenschaften umgewandelt werden. Duroplastische Kunststoffe wiederum lassen sich in monolithische (Fluorkunststoff-4), geschichtete (Textolith, Getinax, Glasfaserplatten) und Verbundwerkstoffe unterteilen, die neben Harz auch Füllstoffe in Form von Glasfasern, Baumwollfasern und anderen Materialien enthalten.
Thermoplastische Kunststoffe (Polyethylen, Vinylkunststoff, Fluorkunststoff-3, Polymethylacrylat usw.) werden beim Erhitzen weich und verschmelzen. Das dabei entstehende Material kann dem Recycling zugeführt werden.
Basislaminate:
- 1. Textolith wird durch Heißpressen von mit Phenol-Formaldehyd-Harz imprägniertem Baumwollgewebe hergestellt; Textolith wird in den Qualitäten PT und PTK (strukturell) sowie A, B, V, HF, G (elektrisch) hergestellt. Es verfügt über gute dielektrische und Gleiteigenschaften. Textolith wird zur Befestigung von Streifen, Platten, Schilden, Zahnstangen und Zahnrädern verwendet.
- 2. Glasfaser hat eine Basis – Glasfaser und wird in zwei Typen hergestellt – Elektroqualitäten ST, STU, STK, STEF SF-1, SF-2, die in der Fertigung weit verbreitet sind Leiterplatten, Paneele, Chassis und Strukturmarke KAST.
- 3. Getinax unterscheidet sich von Textolite nur durch die Basis, für die Papier verwendet wird; Es wird zur Herstellung unkritischer Leiterplatten verwendet.
Fluorkunststoff - 4 (Teflon) ist ein gutes Dielektrikum, hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ist leicht zu bearbeiten; wird zur Herstellung von Isolier- und Installationsteilen (Durchführungen, Dichtungen, Gestellen) sowie von Teilen von Mikrowellenantennen-Einspeisegeräten verwendet. Duroplastische Verbundkunststoffe werden bei Bedarf für elektrische und strukturelle Teile verwendet erhöhte Kraft und Hitzebeständigkeit, besonders charakteristisch für Glasfaserverbundlaminat.
Polyamide gehören zu den thermoplastischen Kunststoffen und werden als Material für im Gussverfahren hergestellte Rahmen, Rahmen, Paletten und elektrisch isolierende Teile verwendet. Das Material wirkt gut gegen Reibung und Verschleiß, ist aber ein schlechter Wärmeleiter.
Polyethylen wird als Hochfrequenzdielektrikum als Rahmen, Schutzschirme und Ständer verwendet. Polymethylacrylat (Plexiglas) wird zur Herstellung von Schutzgläsern und Waagen verwendet.
Gummi wird zur elektrischen Isolierung, Abdichtung und Abdichtung von Teilen (Dichtungen, Ringe, Buchsen, Stoßdämpfer) verwendet. Es gibt Allzweck- und Spezialkautschuke. Zu letzteren zählen Organosiliciumkautschuke.
Folienkunststoffe haben einen besonderen Zweck: Sie werden bei der Herstellung von Leiterplatten, gedruckten Ankern von Elektromotoren und anderen gedruckten elektrischen Strukturen verwendet. Sie repräsentieren laminieren, ein- oder beidseitig mit 35 oder 50 Mikrometer dicker Kupferfolie kaschiert. Folienkunststoffe müssen die Anforderungen erfüllen, die mit der Produktionstechnologie von Leiterplatten und deren Betriebsbedingungen verbunden sind: Sie müssen den Auswirkungen erhöhter Temperaturen während des Produktionsprozesses (Lotinteraktion beim Löten von Schaltkreisen) standhalten und eine ausreichende Haftfestigkeit der Folie während des Produktionsprozesses gewährleisten Langzeitbetrieb Produkte.
Auswahl des PCB-Materials. Das Plattenmaterial wird gemäß GOST 10316 - 78, GOST 23751 - 79 oder ausgewählt technische Spezifikationen(Tabelle 5.1).
Folienmaterialien sind schichtweise gepresste Kunststoffe, die mit Kunstharz imprägniert und ein- oder beidseitig mit Kupfer-Elektrolytfolie mit einer Dicke von 18, 35 oder 50 Mikrometern beschichtet sind.
Baumaterialien Materialien, aus denen Teile von Bauwerken (Maschinen und Bauwerke) hergestellt werden, die Kraftbelastungen aufnehmen. Die bestimmenden Parameter von Materialien sind ihre mechanischen Eigenschaften, die sie von anderen technischen Materialien (optische, isolierende, schmierende, lackierende, dekorative, abrasive usw.) unterscheiden. Zu den wichtigsten Qualitätskriterien für Verbundwerkstoffe gehören Parameter der Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Belastungen: Festigkeit, Zähigkeit, Zuverlässigkeit, Lebensdauer usw. Lange Zeit In ihrer Entwicklung nutzte die menschliche Gesellschaft für ihre Bedürfnisse (Arbeits- und Jagdwerkzeuge, Utensilien, Schmuck usw.) eine begrenzte Auswahl an Materialien: Holz, Stein, Fasern pflanzlichen und tierischen Ursprungs, gebrannter Ton, Glas, Bronze, Eisen. Industrielle Revolution des 18. Jahrhunderts. und Weiterentwicklung der Technik, insbesondere der Schöpfung Dampfmaschinen und Aussehen am Ende des 19. Jahrhunderts. Verbrennungsmotoren, elektrische Maschinen und Automobile verkomplizierten und differenzierten sie die Anforderungen an die Materialien ihrer Teile, die unter komplexen Wechselbelastungen, erhöhten Temperaturen usw. zu funktionieren begannen. Die Grundlage des Maschinenbaus waren Metalllegierungen auf Eisenbasis (Gusseisen und Stahl (siehe Stahl). ). ,
Kupfer (Bronze (siehe Bronze) und Messing (siehe Messing)) ,
Blei und Zinn. Bei der Konstruktion von Flugzeugen, als die Hauptanforderung an mechanische Materialien eine hohe spezifische Festigkeit war, verbreiteten sich Holzkunststoffe (Sperrholz), niedriglegierte Stähle sowie Aluminium- und Magnesiumlegierungen. Die Weiterentwicklung der Luftfahrttechnik erforderte die Schaffung neuer hitzebeständige Legierungen(Siehe hitzebeständige Legierungen) auf Nickel- und Kobaltbasis, Stähle, Titan, Aluminium, Magnesiumlegierungen geeignet lange Arbeit bei hohen Temperaturen. Die Verbesserung der Technologie in jeder Entwicklungsstufe stellte neue, immer komplexere Anforderungen an die Materialien (Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit usw.). Beispielsweise benötigt der Schiffbau Stähle und Legierungen mit guter Schweißbarkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit, und die Chemietechnik erfordert eine hohe und langfristige Beständigkeit in aggressiven Umgebungen. Die Entwicklung der Kernenergie ist mit der Verwendung von Kohlenstoffmaterialien verbunden, die nicht nur eine ausreichende Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Kühlmitteln aufweisen, sondern auch eine neue Anforderung erfüllen – einen kleinen Querschnitt für den Neutroneneinfang. ,
K. m. werden je nach Art der Materialien in metallische, nichtmetallische und Verbundwerkstoffe unterteilt kombinieren diese und andere Materialien; je nach technologischem Design - verformt (gewalzt, geschmiedet, gestanzt, extrudierte Profile usw.), gegossen, gesintert, geformt, geklebt, geschweißt (durch Schmelzen, Explosion, Diffusionsspleißen usw.); je nach Betriebsbedingungen – für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen, hitzebeständig, korrosions-, verkalkungs-, verschleiß-, kraftstoff-, ölbeständig usw.; nach Festigkeitskriterien - für Werkstoffe geringer und mittlerer Festigkeit mit großem Duktilitätsspielraum, hochfest mit mäßigem Duktilitätsspielraum. Die einzelnen Klassen von K. m. wiederum sind in zahlreiche Gruppen unterteilt. Beispielsweise werden Metalllegierungen unterschieden: nach Legierungssystemen - Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Nickel, Molybdän, Niob, Beryllium, Wolfram, auf Eisenbasis usw.; nach Härtearten – gehärtet, verbessert, gealtert, zementiert, cyanidiert, nitriert usw.; nach struktureller Zusammensetzung - austenitische und ferritische Stähle, Messing usw. Nichtmetallische Materialien werden nach ihrer isomeren Zusammensetzung, ihrer technologischen Gestaltung (gepresst, gewebt, gewickelt, geformt usw.), nach der Art der Füllstoffe (Verstärkungselemente) sowie nach der Art ihrer Platzierung und Ausrichtung unterteilt. Einige Materialien wie Stahl und Aluminiumlegierungen werden als Baumaterialien verwendet und umgekehrt in einigen Fällen auch Baumaterialien wie Stahlbeton ,
Wird in Maschinenbaukonstruktionen verwendet. Zu den technischen und wirtschaftlichen Parametern von Metallwerkstoffen gehören: technologische Parameter – Bearbeitbarkeit von Metallen durch Druck, Schneiden, Gießeigenschaften (Fließfähigkeit, Neigung zur Bildung heißer Risse beim Gießen), Schweißbarkeit, Lötbarkeit, Aushärtegeschwindigkeit und Fließfähigkeit von Polymerwerkstoffen bei normalen und erhöhten Temperaturen , usw. .; Indikatoren Wirtschaftlichkeit(Kosten, Arbeitsintensität, Knappheit, Metallnutzungsrate usw.). Der Großteil der industriell hergestellten Stahlsorten gehört zum Metallstahl. Die Ausnahme bilden Stähle, die nicht verwendet werden Kraftelemente Strukturen: Werkzeugstähle (siehe Werkzeugstahl) ,
Für Heizelemente, für Zusatzdraht (zum Schweißen) und einige andere mit besonderen physikalischen und technologischen Eigenschaften. Stähle machen den Großteil der in der Technik verwendeten Stahlwerkstoffe aus. Sie haben ein breites Spektrum an Stärken – von 200 bis 3000 Mn/m 2(20-300 kgf/mm 2),
die Duktilität von Stahl erreicht 80%,
Viskosität - 3 MJ/m2. Baustähle (einschließlich rostfreier Stähle) werden in Konvertern, offenen Herden und geschmolzen Elektroöfen. Zur weiteren Raffinierung werden Argonspülung und Behandlung mit synthetischer Schlacke in einer Pfanne eingesetzt. Stähle für kritische Zwecke, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, werden durch Vakuum-Lichtbogen-, Vakuum-Induktions- und Elektroschlacke-Umschmelzen, Vakuumieren und in besonderen Fällen durch Verbesserung der Kristallisation (in kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießanlagen) durch Ziehen aus der Schmelze hergestellt . Gusseisen wird im Maschinenbau häufig zur Herstellung von Rahmen, Kurbelwellen, Zahnrädern, Zylindern von Verbrennungsmotoren, Teilen, die bei Temperaturen bis zu 1200 °C in oxidierenden Umgebungen betrieben werden, usw. verwendet. Die Festigkeit von Gusseisen variiert je nach Legierung ab 110 Mn/m 2(chugal) bis 1350 Mn/m 2(legiertes Magnesiumgusseisen). Nickellegierungen und Kobaltlegierungen behalten ihre Festigkeit bis zu 1000–1100 °C. Sie werden in Vakuuminduktions- und Vakuumlichtbogenöfen sowie in Plasma- und Elektronenstrahlöfen geschmolzen (siehe Elektronenstrahlofen). Sie werden in Flugzeug- und Raketentriebwerken, Dampfturbinen, Geräten, die in aggressiven Umgebungen betrieben werden, usw. verwendet. Festigkeit von Aluminiumlegierungen (siehe Aluminiumlegierungen)
ist: verformbar bis 750 Mn/m 2, Gießereien bis 550 Mn/m 2, Hinsichtlich der spezifischen Steifigkeit sind sie Stahl deutlich überlegen. Sie werden zur Herstellung von Rümpfen von Flugzeugen, Hubschraubern, Raketen, Schiffen für verschiedene Zwecke usw. verwendet. Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus spezifisches Volumen(4-mal höher als Stahl), haben eine Festigkeit von bis zu 400 Mn/m 2 und darüber; werden hauptsächlich in Form von Gussteilen in Bauwerken verwendet Flugzeug, in der Automobilindustrie, in der Textil- und Druckindustrie usw. Titanlegierungen
beginnen, in einer Reihe von Technologiezweigen erfolgreich mit Stählen und Aluminiumlegierungen zu konkurrieren und diese in Bezug auf spezifische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Steifigkeit zu übertreffen. Legierungen haben eine Festigkeit von bis zu 1600 Mn/m 2 und mehr. Sie werden für die Herstellung von Flugzeugtriebwerkskompressoren, Ausrüstungen für die chemische Industrie und die Ölraffinerieindustrie verwendet. medizinische Instrumente usw.
Zu den nichtmetallischen Materialien gehören Kunststoffe, thermoplastische Polymermaterialien (siehe Polymere), Keramik (siehe Keramik), feuerfeste Materialien, Glas (siehe Glas), Gummi (siehe Gummi) und Holz (siehe Holz). Kunststoffe auf Basis von Duroplasten, Epoxidharzen, Phenolharzen, thermoplastischen Organosiliciumharzen und Fluorkunststoffen (siehe Fluorkunststoffe) ,
verstärkt (verstärkt) mit Glas, Quarz, Asbest und anderen Fasern, Stoffen und Bändern, die in den Strukturen von Flugzeugen, Raketen, Energie, Verkehrstechnik usw. verwendet werden. Thermoplastische Polymermaterialien sind Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyamide, Fluorkunststoffe und Duroplaste Wird in Teilen von Elektro- und Funkgeräten sowie in Reibungseinheiten verwendet, die in verschiedenen Umgebungen betrieben werden, einschließlich chemisch aktiver Umgebungen: Kraftstoffe, Öle usw. Gläser (Silikat, Quarz, organisch), darauf basierende Triplexe werden zur Verglasung von Schiffen, Flugzeugen, Raketen verwendet; Teile, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, bestehen aus keramischen Materialien. Kautschuke auf Basis verschiedener Kautschuke, verstärkt mit Cordgewebe, werden zur Herstellung von Reifen oder monolithischen Rädern von Flugzeugen und Autos sowie verschiedenen beweglichen und festen Dichtungen verwendet. Die Entwicklung der Technologie stellt neue, höhere Anforderungen an bestehende Materialien und regt die Entwicklung neuer Materialien an. Um beispielsweise das Gewicht von Flugzeugstrukturen zu reduzieren, werden mehrschichtige Strukturen eingesetzt, die Leichtigkeit, Steifigkeit und Festigkeit vereinen. Die äußere Verstärkung geschlossener Metallvolumina (Kugeln, Zylinder, Zylinder) mit Glasfaser (siehe Glasfaser) kann deren Gewicht im Vergleich zu Metallstrukturen erheblich reduzieren. Viele Technologiebereiche erfordern Verbundwerkstoffe, die strukturelle Festigkeit mit hohen elektrischen, hitzeabschirmenden, optischen und anderen Eigenschaften kombinieren. Da fast alle Elemente des Periodensystems ihre Anwendung in der Zusammensetzung von Kupferlegierungen gefunden haben, ist die Wirksamkeit der für Metalllegierungen bereits klassischen Verfestigungsmethoden durch die Kombination speziell ausgewählter Legierungen, hochwertiger Schmelzen und ordnungsgemäßer Wärmebehandlung besonders hoch verringert, sind die Aussichten auf eine Verbesserung der Eigenschaften von Kupfermaterialien mit der Synthese von Materialien aus Elementen verbunden, die begrenzende Eigenschaften haben, zum Beispiel extrem stark, extrem feuerfest, thermisch stabil usw. Solche Materialien stellen eine neue Klasse von Verbundwerkstoffen dar. Sie verwenden hochfeste Elemente (Fasern, Fäden, Drähte, Whisker, Granulat, dispergierte hochharte und feuerfeste Verbindungen, die die Verstärkung oder den Füllstoff bilden), die durch eine Kunststoffmatrix verbunden sind haltbares Material (Metalllegierungen oder nichtmetallische, hauptsächlich Polymermaterialien). Verbundwerkstoffe können Stahl- oder Aluminiumlegierungen hinsichtlich spezifischer Festigkeit und spezifischem Elastizitätsmodul um 50–100 % überlegen sein und eine Gewichtseinsparung von 20–50 % bei Strukturen ermöglichen. Neben der Schaffung von Verbundwerkstoffen mit orientierter (orthotroper) Struktur besteht eine vielversprechende Möglichkeit zur Verbesserung der Qualität von Verbundwerkstoffen darin, die Struktur herkömmlicher Verbundwerkstoffe zu regulieren. So kann durch gezielte Kristallisation von Stählen und Legierungen Gussteile, beispielsweise Gasturbinenschaufeln, die aus Kristallen bestehen, die relativ zu den Grundspannungen so ausgerichtet sind, dass die Korngrenzen ( Schwachstellen in hitzebeständigen Legierungen) unbelastet sind. Durch die gerichtete Kristallisation ist es möglich, die Plastizität und Haltbarkeit um ein Vielfaches zu erhöhen. Eine noch fortschrittlichere Methode zur Erzeugung orthotroper Kristalle besteht darin, einkristalline Teile mit einer bestimmten kristallographischen Ausrichtung im Verhältnis zu den angelegten Spannungen zu erhalten. Orientierungsmethoden werden bei nichtmetallischen Materialien sehr effektiv eingesetzt. Daher erhöht die Orientierung linearer Makromoleküle von Polymermaterialien (die Orientierung von Polymethylmethacrylat-Gläsern) deren Festigkeit, Viskosität und Haltbarkeit erheblich. Errungenschaften der Materialwissenschaften werden genutzt, um Verbundwerkstoffe zu synthetisieren und Legierungen und Materialien mit orientierten Strukturen herzustellen. Wörtlich: Kiselev B. A., Fiberglass, M., 1961; Strukturmaterialien, Bd. 1-3, M., 1963-65; Feuerfeste Werkstoffe im Maschinenbau. Handbuch, hrsg. A. T. Tumanov und K. I. Portnoy, M., 1967; Strukturelle Eigenschaften Kunststoffe, trans. aus Englisch, M., 1967; Gummi ist ein Konstruktionswerkstoff des modernen Maschinenbaus. Sa. Art., M., 1967; Werkstoffe im Maschinenbau. Auswahl und Anwendung. Handbuch, hrsg. I. V. Kudryavtseva, Bd. 1-5, M., 1967-69; Khimushin F.F., Hitzebeständige Stähle und Legierungen, 2. Aufl., M., 1969; Moderne Verbundwerkstoffe, trans. aus Englisch, M., 1970; Aluminiumlegierungen. Sa. Art., Bd. 1-6, M., 1963-69. A. T. Tumanov, N. S. Sklyarov.
Groß Sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .
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Bücher
- Strukturmaterialien: Metalle, Legierungen, Polymere, Keramik, Verbundwerkstoffe, William Bolton, 320 Seiten Das Verzeichnis präsentiert die gesamte Palette der im Maschinenbau und Elektrotechnik verwendeten Materialien: Eisen, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Nickel, Titan, darauf basierende Legierungen , Polymere, ... Kategorie:
