18 Виды машиностроительных материалов
К о н с т р у к ц и о н н ы м и называют материалы, обладающие прочностью и применяемые для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку. Конструкционные материалы п о д р а з д е л я ю т на металлические, неметаллические и композиционные.
Затраты на материалы в общей стоимости машин составляют весьма значительную часть. Снижение материалоемкости конструкции является важным источником повышения эффективности общественного производства. Основными направлениями с н и ж е н и я материалоемкости машиностроительной продукции являются: совершенствование методов расчета и улучшение конструкции машин, применение прогрессивной технологии изготовления заготовок и деталей ми шин, повышение качества и расширение номенклатуры материалов, более полное использование вторичного сырья и отходов производства.
Выбор материалов деталей — важный этап проектирования, от которого в значительной степени зависят вес, габариты, стоимость и долговечность машин. Для снижения стоимости машин большое значение имеет замена дорогостоящих и дефицитных материалов, однако применение более дешевых материалов может привести к увеличению веса, габаритов и снижению долговечности машин. Таким образом, вопрос о выборе материала представляет собой сложную т е х н и к о-э к о н о м и ч е с к у ю задачу, в решении которой необходимо учитывать экономические, технологические и эксплуатационные соображения.
Наряду с другими обстоятельствами при выборе материалов для деталей машин следует учитывать такие производственные вопросы, как снабжение, хранение и учет материалов на предприятии, и по возможности с о к р а щ а т ь н о м е н к л а т у р у наименований и марок применяемых материалов.
Наиболее распространенными материалами в машиностроении являются м е т а л л ы, которые подразделяют на черные и цветные.
Черные металлы (стали и чугуны) в машинах занимают по весу более 90%; они сравнительно дешевы, обладают высокой прочностью и жесткостью. Основные н е д о с т а т к и черных металлов — высокая плотность и подверженность многих из них коррозии.
Цветные металлы (медь, цинк, олово, свинец, алюминий, титан, магний и др.) входят в состав цветных сплавов (бронзы, латуни, баббиты) и легких сплавов (силумины, дюралюминий, магниевые, титановые и др.). Цветные металлы и сплавы значительно дороже черных, более дефицитны, но обладают весьма ценными антифрикционными и антикоррозионными свойствами, а легкие сплавы (в особенности титановые) имеют высокую прочность при малой плотности.
Все более широко в машиностроении применяют неметаллические материалы (дерево, кожа, резина, графит, пластмассы и др.).
Пластмассы обладают довольно высокой прочностью, малой плотностью, электроизоляционными и антикоррозионными, фрикционными или антифрикционными свойствами. Детали из пластмасс имеют малую трудоемкость, так как их получают высокопроизводительными методами. Н е д о с т а т к и пластмасс: низкая теплостойкость и старение, сопровождаемое постепенным изменением механических характеристик, иногда цвета и даже размеров деталей.
Применение пластмасс в машиностроении дает большой технико-экономический эффект благодаря снижению веса машин, экономии цветных металлов и сталей, снижению трудоемкости и себестоимости машин.
Композиционные конструкционные материалы (например, биметаллы, стеклопластики и др.) образуются объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела. Такие материалы обладают свойствами, которыми не обладает каждый из компонентов, взятый в отдельности. Композиционные материалы могут обладать весьма высокими механическими, диэлектрическими, жаропрочными и другими свойствами.
Большинство машиностроительных материалов стандартизовано. На всех этапах своего развития машиностроение нуждалось в создании новых и улучшении эксплуатационных качеств существующих материалов. Это необходимое условие непрерывного технического прогресса.