11.3. Методы повышения конструкционной прочности

Наибольшую эффективность имеют технологические и металлургические методы, цель которых – повышение механических свойств и качества материала.

К методам упрочнения относятся: легирование, пластическая деформация, термическая, термомеханическая, химико-термическая обработки. Повышение прочности указанными методами основано на ряде структурных факторов:

1. увеличение плотности дислокаций,

2. создание дислокационных барьеров в виде зерен, субзерен (измельчение зерна),

3. Образование полей упругих напряжений, искажающих кристаллическую решетку (точечные дефекты – вакансии, примесные атомы, легирующие элементы).

Обеспечению надежности (сопротивление хрупкому разрушению) способствуют легирование, измельчение зерна, повышение металлургического качества металла. Повышение металлургического качества связано с повышением чистоты металла (удалением вредных примесей – серы, фосфора, кислорода, водорода, азота, оксидов, сульфидов).

Для повышения циклической прочности и износостойкости упрочняют поверхность поверхностной закалкой, химико-термической обработкой, поверхностным пластическим деформированием.

Принципиально иной способ достижения высокой конструкционной прочности использован в композиционных материалах. Они представляют собой композицию из мягкой матрицы и высокопрочных волокон. Волокна армируют матрицу и воспринимают всю нагрузку. Матрица нагружена слабо, и служит для передачи и распределения нагрузки между волокнами. Образовавшаяся трещина из-за разрушения волокна «вязнет» в мягкой матрице. Композиционные материалы, использующие высокопрочные и высокомодульные волокна и мягкую матрицу, могут обладать высокими удельными прочностью и жесткостью.

11.4. Классификация конструкционных материалов

1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность

2. Материалы с особыми технологическими свойствами

3. Износостойкие материалы

4. Материалы с высокими упругими свойствами

5. Материалы с малой плотностью

6. Материалы с высокой удельной прочностью

7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.

11.5. Классификация конструкционных сталей

По химическому составу стали разделяют на углеродистые и легированные. Обе группы могут быть низкоуглеродистыми (<0,3% С), среднеуглеродистыми (0,3-0,7% С) и высокоуглеродистыми. Легированные стали могут быть хромистыми, марганцовистыми, хромоникелевыми, марганцевыми и др. Все они могут быть низко- (5%), средне- (5-10%) высоколегированными (>10%).

По качеству разделяют стали на:

• Обыкновенного качества (0,05% серы, 0,04% фосфора)

• Качественные (<0,04% серы, 0,035% фосфора)

• Высококачественные (<0,025% серы, 0,025% фосфора)

• Особовысококачественные (<0,015% серы, 0,025% фосфора).

На качество стали оказывают влияние однородность химического состава, строения и свойств, содержание газов.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали бывают : спокойные (раскисляют Mn, Si, Al), полуспокойные, кипящие (раскисляют Mn).

По структуре стали подразделяют на:

• Доэвтектоидные (с избыточным ферритом)

• Эвтектоидные (перлит)

• Аустенитные

• Ферритные.

По назначению:

• Машиностроительные

• Строительные.