§ 1.5. Краткие сведения о конструкционных машиностроительных материалах

Конструкционными называют материалы, обладающие проч­ностью и применяемые для изготовления конструкций, воспринимающих силовую нагрузку. Конструкционные материалы подразделяют на метал­лические, неметаллические и композиционные.

Затраты на материалы в общей стоимости машин составляют весьма значительную часть. Так, например, в редукторах общего назначения эта часть достигает 85%, в автомобилях — 70%. Снижение материалоемко­сти конструкции является важным источником повышения эффективно­сти общественного производства. Основными направлениями снижения материалоемкости машиностроительной продукции являются: совер­шенствование методов расчета и улучшение конструкции машин, приме-

нение прогрессивной технологии изготовления заготовок и деталей ма­шин, 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 технико-экономическую 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 сокращать номенклатуру наименований и марок приме­няемых материалов.

Наиболее распространенными материалами в машиностроении яв­ляются металлы, 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 недостатки 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. Недостатки 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.