Интересное

Конструкционные материалы: классификация, свойства, применение

Производство металлоконструкций, как и конструкций в целом, невозможно без качественных деталей. Для их изготовления используются конструкционные материалы — элементы, воспринимающие различные механические нагрузки. Сфера их применения широка: от возведения дачного дома до ракетостроения. 

Классификация конструкционных материалов 

По основному признаку — природе вещества — конструкционные материалы делятся на металлические, неметаллические и композиционные (смешанные). К металлическим относятся чистые металлы и сплавы. К неметаллическим — древесина, горные породы, резина, полимеры. Композиционные материалы комбинируют вещества разных типов: железобетон, стеклопластик. 

Металлы широко используются в строительстве и промышленности — это один из главных конструкционных материалов. Чистые металлы (железо, медь, магний, алюминий, титан) в основном не отвечают требуемым критериям эксплуатации, поэтому производители используют сплавы с улучшенными свойствами: сталь, чугун, латунь и бронзу, сплавы алюминия, магния.

Классифицировать металлы можно по следующим свойствам:

  • Технологические свойства. Деление по технологии исполнения. Металл характеризуется ковкостью, возможностью литья, свариваемостью, обрабатываемостью резанием. 
  • Механические свойства. Обозначают у металла способность сопротивления внешним нагрузкам. К этим свойствам относятся критерии прочности и удельной прочности, пластичности, твердости, упругости, ударной вязкости, выносливости.
  • Эксплуатационные свойства. Разделение по условиям эксплуатации материала. Износо–, жаро– и хладостойкость, жаропрочность, антифрикционность. 
  • Химические свойства. Химическая стойкость, коррозионная стойкость. 

Металлические конструкционные материалы производятся и обрабатываются с учетом условий, в которых готовые металлоконструкции будут эксплуатироваться в дальнейшем: в агрессивных средах, при экстремально низких или высоких температурах, с различными нагрузками. Комплекс свойств, которые обеспечивают качественную работу материала в требуемых условиях, называют «конструкционной прочностью материала» — критерии прочности, надёжности и долговечности. Прочность характеризует способность металла противостоять деформации (искажению формы). Надежностью называют сопротивляемость хрупкому разрушению, которое опасно крупными авариям. Критерий долговечности отражает скорость разрушения изделия от постепенно накапливающихся повреждений.  

Для улучшения конструкционной прочности металла используются легирующие элементы (добавление в металл других металлов и неметаллов), а также термические или термомеханические обработки, измельчение зеренной структуры, наклеп для поверхностного упрочнения.

Свойства металлических конструкционных материалов 

Сталь. Сталь — самый применяемый сплав, благодаря экономичности производства. Это сплав железа с углеродом, в который добавляют вредные примеси (получаются углеродистые стали) или легирующие элементы (легированные стали). Среди легированных можно выделить специальные стали: нержавеющие — с высокой коррозионной стойкостью, жаростойкие — выдерживающие до 1100 °С, износостойкие — твердые и долговечные. 

Прочность разных типов стали: от 200 до 3 000 МПа. Стали обладают ковкостью и свариваемостью, неплохой способностью к литью и резке. Легированные стали выдерживают предельно низкие температуры — до -150 °С. Стали с добавлением никеля приобретают высокие значения ударной вязкости, за счёт чего надежны при колебаниях внешних нагрузок.

Чугун. Другой повсеместно употребляемый конструкционный материал — чугун, так же сплав железа с углеродом. Прочность чугуна лежит в диапазоне между 110 и 1350 МПа. Чугун не подвергается ковке, однако обладает хорошими литейными свойствами. Металл подходит для работы при больших температурах в окислительной среде. 

Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы отличаются высокой удельной прочностью (отношение прочности к плотности), что важно для производства деталей малого веса. Предел прочности составляет 550 МПа — у литейных, 750 МПа — у деформируемых. Сплавы алюминия характеризуются высокой электропроводностью и сопротивлением ржавлению. Дуралюмины хорошо деформируются (куются, прессуются) и подвергаются сварке, силумины имеют точную отливку. Изделия из сплавов не теряют эксплуатационных свойств при температурах до -200 °С.

Чистый магний сплавляют с алюминием, цинком и другими металлами. Полученные сплавы имеют прочность выше 400 МПа и невысокую плотность, из-за чего являются самым легким конструкционным металлом. 

Титан. Прочный (до 1600 МПа) и коррозионно-стойкий материал — титан. При добавлении легирующих элементов (алюминия, хрома) титановые сплавы приобретают ряд полезных свойств: повышенная удельная прочность, пластичность, жаропрочность и хладостойкость (от минус 250 °С до плюс 500 °С). 

Медные сплавы. Сплавы из меди — латунь, бронза — отличаются высокой теплопроводностью и электропроводностью, значительной коррозионной стойкостью, способностью переносить температуру до минус 200 °С. Литейные латуни и бронзы обладают хорошей жидкотекучестью и применяются для изготовления деталей способом литья. Деформируемые сплавы меди удачно подвергаются ковке. 

Сферы применения 

Сталь применяется в разных областях строительства и промышленности: обыкновенную сталь используют для малонагруженных деталей механизмов и строительных конструкций, качественные и высококачественные стали эксплуатируют в машиностроении, высококачественные — в медицине, авиастроении и космонавтике.

Из чугуна создают большие детали сложной формы: коленчатые валы, зубчатые колеса, станины станков и прессов, корпуса редукторов, цилиндры ДВС. 

Сплавы магния эксплуатируются в автомобилестроении, судостроении, производстве самолётов и ракет (а ещё в полиграфической промышленности). В тех же областях применяют и алюминиевые сплавы. Дуралюмины и силумины также используются для изготовления деталей, которые будут подвержены сильным нагрузкам, высокой температуре (до 250 °С), воздействию агрессивной среды. 

Титан, помимо сфер самолето–, судо– и ракетостроения, используется в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. 

В агрессивных средах — газовых, водных, химических — применяют латунь, бронзу. Сплавы меди также употребляют для изготовления деталей сложных форм. Чистую медь эксплуатируют в электротехнической промышленности. 

Таким образом, металлами и сплавами пользуются в разных областях возведения металлоконструкций. Изготавливаются металлоконструкции на заказ с учётом возможностей и характеристик материала. 

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Как выбрать и ухаживать за металлической скамейкой

Покупка металлической мебели – это запрос, который может возникнуть при обустройстве вашего сада или двора. Однако, когда дело...

Что такое гильотины для резки металла

Существует множество методов и инструментов для точной и эффективной резки металлических материалов. Один из таких инструментов, который остается...

Контейнеры КМО: виды, сферы применения, преимущества

Сбор и транспортировка отходов на промышленных предприятиях и в сфере ЖКХ — важная задача, требующая привлечения материальных и...

Изготовление ферменных конструкций: виды и преимущества

Каркасы промышленных и общественных зданий и сооружений из металлоконструкций несут на себе большую нагрузку, зависящую от назначения постройки...

Свойства и характеристики стали

Сталь – один из наиболее распространенным материалов с обширной сферой применения. Сплав используется во всех отраслях промышленности. Металлообработка...

Специфика сварки чугуна

Технология сварки чугуна предполагает выполнение трудоемкого процесса. Применяться может несколько методов. Выбор между ними делается для достижения баланса...

Металлоконструкции на заказ в СПб: типовые и нестандартные металлоконструкции

Использование металлоконструкций дает прекрасную возможность реализовать различные строительные проекты — от ограждения садового участка до возведения огромного промышленного...

Сварные соединения металлоконструкций: виды и контроль качества

Сварка — один из самых технологичных, надежных и дешевых способов создавать неразъемные стальные конструкции. В процессе изготовления устанавливаются...

Технология гидроабразивной резки металла

Гидроабразивная резка – самая востребованная технология раскройки стальных заготовок на сегодняшний день. Резка нержавеющей стали и прочих металлов...

Реконструкция зданий и сооружений с помощью металлоконструкций: стадии и состав работ, преимущества технологии

Реконструкция зданий и сооружений с помощью металлоконструкций:стадии и состав работ, преимущества технологии  Реконструкция зданий направлена на оптимизацию и...

Монтаж металлоконструкций в СПб: этапы и методы

Монтаж — заключительная стадия в процессе создания металлоконструкций, которой предшествует проектирование и изготовление составляющих элементов. Способ и порядок...

Изготовление навесов: типы и назначение

Навесы и козырьки находят широкое применение — они используются для обустройства зон отдыха, хранения, сооружения автостоянок. Свойства подобных...

Цветные металлы: виды, свойства и применение

В чем заключается основное отличие цветных металлов от черных? В том, что в составе цветных нет железа, поэтому...

Алюминиевая профильная труба: свойства и сферы применения

Благодаря своим свойствам алюминий получил распространение в самых разных областях человеческой жизнедеятельности. Помимо бытовых предметов, из него изготавливают...

Емкости, баки, резервуары. Виды и производство

Емкости и резервуары используются в промышленности, торговле, быту — для хранения, обработки и перевозки жидких и сыпучих веществ....

Навесы из металлоконструкций: виды и изготовление

Навес — простое и универсальное укрытие от осадков и солнечных лучей. Формы и размеры навесов, как и их...

Соединение деталей металлоконструкций: типы и особенности

Способ соединения элементов металлоконструкций зависит от типа и целевого назначения изделия или сооружения, условий эксплуатации и технических возможностей...

Металлические фермы: виды, преимущества, нормативные требования

Что предпочесть — металлическую ферму или балку? Для многих строителей этот вопрос является актуальным и резонным. Ведь два...

Закладные детали для железобетонных конструкций: как выбрать

Железобетонные конструкции занимают одно из ведущих мест в объемах капитального строительства. Только в январе 2024 года фабричное производство...

Мангал из металла своими руками: как сделать и какой материал выбрать

Многие любители шашлыка и барбекю на свежем воздухе предпочитают собирать мангал из металла своими руками. Индивидуальное изделие, в...