Машиностроительные материалы

Материалы деталей обычно выбирают соответственно основному критерию работоспособности и требованиям технологичности и экономики.

Затраты на материалы в общей стоимости машин составляют весьма значительную часть, напр., в редукторах общего назначения эта часть достигает 85%, в автомобилях – 70%. Снижение материалоемкости конструкции является важным источником повышения эффективности общественного производства.

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 слабая коррозионная стойкость.

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.).

Бронза – сплавы на основе меди (например, БрО10НФ).

Латуни – сплавы меди с цинком (например, Л82).

Баббиты – сплавы меди с мягкими металлами (оловом, свинцом, кальцием). Например: Б16, БС6.

Силумины – алюминиевый сплав с кремнием (АЛ4).

Дюралюмины – алюминиевый сплав с медью и марганцем (МЛ5)

Цветные металлы и сплавы значительно дороже черных, более дефицитны и используются для выполнения особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозионности и др.

Все более широко в машиностроении применяют неметаллические материалы (дерево, кожа, резина, асбест, металлокерамика, 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.

Пластмассы подразделяют на термореактивные и термопластичные. Термореактивные пластмассы в процессе изготовления под действием высокой температуры становятся твердыми и неспособными плавится под действием высокой температуры (текстолит, гетинакс и др.).

Термопластичные пластмассы, размягчающиеся при высоких температурах, пригодны для повторного формирования (полиэтилен, полипропилен, винипласт, фторопласты и др.).

Недостатки пластмасс: низкая теплостойкость и старение, сопровождаемое постепенным изменением механических характеристик.

Композиционные конструкционные материалы (например, биметаллы, стеклопластики и др.) образуются объемным сочетанием химически разнородных компонентов. Композиционные материалы могут обладать весьма высокими механическими, диэлектрическими, жаропрочными и другими свойствами.

Пути экономии материалов при конструировании:

1.Выбор оптимальных схем механизмов и узлов.

2.Выбор оптимальных форм деталей в зависимости от их назначения, уменьшение или исключение концентраторов напряжений.

3.Упрочнение деталей. Например, повышение твердости зубьев колес с НВ200 до НRC 65 позволяет уменьшить массу редуктора в 8 раз.

4. Совершенствование заготовительных операций уменьшает отход материала в несколько раз.