Реферат: Конструкционные материалы в судостроении

Введение

Конструкционныематериалы, материалы, изкоторых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающихсиловую нагрузку. Определяющими параметрами Конструкционные материалы, являютсямеханические свойства, что отличает их от других технических материалов(оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных идр.). К основным критериям качества Конструкционные материалы, относятсяпараметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурси др. Длительный период в своём развитии человеческое общество использовало длясвоих нужд (орудия труда и охоты, утварь, украшения и др.) ограниченный кругматериалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения,обожжённую глину, стекло, бронзу, железо. Промышленный переворот 18 в. идальнейшее развитие техники, особенно создание паровых машин и появление вконце 19 в. двигателей внутреннего сгорания, электрических машин и автомобилей,усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые сталиработать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др.Основой Конструкционные материалы, стали металлические сплавы на основе железа(чугуныи стали),меди (бронзыи латуни),свинца и олова.

При конструированиисамолётов, когда главным требованием, предъявляемым к Конструкционныематериалы, стала высокая удельная прочность, широкое распространение получилидревесные пластики (фанера), малолегированные стали, алюминиевые и магниевыесплавы. Дальнейшее развитие авиационной техники потребовало создания новых жаропрочныхсплавов на никелевой и кобальтовой основах, сталей, титановых,алюминиевых, магниевых сплавов, пригодных для длительной работы при высокихтемпературах. Совершенствование техники на каждом этапе развития предъявлялоновые, непрерывно усложнявшиеся требования к Конструкционные материалы,(температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.).Например, судостроению необходимы стали и сплавы с хорошей свариваемостью ивысокой коррозионной стойкостью, а химическому машиностроению — с высокой идлительной стойкостью в агрессивных средах. Развитие атомной энергетики связанос применением Конструкционные материалы, обладающих не только достаточнойпрочностью и высокой коррозионной стойкостью в различных теплоносителях, но иудовлетворяющих новому требованию — малому поперечному сечению захватанейтронов.

Общие сведения о конструкционных материалах

Конструкционныематериалы, подразделяются: по природе материалов — на металлические,неметаллические и композиционныематериалы, сочетающие положительные свойства тех и др. материалов;по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки,штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые,склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.);по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериямпрочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасомпластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

Отдельные классыКонструкционные материалы, в свою очередь, делятся на многочисленные группы.Например, металлические сплавы различают: по системам сплавов — алюминиевые,магниевые, титановые, медные, никелевые, молибденовые, ниобиевые,бериллиевые, вольфрамовые, на железной основе и др.; по типам упрочнения —закаливаемые, улучшаемые, стареющие, цементируемые, цианируемые,азотируемые и др.; по структурному составу — стали аустенитныеи ферритные, латуни и т.д.

НеметаллическиеКонструкционные материалы, подразделяют по изомерному составу, технологическомуисполнению (прессованные, тканые, намотанные, формованные и пр.), по типамнаполнителей (армирующих элементов) и по характеру их размещения и ориентации.Некоторые Конструкционные материалы, например сталь и алюминиевые сплавы,используются как строительные материалы и, наоборот, в ряде случаевстроительные материалы, например железобетон,применяются в конструкциях машиностроения.

Технико-экономическиепараметры Конструкционные материалы, включают: технологические параметры —обрабатываемость металлов давлением, резанием, литейные свойства (жидкотекучесть, склонность к образованию горячих трещин прилитье), свариваемость, паяемость, скоростьотверждения и текучесть полимерных материалов при нормальных и повышенныхтемпературах и др.; показатели экономической эффективности (стоимость,трудоёмкость, дефицитность, коэффициент использования металла и т.п.).

Примеры конструкционных материалов, применяемых в судостроенииМагналии

Сплавы Al– Mg. Сплавы алюминий с магнием имеютнизкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характернойособенностью этих сплавов является хорошая коррозийная стойкость, повышенныемеханические свойства и обрабатываемость резанием. Магналии также хорошоустойчивы к воздействию азотной кислоты HNO3, разбавленной серной кислоты H2SO4, ортофосфорной кислоты H3PO4, а также в средах, содержащих SO2(сплавы АЛ8, АЛ27, АЛ13 и АЛ22). Добавление к сплаваммодифицирующих присадок (Ti, Zr) улучшает механические свойства, абериллия уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку беззащитных флюсов.

Эти сплавы предназначеныдля отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении иавиации. Добавление к сплавам Al– Mgкремния улучшает литейные свойства в результате образованиятройной эвтектики.

Медно-никелевые сплавы

Медно-никелевые сплавы, сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главноголегирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдыхрастворов. При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость противкоррозии. Медно-никелевые сплавыхорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии — из нихполучают листы, ленты, проволоку, прутки, трубы, штампуют различные изделия. Медно-никелевые сплавы подразделяют наконструкционные и электротехнические. Конструкционные медно-никелевые сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостьюи красивым серебристым цветом; к ним относятся мельхиор и нейзильбер.Электротехнические медно-никелевыесплавы имеют высокое электросопротивление ивысокую термоэдс в паре с другими металлами. Ихприменяют для изготовления резисторов, реостатов, термопар. Кэлектротехническим медно-никелевыесплавы относятся константан,копельи другие сплавы. Благодаря разнообразным ценным свойствам медно-никелевые сплавы, несмотря надефицитность никеля, находят широкое применение в электротехнике, судостроении,для производства посуды, художественных изделий массового потребления, вмедицинской промышленности, пирометрии.

Латуни

Латунями называют двойныеили многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующимэлементом является цинк.

Двойные латуни нередколегируют Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pbи другими элементами. Такие латуниназывают специальными или многокомпонентными. Введение легирующих элементов(кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди. Никель увеличиваетрастворимость цинка в меди. Легирующие элементы увеличивают прочность, ноуменьшают пластичность латуни.

Свинец облегчаетобрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивлениекоррозии повышают Al, Zn, Si, Mnи Ni.

Латуни в наклепанномсостоянии или с высокими остаточными напряжениями и содержащие свыше 20% Znсклонны к коррозийному («сезонному»)растрескиванию в присутствии влаги, кислорода, аммиака. Для предотвращениярастрескивания полуфабрикаты из латуни указанных составов отжигают при 250 — 650ºС, а изделия из латуни – при 250 — 270ºС.

Все латуни потехнологическому признаку подразделяют на две группы: деформированные, изкоторых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, илитейные – для фасонного литья.

Литейные латуни обладаютхорошей текучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционнымисвойствами.

Когда требуется высокаяпластичность, повышенная теплопроводность и важно отсутствие склонности ккоррозийному растрескиванию, применяют латуни с высоким содержанием меди. Латуни с большим содержанием цинкаобладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, но хужесопротивляются коррозии.

Деформируемые латуниобладают высокими коррозийными свойствами в атмосферных условиях, пресной иморской воде и применяются для деталей в судостроении. Более высокойустойчивостью в морской воде обладают латуни, легированные оловом, получившиеназвание морских латуней.

Латуни, предназначенныедля фасонного литья, от которых требуется повышенная прочность, содержатбольшое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Этилатуни отличаются лучшей коррозийной стойкостью.

Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной и свинцовой основе

Эти сплавы применяют длязаливки вкладышей подшипников скольжения. Они должны иметь достаточнуютвердость, но не очень высокую, сравнительно легко деформироваться под влияниемместных напряжений, иметь малый коэффициент трения между валом и подшипником.

Кроме того, температураплавления этих сплавов не должна быть высокой, и сплавы должны обладать хорошейтеплопроводностью и устойчивостью к коррозии.

Оловянные и свинцовые баббиты.Оловянные баббиты используют в подшипникахтурбин крупных судовых дизелей, турбонасосов, турбокомпрессоров, электрическихи других тяжелонагруженных машин. Свинцовые баббитыприменяют для менее нагруженных подшипников.

Мартенситностареющие высокопрочные стали

Мартенситностареющиестали представляют собой сплавы железа с никелем (8 –20%), а часто и с кобальтом. Для протекания процесса старения в мартенситесплавы дополнительно легируют Ti, Be, Al, Nb, W, Mo.

Никельи кобальт способствуют упрочнению при старении и одновременно повышаютсопротивление хрупкому разрушению.

Хромупрочняет мартенсит сталей Fe– Ni– Tiи Fe– Ni– Alпри старении повышает сопротивление коррозии.

Мартенситностареющиестали применяют в авиационной промышленности, вракетной технике, в судостроении, в приборостроении, в приборостроении дляупругих элементов, в криогенной технике.

Износостойкие стали

Для деталей, работающихна износ в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов, применяютвысокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л,содержащую 0.9-1.3% С и 11,5-14.5% Mn. Она обладает следующими механическимисвойствами: <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s

0.2=250<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">¸350МПа, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">sв=800<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">¸1000МПа, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">d=35<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">¸45%,<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">y=40<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸50%.

Сталь 110Г13Л обладаетвысокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударныхнагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивномизнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали110Г13Л невысокая.

Для изготовления лопастейгидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающихв условиях изнашивания при кавитационной эрозии,применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10, 0Х14АГ12 и 0Х14Г12М,испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

Поропласты

Поропласты– губчатые материалы с открытопористой структурой,вследствие чего присутствующие в них газообразные включения свободно сообщаютсядруг с другом и с окружающей атмосферой.

Пенопластыполучили наиболее широкоеприменение. Замкнуто–ячеистая структура обеспечивает хорошую плавучесть ивысокие теплоизоляционные свойства. Механическая плотность пенопластов невысокаи зависит от плотности материала. Пенопласты применяют для теплоизоляции кабин,контейнеров, приборов, рефрижераторов, труб и т. д. Широкое применениепенопласты получили в строительстве и при производстве труднозатопляемыхизделий. Используются в авиастроении, судостроении, на железнодорожномтранспорте и т. д.

Сотопластыизготовляют из тонких листовых материалов. Материалом для сотопластов служат ткани (стеклянные, кремнеземные,угольные). Сотопласты имеют достаточно высокиетеплоизоляционные свойства. Они служат легкими заполнителями многослойныхпанелей, применяемых в авиа- и судостроении для несущих конструкций; присоздании наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей; в антенныхобтекателях самолетов и др.

Заключение

Конструкционные материалыпостепенно занимает все большее место в нашей жизни. Уже достаточно труднопредставить современное судостроение без конструкционных материалов. Областиприменения конструкционных материалов многочисленны: авиационно-космическая,ракетная, энергетическое турбостроение, в автомобильной и горнорудной,металлургической промышленности, в строительстве и т.д. Диапазон примененияэтих материалов увеличивается день ото дня и сулит еще много интересного. Можнос уверенностью сказать, что это материалы будущего.

Список литературы

1. С. Н. Колесов, И. С. Колесов.Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Высшая школа,2004.

2. Б. Н. Арзамасом, В. И. Макарова.Материаловедение. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2004.

3. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева.Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990.

4.Сушков А.И. Металлургия алюминия. М.: Металлургия, 1971.

5.Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1978.

6. П.Крока Л. Броумана, пер. сангл. Современные композиционные материалы. М.: 1978.

еще рефераты
Еще работы по материаловедению