Арзамасов - Конструкционные материалы. Справочник (1990)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Научно-технический прогресс в  машиностроении неразрывно связан с  созданием новых конструкционных  материалов. Революционную роль в  электронике сыграли полупроводниковые материалы и жидкие кристаллы, в  авиации и ракетостроении —  композиционные материалы, в радиотехнике — сверхпроводники и аморфные сплавы.

Для повышения качества,  надежности и экономичности изделий  машиностроения при снижении их  материалоемкости разрабатываются  высокоэффективные методы повышения  прочностных свойств, коррозионной  стойкости, тепло- и хладостойкости  сплавов; расширяется производство новых полимерных и композиционных  материалов с заданным комплексом свойств; используются эффективные методы  обработки материалов и изделий с целью существенного улучшения их  свойств.

Возникает задача создания экономно-легированных сплавов, композиционных материалов и методов поверхностного упрочнения деталей машин. 

Поверхностные слон во многом  определяют работоспособность деталей  машин, поэтому износостойкость и  коррозионная стойкость деталей  полностью зависят от состояния их  поверхности. Применением износостойких  покрытий стремятся решить проблему экономии вольфрама в  инструментальных сталях, а также повысить  работоспособность деталей из  конструкционных сталей. Ионная имплантация  снижает точечную коррозию и повышает износостойкость подшипников  качения. Задача создания  высокожаростойких и жаропрочных сплавов для новой техники неразрывно связана с  разработкой надежных защитных  покрытий. Поверхностное легирование  приводит к экономии дефицитных  металлов, так как в этом случае их требуется меньше, чем при объемном легировании сплавов с целью получения  указанных специфических свойств.

Важнейшей характеристикой  материалов, применяемых для изделий авиационной и космической техники, а также для изделий других отраслей машиностроения, является удельная прочность, т. е. отношение временного сопротивления к произведению  плотности на ускорение свободного  падения. Если для улучшенной стали 40Х удельная прочность равна 13 км, то для титанового сплава после  термической обработки она увеличивается до 31 км, а для алюминия, армированного борным волокном, — до 43 км.

Таким образом, повышение удельной прочности приводит к значительному сокращению материалоемкости  изделий. Порошковая металлургия иногда  позволяет уменьшить потери металла при изготовлении деталей в 10 раз. Кроме того, возможность широкого варьирования Состава порошковых сплавов позволяет получать  специфические свойства, которые  недостижимы при использовании традиционных способов изготовления изделий.

Порошковые быстрорежущие стали — однородный мелкозернистый  материал без карбидной ликвации. По сравнению со сталями обычного  передела порошковые быстрорежущие  имеют более высокие твердость и  теплостойкость. Металлорежущий  инструмент, изготовленный из этих сталей, имеет в 1,5—2 раза большую стойкость. Порошковый бериллий после прокатки в листы находит применение в авиации и ракетостроении. 

Использование бериллия для обшивки  сверхскоростных самолетов решает  проблему жесткости конструкции и уменьшения массы. Бериллий является  также перспективным материалом для ракетных двигателей с небольшой  тягой. Благодаря сочетанию высоких теплоемкости и теплопроводности бериллиевое сопло не разрушается при рабочей температуре 3000 °С в  течение 60—80 с.

Объемное или поверхностное  упрочнение сталей является обязательной технологической операцией в  современном машиностроении, которая  приводит к значительному улучшению Комплекса свойств. Применение  термического упрочнения проката из  низколегированных сталей или  контролируемой прокатки на  металлургических заводах способствует  значительному сокращению последующего  расхода стали (примерно на 30 %) на предприятиях машиностроительного комплекса и в строительстве.

Рассмотренные в справочнике  конструкционные материалы  предназначены для изготовления деталей машин И приборов, инженерных сооружений и изделий, которые в основном несут механические нагрузки, а в некоторых случаях находятся под воздействием агрессивной окружающей среды и  температуры.

Выбор материалов для деталей  машин и приборов определяется  эксплуатационными, технологическими и  экономическими требованиями. Имея  первостепенное значение,  эксплуатационные требования к свойствам материалов часто играют определяющую роль, хотя технологические и экономические требования тоже важны, приобретая особое значение в условиях массового производства.

Отличительной особенностью  справочника является классификация  материалов по основным  эксплуатационным (служебным) характеристикам с учетом назначения. Принятая классификация поможет конструкторам и технологам лучше ориентироваться в выборе материалов для деталей машин, приборов и приспособлений.

Вспомогательным пособием к  справочнику может служить учебник  «Материаловедение», составленный по тому же классификационному признаку.

Ряд материалов, обладая универсальностью применения, относится к нескольким классификационным группам, поэтому в справочнике сделаны ссылки на соответствующие группы.

В гл. I справочника кратко рассмотрены конструкционные углеродистые и легированные стали. Краткость связана с тем, что в 1981 г. вышло третье, значительно дополненное  издание справочника  «Машиностроительные стали» 1, в котором стали  систематизированы не по химическому составу, а по назначению и эксплуатационным свойствам. Поэтому при  выборе сталей для деталей машин рекомендуется пользоваться также указанным справочником.

В гл. II представлены традиционные материалы с повышенными  технологическими свойствами — это чугуны и . сплавы на основе меди.

Материалы триботехнического  назначения приведены в гл. III. От правильного выбора и качества этих  материалов во многом зависит надежность деталей машин.

Материалы с высокими упругими свойствами (гл. IV) необходимы для многих отраслей современного машиностроения и приборостроения.

В гл. V рассмотрены материалы  малой плотности и высокой удельной прочности, которые применяются в  основном для изделий авиационной и ракетной техники. Это сплавы на основе алюминия, магния, титана, а также композиционные и  неметаллические материалы.

В гл. VI приведены материалы  специального назначения, стойкие к воздействию температуры и внешней  рабочей среды. Коррозионно-стойкие и жаростойкие материалы и покрытия необходимы для ответственных деталей новой техники. Свойства теплостойких и жаропрочных материалов во многом определяют ресурс и параметры современных энергетических установок и двигателей. Радиационно-стойкие материалы необходимы для атомного  машиностроения.

В гл. VII рассмотрены материалы с особыми физическими свойствами, которые имеют важное значение для электромашиностроения, электронной техники и современного приборостроения. Это сверхпроводники и  полупроводники, аморфные, лазерные и  другие материалы.

Инструментальные материалы (гл. VIII) играют решающую роль при разработке прогрессивных  технологических процессов и повышении производительности труда.

В справочнике приведены основные группы материалов (как стандартных, так и нестандартных) о указанием их свойств, что позволит  конструкторам и технологам на  научно-технической, а не эмпирической основе выбирать материалы и назначать  рациональные технологические процессы их обработки.

Справочник будет полезен для ИТР предприятий машиностроительного и приборостроительного комплекса, а также для научных работников НИИ и КБ, аспирантов и студентов старших курсов втузов.