4.1. Різновиди матеріалів. іх класифікація.

З різноманітності виникає досконала гармонія. Геракліт

У кожній технічній галузі (галузі) накопичений колосальний досвід застосування різних матеріалів. Тому на стадії вибору матеріалів для знову розроблюваного устрою необхідно знати основні матеріали даної області техніки, мати уявлення про наявність, вартості, властивості і, що особливо важливо, досвід застосування даних матеріалів. Важливо знати потенційні замінники основних матеріалів, наприклад, з числа більш дорогих композитів, пластиків, керамік і ін. Тільки після цього можна ставити питання про розробку нових матеріалів.

При класифікації матеріалів важливі три напрямки: міжатомних зв'язків, структура і призначення.

Міжатомних зв'язків. У фізиці твердого тіла відомі кілька варіантів взаємодії електронів з атомами, що визначають міжатомних зв'язків: молекулярна, іонна, ковалентний і металева. У переважній більшості матеріалів важливими є три види межатомной зв'язку: іонна, ковалентний і металева.

Структура матеріалів. Один по одному розташування атомів матеріали можна класифікувати на кристалічні, аморфні і мезоморфіческіе.

У кристалах розташування атомів організовано у певному порядку, який періодично повторюється в трьох вимірах.

В аморфних речовинах розташування атомів позбавлене порядку в будь-якому вимірі на великих відстанях, хоча і спостерігається ближній порядок.

Вуглець і деякі інші речовини можуть перебувати в «напівкристалічних» станах, що характеризуються періодичністю в одному або двох напрямках. Такий стан називають мезоморфіческім. У цю групу відносять речовини зі структурою у вигляді довгих ланцюжків (наприклад, рідкі кристали) або різні двомірні структури (наприклад, деякі різновиди слюди).

Кристалічні матеріали при розгляді дисперсності (подрібнення) їх структурних елементів (зерен) можуть класифікуватися як монокристалічні, полікристалічні, микрокристаллические (з розміром зерен частки мікрометрів) і нанокристалічні або ультрадисперсні (з розміром зерен від часток мікрометра до декількох нанометрів). Фазовий стан кристалічних матеріалів, як відомо з металознавства, формується з твердих розчинів, проміжних з'єднань і суміші фаз.

Аморфні матеріали або скла діляться на два класи: метали і неметали. Металеві аморфні матеріали отримують швидким охолодженням розплаву. Аморфні неметали - це широке коло матеріалів у вигляді кераміки (кермети, глини, цементи, бетони та іншу продукцію.), Високополімеров (пластики, термопластики, синтетика, фарби та ін.), Скла і еластомери (гуми і ін.).

Призначення матеріалів. Багато матеріалів сучасної техніки, по суті, є багатофункціональними. Однак чисто суб'єктивно всю сукупність матеріалів за призначенням можна досить умовно розбити на дві групи: конструкційні та функціональні.

Конструкційними називають матеріали, що забезпечують цілісність і несучу здатність конструкції тих чи інших виробів. Для таких матеріалів важливими, як правило, є фізико-механічні властивості: межа міцності, границя текучості, межа тривалої міцності (повзучості), межа витривалості (втоми), відносне подовження, модулі зсуву і пружності і інші властивості. У ряді випадків конструкційні матеріали одночасно виконують і інші функції. Наприклад, матеріал оболонки твела ядерного реактора, перш за все, забезпечує цілісність і працездатність твела і є конструкційним матеріалом. Одночасно оболонка твела ізолює ядерне паливо від контакту з теплоносієм і, по суті, виконує функції захисної оболонки, є захисним матеріалом.

Деякі класи конструкційних матеріалів:

Матеріали з підвищеною і високою міцністю (σ). У машинобудуванні в цю групу матеріалів входять в основному стали, які за рівнем легування діляться на вуглецеві (σ ≈ 500 МПа), малолегованих (σ ≈ 1600 МПа), середньолеговані (σ <1750 МПа) і високолеговані (σ <3400 МПа).
Стали і сплави для високих температур, до яких відносяться теплостойкие і жароміцні стали і сплави.
Матеріали з підвищеними технологічними властивостями, включаючи чавуни, латуні (Cu-Zn + Al, Fe, Mn, Sn, Pb), бронзи (Cu-Sn + Al, Ni, Mn, Fe, Mg, Be, Si, Pb, P, Cr, Zr) і мідно-нікелеві сплави (наприклад, мельхіор).
Матеріали триботехнического призначення, включаючи зносостійкі тверді (алмаз, кермети і кераміки) і м'які (наприклад, бабіти: Sn + 12Sb + 6Cu).
Матеріали з малою щільністю і високою питомою міцністю, включаючи алюмінієві, магнієві, титанові і берилієві сплави, полімерні матеріали, дисперсно-зміцнені і евтектичних композити, волокнисті композиційні матеріали з неметалевої (полімерної, вуглецевої) матрицею.
Матеріали, стійкі до впливу температури і зовнішньої робочого середовища, включаючи корозійно-стійкі матеріали, тепло- і жаростійкі сплави.

Остання зміна: вівторок 27 грудень 2016 22:07