Металлы

Конструкционные металлы – это такие материалы, на основе которых изготавливаются различные детали машин, конструкций и инженерных сооружений. В этой статье речь пойдет о металлах и сплавах, которые чаще других используются в инженерном деле. Выбор того или иного материала обусловлен такими его качествами как: прочность, жесткость, надежность и долговечность.

Стали

В строительстве и машиностроении используются особые виды стали – конструкционные. Под этим термином подразумеваются специальные сплавы, которые имеют особые технические свойства, требующиеся в той сфере, где они используются. Чаще всего такие стали делятся на:

  • машиностроительные;
  • арматурные.

Второй вариант сталей (арматурные) также называют строительными. В отличие от машиностроительных сталей, их соединение с помощью сварки более надежны.

Также марочники делятся на стали общего и специального назначения.

Стали, использующиеся в машиностроительной отрасли, имеют специальный набор характеристик. При использовании таких материалов учитывается их пластичность, вязкость и прочность. Самыми распространенными марками таких сталей являются:

  • 40ХН2СМА;
  • 25Х2ГНТРА;
  • ЗОХГСН2А;
  • ЗОХ2ГСН2ВМ.

ВАЖНО: Понять марку стали по ее маркировке не очень сложное. Буквами обозначаются входящие в состав металлы: хром (Х), никель (Н), кобальт (К), молибден (М), вольфрам (В), медь (Д), титан (Т) и т.п. Входящая в названии марки буква Ч указывает на наличие редкоземельных металлов.

Также в документах к той или иной стали могут указываться способы ее окисления:

  • КП — кипящая;
  • ПС — полуспокойная;
  • СП — спокойная.

Сортовые стали после изготовления подвергаются термообработке. В качестве этого процесса используются:

  • Закалка поверхностного типа;
  • Стандартная закалка с отпуском;
  • Нормализация.

Существует еще одна классификация конструкционных сталей. Они могут делиться по назначению: шарикоподшипниковые, литейные, жаропрочные и т.п.

Область использования сталей зависит от входящих в их состав веществ. Они придают материалу необходимые характеристики: пластичность, вязкость, стойкость к коррозии и т.п.

Стали, используемые в строительстве имеют в своем составе незначительное количество кремния, хрома и марганца. Также, в строительстве используются углеродистые стали (0,1% – 0,2%). Чаще других марок, в строительстве используются:

  • 35ГС;
  • 15ХСНД;
  • 18Г2;
  • 25Г2С;
  • 14ХГС.

Чугун

Сплав железа, в который входит более 2,11% углерода, называется чугун. Его некоторые виды имеют в своем составе различные легирующие добавки, изменяющие характеристики материала и повышающие его потребительские качества. Главной сферой использования чугуна является черная металлургия. Там из него делают различные стали. Также его используется в художественной ковке, станкостроении, строительстве и т.п.

В машиностроении чаще используется серый чугун. Такая разновидность этого материала получается при добавлении в состав графита. Благодаря ему, полученные из серого графита детали способны поглощать колебания. Из него производят втулки, станины станков и другие тяжелые основания. Пятая часть всех деталей тракторов изготовлена из серого чугуна.

Высокая износостойкость позволяет производить из чугуна детали, обладающие демпфирующими свойствами: крышки подшипников, тормозные диски, блоки цилиндров и т.п. В машиностроении используют чугун следующих марок:

  • СЧ25;
  • СЧ20;
  • СЧ30;
  • СЧ35.

Широкое применение серого чугуна в станкостроении обусловлено его отличными характеристиками. В этой сфере чаще всего используются литые детали, способные выдержать большие нагрузки. Марки чугуна, применяемые в станкостроении различаются по следующим параметрам:

  • Твердость;
  • Микроструктура;
  • Классность заготовки;
  • Толщина стенки.

Широко используется чугун в художественно-декоративной области. Из этого материала производят различные интерьерные аксессуары, заборы, ажурные ворота и т.п. Но ковкий чугун используется не только в декоративных целях. Свойство этого материала позволяют его использовать в машиностроении. Часто из него делают детали, которые должны надежно справиться с возложенными на них нагрузками. Возможность обработки чугуна давлением помогает использовать его там, где необходимо получить изделия с наилучшими эксплуатационными свойствами.

Не обходится без чугуна и строительство. Его высокая прочность и невысокая стоимость позволяют использовать чугун там, где можно нивелировать его единственный недостаток – хрупкость.

Еще несколько лет тому назад из него создавались сборные на болтах конструкции. Где каждая деталь отливалась в специальных формах. Сегодня чугун используется в основном при изготовлении труб канализаций, стоек и деталей похожего назначения.

Алюминий

Алюминий — это самый востребованный металл. Он применяется в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и т.п. В большинстве случаев, этот металл используется не в чистом виде, а с добавками. Которые повышают его характеристики.

Популярность алюминия обусловлена его высокой прочностью и небольшим весом. Благодаря этому его применяют в:

  • Судостроении;
  • Автомобилестроении;
  • Ракетостроении;
  • Холодильной и пищевой промышленности.

Алюминий легко поддается обработке. Качество этого металла определяются ГОСТами: №4784-97 и № 1583-93. Классификация происходит по нескольким критериям. В зависимости от добавленных легирующих элементов они бывают:

  • С добавлением присадок в виде цинка, марганца, магния и т.п.;
  • С добавлением нескольких металлов: магния+меди, магния+кремния, лития+магний и т.п.;
  • Предназначенными для штамповки, ковки, проката, прессовки и т.п. Их особенность в том, что они подвергаются такой обработке без превращения в жидкость;
  • Предназначенные для литья. Используются для изготовления заготовок методом литья.

Кроме того, алюминиевые сплавы делятся по степени прочности на: малопрочные, среднепрочные и сверхпрочные. Как и в случае со сталями, они маркируются с помощью букв и цифр, указывающих на состав.

ДЛЯ ПРИМЕРА: «Д16П». Д – дюралюминий (алюминий с медью и магнием) 16 – номер сплава. П – полунагартованный (прошедший холодную обработку давлением, не доходя до половины максимального значение).

В строительной области алюминий применяется при изготовлении павильонов, дверей, окон и других облегченных конструкций. Из алюминия делают фольгу для отражения тепловой энергии внутрь здания. Хорошая теплоотдача алюминия позволяет изготавливать из него радиаторы отопления.

Высокие антикоррозионные свойства этого металла высоко ценятся в строительной сфере. Благодаря им алюминий используется для изготовления кровельных материалов. С помощью которых можно сделать долговечную и практичную крышу. Одним из лучших материалов для этого служит алюминиевый арганцевый сплав. В последнее время из алюминия изготавливают и стеновые панели.

Латунь

Латунь – это сплав, основой которого являются медь и цинк. Также в латунь могут быть добавлены олово, свинец, марганец и алюминий. Благодаря своим великолепным свойствам, этот материал часто используется в машиностроительной и строительстве.

Главной особенностью латуни является то, что она не подвергается коррозии и старению. Также к ее особенностям следует отнести привлекательный внешний вид и пластичность. Масштабному применению латунного проката способствует низкая стоимость на этот материал.

По составу латуни можно разделить на две категории:

  • Простые. Состоят из меди и цинка в разных пропорциях. Маркируются буковой «Л». Л80 (80% меди – 20% цинка)
  • Сложные. Состоят из нескольких компонентов. По их маркировке можно понять, какие компоненты входят в состав. Чаще всего это свинец, никель, алюминий и олово.

Сложные латуни имеют широкое применение. Сплавы с добавлением вышеперечисленных металлов позволяют материалу легче обрабатываться и улучшают их технические характеристики.

В строительной сфере используются трубопроводы из латуни. В отличие от других материалов они не поддаются коррозии и сохраняют высокую долговечность. При этом стоимость латунных труб меньше стоимости аналогичных изделий из меди.

Латунный прокат используется для производства крепежа, изготовления элементов украшения интерьера и изготовления мебели. Сплав ЛЦ30А3 применяется при изготовлении коррозийно-стойких деталей в судостроении и машиностроении. Детали, которые работают при высоких нагрузках на изгиб, изготавливают из ЛЦ23А6Ж3Мц2. Для подшипников и втулок применяют латунь ЛЦ14К3С3.

Бронза

Бронза – это материал, в основе которого находится медь. Среди легирующих добавок, доля которых превышает 2,5 % могут используются различные металлы кроме цинка. (соединение меди с цинком мы рассмотрели выше) и никеля (мельхиор).

За всю историю человечества бронза была самым часто используемым материалом. Из него делали все, начиная домашней утвари и заканчивая оружием. Сплавы бронзы маркируются «стандартным» способом. После букв «Бр», указывающих на этот материал, идут буквы, показывающие какие легирующие добавки были использованы. За ними размещают цифры, указывающие на количество этих добавок. Например, БрО5 – содержание в составе 5% олова.

Бронза обладает:

  • Высокой коррозийной стойкостью;
  • Высокой прочностью;
  • Низким коэффициентом трения;
  • Высокой стойкостью к углекислым растворам и соленой воде;
  • Хорошей способностью к пайке и сварки.

Свойства бронзы зависит от количества основных составляющих. При увеличении количества олова – снижается пластичность. Если количество этого металла в бронзе увеличиться до 20%, то материал станет хрупким. Сплав бронзы содержащий 5% свинца хорошо подвергается обработке. Если добавить в медь с оловом до 10% цинка, то уменьшиться ее стоимость без изменения его свойств.

Широко распространены бронзы без олова. Они называются специальными и используются в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Замена олова на алюминий наделяет бронзу лучшими механическими свойствами. Более упругой бронзой является та, в которую входит 1% — 3% бериллия.

В машиностроении бронзу часто используют там, где нужна ее стойкость к истиранию. До эры подшипников именно бронзовые вставки играли роль снижения трения и нагрева трущихся деталей. Бронза, в отличие от черного металла, не имеет сегодня такого широкого применения. Ее стоимость в отличие от стали на порядок выше. Но в некоторых сферах без бронзы не обойтись.