Конструкционные материалы.

В качестве материала машиностроительных конструкций используются в основном металлы и их сплавы, а также различные неорганические и органические материалы (полимеры, пластмассы, волокна, керамика и др.). В последнее время нашли применение композиционные материалы, состоящие из высокопрочных нитей стекла, бора, углерода и связующего (полимеров и металлов). В строительных конструкциях используются бетон (смесь крупных и мелких каменных частиц, скрепленных цементом), железобетон (бетон, усиленный стальными стержнями), кирпич, дерево и другие материалы.

Основными конструкционными материалами в машиностроении являются сплавы черных и цветных металлов.

Рис. 1.3. Схема кристаллической решетки металлов

Металлы имеют кристаллическое строение, представляющее регулярную структуру (рис. 1.3), в которой в определенном порядке размещены атомы вещества. Многие металлы имеют кубическую объемноцентрированную структуру (железо, хром, молибден), кубическую гранецёнтрированную структуру (алюминий, медь), (рис. 1.4).

Атомный радиус — половина расстояния между ближайшими атомами в кристаллической структуре — составляет 1—2 А (А - ангстрем — см). Реальные металлы и их сплавы имеют обычно поликристаллическое (зернистое) строение (рис. 1.5). Образование кристаллов в процессе охлаждения сплава начинается из очень большого числа центров.

Рис. 1.4. Структура элементов кристаллической решетки: а — кубическая объемноцентрированная структура; б — кубическая гранецентрированная структура

Рис. 1.5. Зернистое строение металлов и сплавов

Каждое зерно — это кристалл, принявший неправильную форму, так как его дальнейшему росту помешали соседние кристаллы.

Прочность сплавов определяется не только прочностью зерен, но и прочностью их границ. Например, при работе сплава при высоких температурах разрушение проходит по границам зерен.