Общие сведения о традиционных и новых материалах и полимерные материалы
Современное машиностроение характеризуют непрерывно растущая энергонапряженность, а также тяжелые условия эксплуатации машин (высокий вакуум, низкие или высокие температуры, агрессивные среды, высокая радиация и т. д.). Такие условия работы машин предъявляют к материалам особые требования. Для удовлетворения этих требований создано много сплавов на основе различных металлов.
Железо и сплавы на его основе (сталь, чугун) принято называть черными металлами, а остальные металлы (Al, Mg, Cu, Ni, Sn, Pb, Zn, Cd, Ті, W, Mo, Mb, Та, Ag, Аи, Pd, Pt и др.)- и их сплавы — цветными. Кроме того, различают: 1) легкие металлы (Be, Mg, Al, Ті), обладающие малой плотностью; 2) легкоплавкие металлы (Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, Та, Sb); 3) тугоплавкие металлы (W, Mo, Nb, Та и др.), имеющие температуру плавления выше, чем железо; 4) благородные металлы (Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ru, Os), обладающие химической инертностью; 5) урановые металлы-актиниды, используемые в атомной технике; 6) редкоземельные металлы (лантаниды — Се, Pz, Nd, Pm и др.); 7) щелочноземельные металлы (Na, К, Li).
В современной технике широко применяются стали, обеспечивающие высокую конструктивную прочность, и сплавы, которые остаются прочными при высоких температурах (1000—3000° С), вязкими при температурах, близких к абсолютному нулю, обладающие высокой коррозионной стойкостью в агрессивных "средах или другими физико-химическими свойствами.
Некоторые давно освоенные металлы и сплавы, например алюминиевые и даже титановые, раньше применявшиеся преимущественно в авиационной технике, теперь становятся одним из основных конструкционных материалов в строительстве, машиностроении и в других отраслях промышленности.
Количество новых сплавов непрерывно растет. Особенно большие возможности открылись перед создателями новых материалов благодаря широкому применению тугоплавких и редких металлов: циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, рения, редкоземельных металлов, которые обладают уникальными физическими свойствами.[3,с.4]
Наряду с металлами в машиностроении все шире применяют неметаллические материалы. Понятие «Неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов, таких как пластические массы, пленки, волокна, резиновые материалы, клоп, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др.
Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные виды обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов.
До сего времени основной материальной базой машиностроения служит черная металлургия, производящая стали и чугуны. Эти материалы имеют много положительных качеств и в первую очередь обеспечивают высокую конструкционную прочность деталей машин. Однако эти классические материалы имеют такие недостатки, как большая плотность, низкая коррозионная стойкость. Потери от коррозии составляют 20 % годового производства изделий из стали и чугуна. Поэтому, по данным научных исследований, через 20—40 лет все развитые страны перестроятся на массовое использование металлических сплавов на базе титана, алюминия, магния. Эти легкие и прочные сплавы позволяют в 2 .3 раза облегчить станки и машины, в 10 раз уменьшить расходы на ремонт. По данным института им. Байкова АН СССР, в нашей стране есть все условия, чтобы в течение 10 .15 лет машиностроение смогло перейти на выпуск алюминиево-титановой подвижной техники, которая отличается легкостью, коррозионной стойкостью и большим безремонтным ресурсом. Важное значение имеют исследования в области использования новых материалов взамен традиционных (металлических) — пластмасс, керамики, изделий, изготовляемых методом порошковой металлургии, особенно композиционных материалов, что экономит дефицитные металлы, снижает затраты энергии на производство материалов, уменьшает массу изделий. Так, расчетами установлено, что замена ряда металлических деталей легкового автомобиля на углепластики из эпоксидной смолы, армированной углеродными волокнами, позволит уменьшить массу машины на 40%; она станет более прочной; уменьшится расход топлива, резко возрастет стойкость против коррозии.[4, с. 5]