Конструкционные материалы это в географии кратко
Обновлено: 30.06.2024
Конструкционными называются такие материалы, которые идут на изготовление различных конструкций. Из них создаются детали машин и самолетов, элементы сооружений, которые способны переносить определенную силовую нагрузку.
По своей природе конструкционные материалы делят на: неметаллические, металлические и композиционные.
В комплекс отраслей по изготовлению таких материалов включают черную и цветную металлургию, лесопереработку, химическую и целлюлозно-бумажную промышленность.
материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами К. м. являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.). К основным критериям качества К. м. относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Длительный период в своём развитии человеческое общество использовало для своих нужд (орудия труда и охоты, утварь, украшения и др.) ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожжённую глину, стекло, бронзу, железо. Промышленный переворот 18 в. и дальнейшее развитие техники, особенно создание паровых машин и появление в конце 19 в. двигателей внутреннего сгорания, электрических машин и автомобилей, усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др. Основой К. м. стали металлические сплавы на основе железа (Чугуны и стали (См. Сталь)), меди (бронзы (См. Бронза) и латуни (См. Латунь)), свинца и олова.
При конструировании самолётов, когда главным требованием, предъявляемым к К. м., стала высокая удельная прочность, широкое распространение получили древесные пластики (фанера), малолегированные стали, алюминиевые и магниевые сплавы. Дальнейшее развитие авиационной техники потребовало создания новых жаропрочных сплавов (См. Жаропрочные сплавы) на никелевой и кобальтовой основах, сталей, титановых, алюминиевых, магниевых сплавов, пригодных для длительной работы при высоких температурах. Совершенствование техники на каждом этапе развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к К. м. (температурная стойкость, износостойкость, электрическая проводимость и др.). Например, судостроению необходимы стали и сплавы с хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, а химическому машиностроению — с высокой и длительной стойкостью в агрессивных средах. Развитие атомной энергетики связано с применением К. м., обладающих не только достаточной прочностью и высокой коррозионной стойкостью в различных теплоносителях, но и удовлетворяющих новому требованию — малому поперечному сечению захвата нейтронов.
К. м. подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические и Композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и др. материалов; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.
Отдельные классы К. м., в свою очередь, делятся на многочисленные группы. Например, металлические сплавы различают: по системам сплавов — алюминиевые, магниевые, титановые, медные, никелевые, молибденовые, ниобиевые, бериллиевые, вольфрамовые, на железной основе и др.; по типам упрочнения — закаливаемые, улучшаемые, стареющие, цементируемые, цианируемые, азотируемые и др.; по структурному составу — стали аустенитные и ферритные, латуни и т.д.
Неметаллические К. м. подразделяют по изомерному составу, технологическому исполнению (прессованные, тканые, намотанные, формованные и пр.), по типам наполнителей (армирующих элементов) и по характеру их размещения и ориентации. Некоторые К. м., например сталь и алюминиевые сплавы, используются как строительные материалы и, наоборот, в ряде случаев строительные материалы, например Железобетон, применяются в конструкциях машиностроения.
Технико-экономические параметры К. м. включают: технологические параметры — обрабатываемость металлов давлением, резанием, литейные свойства (жидкотекучесть, склонность к образованию горячих трещин при литье), свариваемость, паяемость, скорость отверждения и текучесть полимерных материалов при нормальных и повышенных температурах и др.; показатели экономической эффективности (стоимость, трудоёмкость, дефицитность, коэффициент использования металла и т.п.).
К металлическим К. м. относится большинство выпускаемых промышленностью марок стали. Исключение составляют стали, не используемые в силовых элементах конструкций: инструментальные стали (См. Инструментальная сталь), для нагревательных элементов, для присадочной проволоки (при сварке) и некоторые другие с особыми физическими и технологическими свойствами. Стали составляют основной объём К. м., используемых техникой. Они отличаются широким диапазоном прочности — от 200 до 3000 Мн/м 2 (20—300 кгс/мм 2 ), пластичность сталей достигает 80%, вязкость — 3 МДж/м 2 . Конструкционные (в т. ч. нержавеющие) стали выплавляются в конверторах, мартеновских и электрических печах. Для дополнительной рафинировки применяются продувка аргоном и обработка синтетическим шлаком в ковше. Стали ответственного назначения, от которых требуется высокая надёжность, изготовляются вакуумно-дуговым, вакуумно-индукционным и электрошлаковым переплавом, вакуумированием, а в особых случаях — улучшением кристаллизации (на установках непрерывной или полунепрерывной разливки) вытягиванием из расплава.
Чугуны широко применяются в машиностроении для изготовления станин, коленчатых валов, зубчатых колёс, цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей, работающих при температуре до 1200 °С в окислительных средах, и др. Прочность чугунов в зависимости от легирования колеблется от 110 Мн/м 2 (чугаль) до 1350 Мн/м 2 (легированный магниевый чугун).
Никелевые сплавы и Кобальтовые сплавы сохраняют прочность до 1000—1100 °С. Выплавляются в вакуумно-индукционных и вакуумно-дуговых, а также в плазменных и электроннолучевых печах (См. Электроннолучевая печь). Применяются в авиационных и ракетных двигателях, паровых турбинах, аппаратах, работающих в агрессивных средах, и др. Прочность алюминиевых сплавов (См. Алюминиевые сплавы) составляет: деформируемых до 750 Мн/м 2 , литейных до 550 Мн/м 2 , по удельной жёсткости они значительно превосходят стали. Служат для изготовления корпусов самолётов, вертолётов, ракет, судов различного назначения и др. Магниевые сплавы отличаются высоким удельным объёмом (в 4 раза выше, чем у стали), имеют прочность до 400 Мн/м 2 и выше; применяются преимущественно в виде литья в конструкциях летательных аппаратов, в автомобилестроении, в текстильной и полиграфической промышленности и др. Титановые сплавы начинают успешно конкурировать в ряде отраслей техники со сталями и алюминиевыми сплавами, превосходя их по удельной прочности, коррозионной стойкости и по жёсткости. Сплавы имеют прочность до 1600 Мн/м 2 и более. Применяются для изготовления компрессоров авиационных двигателей, аппаратов химической и нефтеперерабатывающей промышленности, медицинских инструментов и др.
К К. м. относятся также сплавы на основе меди, цинка, молибдена, циркония, хрома, бериллия, которые нашли применение в различных отраслях техники (см. Бериллиевые сплавы, Медноникелевые сплавы (См. Медно-никелевые сплавы), Молибденовые сплавы).
Неметаллические К. м. включают пластики, термопластичные полимерные материалы (см. Полимеры), керамику (См. Керамика), Огнеупоры, стекла (См. Стекло), резины (См. Резина), древесину (См. Древесина). Пластики на основе термореактивных, эпоксидных, фенольных, кремнийорганических термопластичных смол и фторопластов (См. Фторопласты), армированные (упрочнённые) стеклянными, кварцевыми, асбестовыми и др. волокнами, тканями и лентами, применяются в конструкциях самолётов, ракет, в энергетическом, транспортном машиностроении и др. Термопластичные полимерные материалы — Полистирол, полиметилметакрилат, полиамиды, фторопласты, а также реактопласты используют в деталях электро- и радиооборудования, узлах трения, работающих в различных средах, в том числе химически активных: топливах, маслах и т.п.
Стекла (силикатные, кварцевые, органические), Триплексы на их основе служат для остекления судов, самолётов, ракет; из керамических материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Резины на основе различных каучуков, упрочнённые кордными тканями, применяются для производства покрышек или монолитных колёс самолётов и автомобилей, а также различных подвижных и неподвижных уплотнений.
Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим К. м., стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность. Внешнее армирование металлических замкнутых объёмов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком (См. Стеклопластики) позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями. Для многих областей техники необходимы К. м., сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.
Т. к. в составе К. м. нашли своё применение почти все элементы таблицы Менделеева, а эффективность ставших уже классическими для металлических сплавов методов упрочнения путём сочетания специально подобранного легирования, высококачественной плавки и надлежащей термической обработки снижается, перспективы повышения свойств К. м. связаны с синтезированием материалов из элементов, имеющих предельные значения свойств, например предельно прочных, предельно тугоплавких, термостабильных и т.п. Такие материалы составляют новый класс композиционных К. м. В них используются высокопрочные элементы (волокна, нити, проволока, нитевидные кристаллы, гранулы, дисперсные высокотвёрдые и тугоплавкие соединения, составляющие армировку или наполнитель), связуемые матрицей из пластичного и прочного материала (металлических сплавов или неметаллических, преимущественно полимерных, материалов). Композиционные К. м. по удельной прочности и удельному модулю упругости могут на 50—100% превосходить стали или алюминиевые сплавы и обеспечивают экономию массы конструкций на 20—50%.
Наряду с созданием композиционных К. м., имеющих ориентированную (ортотропную) структуру, перспективным путём повышения качества К. м. является регламентация структуры традиционных К. м. Так, путём направленной кристаллизации сталей и сплавов получают литые детали, например лопатки газовых турбин, состоящие из кристаллов, ориентированных относительно основных напряжений таким образом, что границы зёрен (слабые места у жаропрочных сплавов) оказываются ненагруженными. Направленная кристаллизация позволяет увеличить в несколько раз пластичность и долговечность. Ещё более прогрессивным методом создания ортотропных К. м. является получение монокристальных деталей с определённой кристаллографической ориентацией относительно действующих напряжений. Весьма эффективно используются методы ориентации в неметаллических К. м. Так, ориентация линейных макромолекул полимерных материалов (ориентация стекол из полиметилметакрилата) значительно повышает их прочность, вязкость и долговечность.
При синтезировании композиционных К. м., создании сплавов и материалов с ориентированной структурой используются достижения материаловедения.
Лит.: Киселев Б. А., Стеклопластики, М., 1961; Конструкционные материалы, т. 1— 3, М., 1963—65; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, под ред. А. Т. Туманова и К. И. Портного, М., 1967; Конструкционные свойства пластмасс, пер. с англ., М., 1967; Резина — конструкционный материал современного машиностроения. Сб. ст., М., 1967; Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник, под ред. И. В. Кудрявцева, т. 1—5, М., 1967—69; Химушин Ф. Ф., Жаропрочные стали и сплавы, 2 изд., М., 1969; Современные композиционные материалы, пер. с англ., М., 1970; Алюминиевые сплавы. Сб. ст., т. 1—6, М., 1963-69.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
В ходе данного урока мы узнаем, какие комплексы производят конструкционные материалы и химические вещества, подробно рассмотрим их состав и значение в хозяйстве страны, а также разберёмся с проблемами и перспективами развития этих комплексов в России.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Состав и значение комплексов, производящих конструкционные материалы и химические вещества"
Конструкционные материалы – это разнообразные материалы, которые используются для изготовления готовых изделий или сооружений.
Конструкционные материалы по времени их возникновения делят на традиционные, которые человечество использует давно, и новые, которые стали использоваться в 20 веке.
По происхождению конструкционные материалы делятся на металлические, неметаллические и композиционные.
Классификация конструкционных материалов
Россия производит много конструкционных материалов, особенно традиционных, давно использующихся в хозяйстве: металлов, кирпича, стекла, древесины и цемента. Выпуск новых материалов, а именно пластмасс, полимеров в стране недостаточен. Однако для нормального обеспечения хозяйства конструкционными материалами нужно не только наращивать их производство, но и использовать вторичные ресурсы: металлолом, макулатуру и прочие.
Некоторые межотраслевые комплексы настолько сильно взаимодействуют и взаимодополняют друг друга, что их объединяют в более крупные системы. Подобную систему образуют комплексы, производящие конструкционные материалы и химические вещества. Это металлургический комплекс и химико-лесной комплекс.
Их объединение целесообразно по ряду причин. Во-первых, все они участвуют в производстве материалов, именуемых конструкционными.
Во-вторых, их продукция часто взаимозаменяема. Например, вместо металла и строительных материалов все шире используют пластик и полимеры. Они дешевле, обладают лучшими свойствами, значительно снижают вес изделий. К сведению, одна тонна пластмассы заменяет десять тонн стали, пять тонн меди, шестнадцать тонн древесины.
Одними из основных конструкционных материалов являются металлы. Металлы производит металлургический комплекс.
Металлургический комплекс – это совокупность отраслей промышленности, производящих разнообразные металлы.
Металлургический комплекс включает в себя две крупные отрасли - чёрную и цветную металлургию.
Чёрная металлургия – это производство металлов, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы), а также марганца и хрома.
Цветная металлургия – это производство более 70 металлов, обладающих ценными свойствами (меди, алюминия, свинца, цинка и т. д.)
К сведению, 90 % всех металлов, применяемых в производстве – чёрные металлы (железо и сплавы).
Предприятия металлургического комплекса занимаются добычей и обогащением металлических руд, выплавкой разнообразных металлов, производством проката, обработкой металлов различными способами для получения заданных свойств, переработкой вторичного сырья, производством вспомогательных материалов.
Рассмотрим некоторые факты о металлургическом комплексе:
· Продукция металлургического комплекса служит фундаментом для машиностроения.
· Продукция широко используется в строительстве, на транспорте, в электротехнике, в атомной и химической промышленности.
· На долю металлургии приходится 18 % общего объёма промышленного производства России,10 % занятого в промышленности населения.
· Комплекс потребляет 25 % добываемого в стране угля, 25 % производимой электроэнергии, 30 % грузовых железнодорожных перевозок.
· Продукция металлургии - одна из основных статей экспорта России. По данным за 2016 год. Россия занимает 5-е место в мире по производству стали после Китая, Японии, Индии и США.
Место России в мире по производству стали
· Металлургия – крупный загрязнитель природы. Её предприятия выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн вредных веществ. Крупные металлургические центры являются городами с неблагоприятной экологической ситуацией. Большой вред природе наносит открытый способ добычи руды.
1. В России нет крупных месторождений марганцевых, хромовых, титановых руд. Значителен дефицит медных, алюминиевых, молибденовых и других.
2. Из-за недостатка современных технологий и техники в стране выпускается много низкокачественного металла (весь чугун и почти 2/5 стали).
3. Российский металл очень дорогой. Его цена выше мировых, что ограничивает его потребление и на мировом, и на внутренних рынках.
По оценкам специалистов, в России накопились сотни миллионов тонн металлолома. Заменяя сырьё на металлолом, можно добиться большого эффекта.
Экономический эффект при использовании 1 тонны металлолома
Химико-лесной комплекс.
Он состоит из двух сложных по составу отраслей: химической и лесной.
В состав химической промышленности входит много отраслей, которые производят десятки тысяч видов продукции. Выделяют три крупные отрасли: горно-химическую, основную химию и химию органического синтеза.
Горно-химическая отрасль — это добыча химического сырья: серы, калийных солей, апатитов, фосфоритов и т. д. Основная (неорганическая) химия специализируется на производстве минеральных удобрений, кислот, соды и т. д. Химия органического синтеза объединяет производство синтетических смол и пластмасс, синтетического каучука, химических волокон и других видов продукции.
Химическая промышленность занимает лидирующие позиции в комплексе. Именно с её помощью, применяя химико-механические и химические процессы, лесная промышленность производит широкий набор современной продукции: древесные плиты, целлюлозу, скипидар и прочие.
Вместе с электроэнергетикой и машиностроением химическая промышленность определяет направление научно-технического прогресса в хозяйстве. Химическая промышленность не просто перерабатывает природные ресурсы, а создаёт материалы с заранее заданными свойствами. Более дешёвые и более лёгкие материалы, производимые комплексом, способны заменить более дорогие и дефицитные аналоги. Новые технологии создают условия для комплексной переработки сырья и отходов.
Лесная промышленность. В состав лесной промышленности входят лесозаготовительная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная и лесохимическая отрасли.
Лесозаготовительная отрасль осуществляет заготовку, первичную обработку и вывоз леса. Основными районами заготовки леса являются Северный, Восточно-Сибирский и Уральский. Деревообрабатывающая отрасль включает в себя лесопиление, производство фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит, мебели, спичек, стандартное домостроение и т. д. Целлюлозно-бумажная отрасль производит целлюлозу, бумагу, картон и изделия из них. Лесохимическая отрасль осуществляет производство лаков, канифоли, скипидара, этилового спирта, линолеума и т. д.
В целом достаточно высокий уровень механизации и автоматизации процессов характерен для химико-лесного комплекса страны.
Проблемой комплекса является сильный износ оборудования. Он составляет более 50 %, а обновляется чуть более 1 % в год. Предприятия химико-лесного комплекса являются крупными загрязнителями окружающей среды, поэтому при их сооружении требуется строительство крупных очистительных сооружений.
КОНСТРУКЦИО́ННЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ, материалы, предназначенные для изготовления конструкций (деталей машин или механизмов, приборов, сооружений, транспортных средств и др.), воспринимающих механич. нагрузки. К. м. (в отличие от др. технич. материалов – оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и пр.) должны иметь высокую конструкц. прочность, обеспечивающую их надёжную и длительную работу в условиях эксплуатации. К осн. критериям качества К. м. относятся параметры сопротивления внешним (статич., циклич. и ударным) нагрузкам – прочность, удельная прочность (особенно для К. м., используемых в авиа- и ракетостроении), жаропрочность, выносливость и вязкость разрушения (сопротивление материала образованию трещин). В ряде случаев важными характеристиками К. м. также являются износо-, термо- и коррозионная стойкость, свариваемость, прокаливаемость и др. На механич. свойства К. м. оказывает влияние (преим. негативное) рабочая среда, вызывая повреждение поверхности вследствие коррозионного растрескивания или изменение химич. состава поверхностного слоя в результате насыщения нежелательными элементами (напр., водородом, вызывающим охрупчивание металлич. конструкций). К. м. эксплуатируются в широком температурном диапазоне – от –269 до 2500 °C; для обеспечения работоспособности при высокой темп-ре материал должен обладать жаропрочностью, при низкой – хладостойкостью. От технологичности К. м. (их обрабатываемости резанием, давлением, способности к литью и др.) зависит качество изготовления деталей.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Принципы размещения В чёрной металлургии – комбинирование на основе последовательной переработки исходного сырья (руда – чугун – сталь – прокат), в цветной – на основе его комплексного использования (из полиметаллических руд получают несколько металлов) Высокая концентрация и неравномерность распределения минерального сырья Создание крупных баз с высокой мощностью по его переработке Концентрация Комплексный характер сырья Использование этого сырья различными отраслями комплекса комбинирование Высокая концентрация ведёт к обострению экологических проблем, в свою очередь комбинирование даёт широкие возможности для утилизации отходов.
Экологи-ческий Трудо- ёмкость Энергети-ческий Сырьевой Потреби-тельский Близость к воде Факторы разме-щения
Состав комплекса Комплекс конструкционных материалов Чёрная Цветная Производство проката Окатыши Черновой металл Доменное производство Химия Лесная Бытовая и парфюмерия Переработка полимеров Основная химия Органический синтез Производство мебели Лесопиление и деревообработка Лесо-химия Целлюлозно-бумажная Гидролиз Горнодобывающая промышленность отходы Сталь Чистый металл Плавильное производство Рафинирование Внедоменное производство Производство удобрений Производство полимеров
Добыча: Обогащение Коксование чугун сталь прокат Доменная печь Сталепла-вильная печь Прокатный цех Листовой, трубный, фасонный и пр. Стадии получения чёрных металлов Основные стадии технологического процесса обрастают вспомогательными производствами: Для ускорения плавки и достижения нужной tC в печи необходим О2 [нужен цех разделения воздуха] Для коксования угля – коксовый завод Образующиеся в процессе плавки отходы в виде шлаков, коксового газа служат сырьём для производства строительных материалов, HNO3, удобрений NB! Эффективнее осуществлять все стадии производства черных металлов на одном предприятии, расположив рядом вспомогательные производства и предприятия, перерабатывающие отходы. Такая территориальная форма организации производства называется комбинатом Комбинат – сосредоточение на одном предприятии нескольких взаимосвязанных технологическим процессом производств, хотя и относящихся иногда к разным отраслям промышленности Листовой прокат Трубный прокат Фасонный прокат
Металлургические базы Скопления металлургических заводов, использующих общую рудную или топливную базу, и производящие основной металл страны, называют металлургической базой. В России 3 основные металлургические базы: Уральская Центральная Сибирская
Читайте также: