Основы рационального выбора материалов

 

Выбор материала

 

Правильный выбор материала для изготовления изделия является важной задачей и проводится с учетом ряда критериев, которые определяются как физическими, химическими и механическими свойствами материала, так и эксплуатационными и технологическими требованиями к выпускаемой продукции. Когда имеются варианты, то определяющую роль при выборе играет цена материала, но выбор дешевого материала не всегда оптимальный.

Эксплуатационные требования характеризуют способность материала работать в конкретных условиях. Приборы, оборудование, конструкции работают в условиях воздействия низких или высоких температур, динамических, статических и циклических нагрузок, агрессивных сред и т. п.

Выбор следует начинать с анализа номенклатуры с целью поиска материалов с необходимым сочетанием эксплуатационных параметров.

Надежность работы отдельных элементов оборудования и конструкций во многом определяется способностью конкретных материалов сопротивляться износу и разрушению, которые и являются в большинстве случаев причиной сокращения срока службы изделия.

При выборе следует руководствоваться не только анализом механических свойств отдельных материалов, но и стендовыми испытаниями приборов и конструкций при заданных условиях эксплуатации.

В процессе эксплуатации изделия длительное воздействие знакопеременных нагрузок приводит к накоплению механических повреждений, которые могут явиться причиной разрушения. Однако повышение сопротивления деталей оборудования и конструкций хрупкому или вязкому разрушению ограничено пределом прочности материала.

Использование более прочного материала дает возможность повысить не только срок службы, но и увеличить мощность и производительность оборудования, изготовленного из таких материалов. Не только прочность материала, но и качество обработки изделия существенно влияет на срок его службы, поскольку развитие усталостных трещин происходит на дефектах поверхности – концентраторах напряжений. Наличие на поверхности напряжений сжатия, как следствие упрочняющей обработки, может предупредить образование зародышей трещин и значительно продлить срок службы изделия. Кроме того, любая упрочняющая обработка способствует увеличению сопротивления материала износу, а также коррозии, продлевая срок службы изделия.

Технологические требования характеризуют способность материала быть обработанным тем или иным способом. Материал должен обладать минимальной трудоемкостью изготовления, т. е. обладать хорошей обрабатываемостью давлением, резанием и т. д. Применение более технологичного материала позволяет использовать более экономичные методы изготовления и обработки, что снижает себестоимость изготовления изделия, уменьшает количество брака и отходов.

Экономические требования. Качественный материал является дорогостоящим. Правильный выбор материала должен учитывать как экономический эффект от повышения качества, так и увеличение цены материала. Необходимо проводить сравнительный расчет экономической эффективности применения различных материалов. По их результатам и делают окончательный выбор. Если увеличение цены перекрывается полученным экономическим эффектом, то применение дорогостоящего материала целесообразно.

Например, хромоникелевые стали являются коррозионно-стойкими. Эксплуатация при высоких температурах (450-850 °С) приводит к развитию в них межкристаллитной коррозии. Для ее уменьшения в сталь дополнительно вводят легирующий элемент титан и снижают содержание углерода. Сталь стоит дороже, но ее использование окупается более длительным сроком службы изделия.

Широкое внедрение пластмасс обусловлено ценными специфическими свойствами, которые позволяют им конкурировать с металлическими материалами. Если применение пластмасс технически оправдано, то оно экономически всегда эффективно. Благодаря малой плотности пластмассы резко снижается масса изделий. Вследствие хорошей технологичности производство пластмассовых деталей обходится дешевле, чем металлических. Применение пластмасс в машинах и оборудовании приводит к уменьшению затрат на смазку, ремонт; повышению надежности; увеличению срока службы. Себестоимость пластмассовых изделий в 2-3 раза ниже.