В судостроении и судоремонте

Тема: основные металлические конструкционные материалы

Лекция №7

Материалы с высокими электропроводностью и сопротивлением

С учетом механизма прохождения электрического в металлах основным требованием к хорошим проводникам следует считать отсутствие или низ­кое содержание примесей. Чем оно выше, тем больше число дефектов кри­сталлического строения, затрудняющих перемещение электронов проводи­мости. Так, всего лишь 0,5 % инородных атомов понижают электропровод­ность Си на 15 %.

На судах практически единственным проводниковым материалом являет­ся медь марок М00, МО и Ml с пониженным содержанием примесей (см. табл. 2.20).

Использование на судах алюминия ограничено (фольга бумажных и пле­ночных конденсаторов и корпусов электролитических конденсаторов). Изго­товление из него проводников электрического тока (проводов, шин) запре­щено - вследствие образования оксидной пленки с большим электрическим сопротивлением в местах контактов значительный нагрев может привести к пожару.

От материалов с высоким омическим сопротивлением (резисторы, нагре­вательные элементы) требуются: а) повышенная плотность дефектов кри­сталлического строения, затрудняющих дрейф электронов; б) высокая сопро­тивляемость химической газовой коррозии (окалиностойкость). В полной ме­ре этим требованиям отвечают высоколегированные материалы со структу­рой твердого раствора замещения, содержащие образующие плотные оксид­ные пленки элементы: алюминий, хром и др. (см. табл. 2.20)

общая классификация конструкционных материалов

Ранее было установлено, что к группе конструкционных относятся мате­риалы:

• предназначенные прежде всего для изготовления деталей, восприни­мающих значительные силовые нагрузки;

• имеющие повышенную плотность дефектов кристаллического строе­ния и избыток свободной энергии;

• представляющие собой не простые вещества (например, медь), а спла­вы (бронза - сплав на основе меди).

С учетом изложенного, общую классификацию конструкционных мате­риалов можно представить следующим образом (рис. 2.30)

Приведенная схема позволяет отнести к группе металлических конструк­ционных материалов; стали, чугуны и сплавы на основе цветных металлов.

Неметаллические материалы - пластмассы и композиты - создаются на базе полимеров. Полимеры представляют собой соединения с молекулярной массой свыше 10⁴а.е.м., состоящие из более простых молекул и атомов.

Так как морское судно относится к категории транспортных средств, то одной из важнейших характеристик материалов, используемых для его по­стройки вообще и корпуса судна — в частности, является удельная проч­ность:

Р где - предел прочности материала, МПа; - плотность материала, кг/дм³.

Вполне очевидно, что чем она выше, тем больше или дедвейт судна, или его скорость юга меньше требуемая мощность главного двигателя.

Сопоставление перечисленных групп конструкционных материалов по удельной прочности (рис. 2.31) показывает, что безусловным лидером по этому показателю являются композиционные материалы - материалы, по­лучаемые сочетанием химически разнородных элементов (например, ните­видные кристаллы бора в полимерной матрице).

Материал корпуса сумма и СТС

Рис. 2.31. Сравнительная характеристика материалов в судостроении и судоремонте

по удельной прочности и относительной технико-экономической эффективности

Однако по интегральной характеристике - ТЭЭ (соотношению "удельная прочность/относительная стоимость материала") при современном уровне развития науки и техники стали в 10... 12 раз превосходят и композиты, и титановые сплавы.

Именно по этой причине не только сейчас, но и в будущем использование в торговом судостроении железоуглеродистых сплавов предпочтительнее на их долю приходится не менее 90... 95 % общей массы судна. Что касается композитных материалов и сплавов Ti, Mg и А1, то они уже нашли широкое применение в авиастроении, космической технике, при создании боевых кораблей ВМФ и специализированных научных судов.