Металлические конструкции

Металлические композиционные материалы включают два основных класса: дисперсноупрочненные материалы (рис. 463,6) и металлы, армированные волокнами (рис. 463, а).

Полет при гиперзвуковых скоростях первоначально рассматривался только в сфере исследовательской деятельности и, в конечном итоге, применительно к военной авиации. Однако последние исследования указывают на существование коммерческих возможностей для летательных аппаратов будущего. По-видимому, полет при скоростях около 6 М и выше может обеспечить специфические преимущества транспортных самолетов ультрадальнего класса. Преодоление конструкционных преград является первой задачей, решение которой необходимо для создания этих самолетов. Композиционные материалы могут быть одним из ключевых средств решения этой задачи. Как и в случае сверхзвуковых самолетов, большая часть конструкции гиперзвукового самолета не испытывает высоких температур. В других частях могут использоваться металлические композиционные материалы для того, чтобы обеспечить необходимую для экономичной эксплуатации массу конструкции.

2. Слоистые металлические композиционные материалы 212

2. СЛОИСТЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

5.19. Миура К. Металлические композиционные материалы. — Кёрицу сюппан, 1973, с. 42 (на японск. яз.).

5.47. Миура К, Металлические композиционные материалы. Кёрицу сюп-пан, 1973, с. 106 (на японск. яз.).

Металлические композиционные материалы изготавливают твердофазными и жидкофазными методами, методами осаждения - напыления, возможны также комбинированные методы.

7. Волокнистые металлические композиционные материалы

Металлические композиционные материалы

Металлические композиционные материалы

Металлические композиционные материалы

Металлы и их сплавы являются наиболее важными Современными конструкционными материалами. Всюду, где эксплуатируются металлические конструкции, есть вещества, которые, взаимодействуя с металлами, постепенно их разрушают: ржавление металлических конструкций (железных кровель зданий, стальных мостов, станков и оборудования цехов) в атмосфере; ржавление наружной металлической обшивки судов в речной и морской воде; разрушение металлических баков и аппаратов растворами кислот, солей и щелочей на химических и других заводах; ржавление стальных трубопроводов в земле; окисление металлов при их нагревании и т. п. У большинства металлов в условиях их эксплуатации более устойчивым является окисленное (ионное) состояние, в которое они переходят в результате коррозии. Слово «коррозия» происходит от латинского «corrodere», что означает «разъедать».

В 1962 г. амортизационный лом, включающий и вышедшие из строя вследствие коррозии металлические конструкции, составил /в нашей стране 16,3 млн. т1, или примерно 1/5 годового производства стали. Значи-тельная часть амортизационного лома используется путем переплавки в марте-невских печах. Однако стоимость изготов-ления конструкций, которая в больший-стве случаев значительно превосходит стоимость израсходованного на их изготовление металла, при этом полностью теряется.

Металлические конструкции в процессе их эксплуатации часто подвергаются разрушению под совместным воздействием коррозионной среды и механических напряжений. По своему происхождению механические напряжения могут быть внутренними, возникающими в результате деформации или термообработки металла (например, закалки углеродистой стали), или внешними, вызванными приложенными извне нагрузками, а по своему характеру — постоянными или переменными; кроме того, металл может подвергаться истирающему или кавитационному воздействию.

Многие металлические конструкции, такие, как нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, канализационные сети, обсадные трубы скважин, силовые электрические кабели, кабели связи, баки и емкости, тюбинги метро, сваи и другие строительные конструкции, эксплуатируются в подземных условиях и, соприкасаясь с почвой (верхним слоем горных пород) или грунтом (нижележащими горными породами), подвергаются коррозионному разрушению. Особо сильное разрушение наблюдается у подземных сооружений, находящихся в зоне действия блуждающих токов. Приближенные подсчеты показывают, что вследствие коррозии в нашей стране ежегодно выходит из строя 2—3% подземных сооружений, что составляет около одного миллиона тонн металла.

Известно, что металлические конструкции, работающие в условиях совместного воздействия агрессивных сред и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению, чем в отсутствии последних. В химической промышленности за последние годы нашли распространение различные высокопроизводительные процессы, протекающие is аппаратах в условиях высоких механических нагрузок, больших скоростей движения жидких и газовых сред, высоких давлений и температур, которые часто являются причинами преждевременного выхода из строя оборудования.

Подземные металлические конструкции в грунте подвергаются прямому коррозионному воздействию грунта. Особенно сильное разрушение наблюдается в условиях совместного воздействия грунта и блуждающих токов. Наличие в грунте влаги способствует протеканию коррозии по электрохимическому механизму и возникновению коррозионных элементов.

в настоящее время применяют почти исключительно в сварном исполнении, к ним относятся: а) резервуары, котлы и сосуды высокого давления;б) металлические конструкции (фермы, балки, колонны) подъемно-транспортных машин; в) рамы, тележки, а также части кузовов транспортных машин (вагонов, автомобилей и др.).

Почти все конструкционные металлы (например, углеродистые и низколегированные стали, латунь, нержавеющие стали, дюраль, магниевые, титановые и никелевые сплавы и многие другие) подвержены в определенных условиях КРН. К счастью, число химических сред, вызывающих подобные разрушения, ограничено, а требуемый для растрескивания уровень напряжений достаточно высок и нечасто достигается на практике. Накопив знания об условиях возникновения опасности коррозионного растрескивания (воздействие специфических сред, уровень допустимых напряжений), в дальнейшем при проектировании конструкций удастся исключить" возможность коррозионного растрескивания под напряжением. К сожалению, не все металлические конструкции, испытывающие большие напряжения, проектируются сейчас о учетом возможности растрескивания.

3. Изменение агрессивности грунта. В грунтах с высоким содержанием органических кислот можно окружить металлические конструкции известняковым щебнем. В некоторых грунтах, способных вызвать микробиологическую коррозию, трубы засыпали слоями мела (СаСОз).

Блуждающими токами называют токи утечки из электрических цепей или любые токи, попадающие в землю от внешних источников. Попадая в металлические конструкции, они вызывают коррозию в местах выхода из металла в почву или воду. Обычно природные токи в земле не опасны в коррозионном отношении — они слишком малы и действуют кратковременно. Переменный ток вызывает меньшие разрушения, чем постоянный, а токи высокой частоты обусловливают большие разрушения, чем токи низкой частоты. По данным Джонса [1], возрастание коррозии углеродистой стали в 0,1 н. NaCl, вызванное токами частотой 60 Гц и плотностью 300 А/м2, незначительно, если раствор аэрирован, и в несколько раз выше (хотя и относительно низкое) в деаэрированном растворе. Возможно, в аэрированном растворе скорости обратимых или частично обратимых анодной и катодной реакций симметричны по отношению к наложенному переменному потенциалу, а в деаэрированном они несимметричны, главным образом вследствие реакции выделения водорода. Подсчитано, что коррозия стали, свинца или меди в распространенных коррозионных средах под действием переменного тока частотой 60 Гц не превышает 1 % от разрушений, вызванных постоянным током той же силы [2, 3].

Крупногабаритные металлические конструкции используются во многих отраслях промышленности: в энергетике, на транспорте, в нефтепереработке и нефтехимии, в строительной индустрии и т.д. По своим размерам многие из них сравнимы (или даже превосходят) некоторые природные образования и искусственные неметаллические сооружения, уступая им в долговечности. Например, Останкинская телебашня в Москве выше знаменитой пирамиды Хеопса (первоначальная высота- 147 метров) почти в четыре раза и сравнима по высоте с приличным холмом. Однако невозможно ожидать такой срок эксплуатации телевизионной башни, который был бы сопоставим с долговечностью египетской пирамиды (почти пять тысяч лет). Знамешпый "Титаник" по размерам превосходил небольшой остров, но срок его жизни определило первое же неудачное плавание.