Конструкційні матеріали, матеріали, з яких виготовляються деталі конструкцій (машин і споруд), що сприймають силове навантаження. Визначальними параметрами До. м. є механічні властивості, що відрізняє їх від інших технічних матеріалів (оптичних, ізоляційних, змащувальних, лакофарбних, декоративних, абразивних і ін.). До основних критеріїв якості До. м. відносяться параметри опору зовнішнім навантаженням: міцність, в'язкість надійність, ресурс і ін. Тривалий період в своєму розвитку людське суспільство використовувало для своїх потреб (знаряддя праці і полювання, начиння, прикраси і ін.) обмежений круг матеріалів: дерево, камінь, волокна рослинного і тваринного походження, обпалену глину, стекло, бронзу, залізо. Промисловий переворот 18 ст і подальший розвиток техніки, особливе створення парових машин і поява в кінці 19 ст двигунів внутрішнього згорання, електричних машин і автомобілів, ускладнили і диференціювали вимоги до матеріалів їх деталей, які стали працювати при складних знакозмінних навантаженнях, підвищених температурах і ін. Основою До. м. стали металеві сплави на основі заліза (чавуни і стали ) , міді (бронзи і латунь ), свинцю і олова.
При конструюванні літаків, коли головною вимогою, що пред'являється до До. м., стала висока питома міцність, широкого поширення набули деревні пластики (фанера), малолеговані стали, алюмінієві і магнієві сплави. Подальший розвиток авіаційної техніки зажадав створення нових жароміцних сплавів на нікелевій і кобальтовій основах, сталей, титанових, алюмінієвих, магнієвих сплавів, придатних для тривалої роботи при високих температурах. Вдосконалення техніки на кожному етапі розвитку пред'являло нові вимоги, що безперервно ускладнювалися, до До. м. (температурна стійкість, зносостійкість, електрична провідність і ін.). Наприклад, суднобудуванню необхідні сталі і сплави з хорошою зварюваністю і високою корозійною стійкістю, а хімічному машинобудуванню — з високою і тривалою стійкістю в агресивних середовищах. Розвиток атомної енергетики пов'язаний з вживанням До. м., що володіють не лише достатньою міцністю і високою корозійною стійкістю в різних теплоносіях, але і що задовольняють новій вимозі — малому поперечному перетину захвату нейтронів.
До. м. підрозділяються: за природою матеріалів — на металевих, неметалічних і композиційні матеріали, поєднуючі позитивні властивості тих і ін. матеріалів; по технологічного виконання — на деформованих (прокат, поковки, штампування, пресовані профілі і ін.), литих, спекаємиє, формовані, склеювані, зварювані (плавленням, вибухом, дифузійним зрощенням і т.п.); за умовами роботи — на тих, що працюють при низьких температурах, жароміцні, коррозіонно-, окаліно- ізносо-, топліво-, маслостійкі і т.д.; по критеріях міцності — на матеріали малої і середньої міцності з великим запасом пластичності, високоміцні з помірним запасом пластичності.
Окремі класи До. м., у свою чергу, діляться на багаточисельні групи. Наприклад, металеві сплави розрізняють: по системах сплавів — алюмінієві, магнієві, титанові, мідні, нікелеві, молібденові, ніобієві, берилієві, вольфрамові, на залізній основі і др.; по типах зміцнення — гартовані, покращувані, старіючі, цементовані, такі, що ціанують, азотуються і др.; по структурному складу — стали аустенітні і феррітниє, латунь і т.д.
Неметалічні До. м. підрозділяють по ізомерному складу, технологічного виконання (пресовані, ткані, намотані, формовані і пр.), по типах наповнювачів (армуючих елементів) і по характеру їх розміщення і орієнтації. Деякі До. м. наприклад сталь і алюмінієві сплави, використовуються як будівельні матеріали і, навпаки, у ряді випадків будівельні матеріали, наприклад залізобетон, застосовуються в конструкціях машинобудування.
Техніко-економічні параметри До. м. включають: технологічні параметри — оброблюваність металів тиском, різанням, ливарні властивості (рідкотекучість, схильність до утворення гарячих тріщин при литві), зварюваність, паяна, швидкість затвердіння і текучість полімерних матеріалів при нормальних і підвищених температурах і др.; показники економічної ефективності (вартість, трудомісткість, дефіцитність, коефіцієнт використання металу і т.п.).
До металевих До. м. відноситься більшість що випускаються промисловістю марок стали. Виняток становлять сталі, не використовувані в силових елементах конструкцій: інструментальні стали, для нагрівальних елементів, для присадного дроту (при зварці) і деякі інші з особливими фізичними і технологічними властивостями. Сталі складають основний об'єм До. м., використовуваних технікою. Вони відрізняються широким діапазоном міцності — від 200 до 3000 Мн/м 2 (20—300 кгс/мм 2 ) , пластичність сталей досягає 80%, в'язкість — 3 МДж/м 2 . Конструкційні (в т.ч. неіржавіючі) сталі виплавляються в конверторах, мартенівських і електричних печах. Для додаткового рафінування застосовуються продування аргоном і обробка синтетичним шлаком в ковші. Сталі відповідального призначення, від яких вимагається висока надійність, виготовляються вакуумно-дуговою, вакуумно-індукційною і електрошлаковою переплавкою, вакуумуванням, а в особливих випадках — поліпшенням кристалізації (на установках безперервного або напівбезперервного розливання) витягуванням з розплаву.
Чавуни широко застосовуються в машинобудуванні для виготовлення станин, колінчастих валів, зубчастих коліс, циліндрів двигунів внутрішнього згорання, деталей, що працюють при температурі до 1200 °С у окислювальних середовищах, і ін. Міцність чавунів залежно від легування вагається від 110 Мн/м 2 (чугаль) до 1350 Мн/м 2 (легований магнієвий чавун).
Нікелеві сплави і кобальтові сплави зберігають міцність до 1000—1100 °С. Виплавляються у вакуумно-індукційних і вакуумно-дугових, а також в плазмових і електроннопроменевих печах . Застосовуються в авіаційних і ракетних двигунах, парових турбінах, апаратах, що працюють в агресивних середовищах, і ін. Міцність алюмінієвих сплавів складає: що деформуються до 750 Мн/м 2 , літейних до 550 Мн/м 2 , по питомій жорсткості вони значно перевершують сталі. Служать для виготовлення корпусів літаків, вертольотів, ракет, судів різного призначення і ін. Магнієві сплави відрізняються високим питомим об'ємом (у 4 рази вище, ніж в сталі), мають міцність до 400 Мн/м 2 і вище; застосовуються переважно у вигляді литва в конструкціях літальних апаратів, в автомобілебудуванні, в текстильній і поліграфічній промисловості і ін. Титанові сплави починають успішно конкурувати у ряді галузей техніка із сталямі і алюмінієвими сплавами, перевершуючи їх по питомій міцності, корозійній стійкості і по жорсткості. Сплави мають міцність до 1600 Мн/м 2 і більш. Застосовуються для виготовлення компресорів авіаційних двигунів, апаратів хімічної і нафтопереробної промисловості, медичних інструментів і ін.
Неметалічні До. м. включають пластики, термопластичні полімерні матеріали (див. Полімери ), кераміку, вогнетриви, стекла, гуми, деревину . Пластики на основі термореактивних, епоксидних, фенольних, кремнійорганічних термопластичних смол і фторопластов, армовані (зміцнені) скляними, кварцевими, азбестовими і ін. волокнами, тканинами і стрічками, застосовуються в конструкціях літаків, ракет, в енергетичному, транспортному машинобудуванні і ін. Термопластичні полімерні матеріали — полістирол, поліметилметакрилат, поліаміди, фторопласти, а також реактопласти використовують в деталях електро- і радіоустаткування, вузлах тертя, що працюють в різних середовищах, у тому числі хімічно активних: паливах, маслах і т.п.
Стекла (силікатні, кварцеві, органічні), триплекси на їх основі служать для скління судів, літаків, ракет; з керамічних матеріалів виготовляють деталі, що працюють при високих температурах. Гуми на основі різних каучуків, зміцнені кордовими тканинами, застосовуються для виробництва покришок або монолітних коліс літаків і автомобілів, а також різних рухливих і нерухомих ущільнень.
Розвиток техніки пред'являє нові, вищі вимоги до тих, що існують До. м., стимулює створення нових матеріалів. З метою зменшення маси конструкцій літальних апаратів використовуються, наприклад, багатошарові конструкції, що поєднують в собі легкість, жорсткість і міцність. Зовнішнє армування металевих замкнутих об'ємів (кулі, балони, циліндри) склопластиком дозволяє значно понизити їх масу порівняно з металевими конструкціями. Для багатьох областей техніка необхідна До. м., що поєднують конструкційну міцність з високими електричними, теплозахисними, оптичними і іншими властивостями.
Т. до. у складі До. м. знайшли своє вживання майже все елементи таблиці Менделєєва, а ефективність тих, що стали вже класичними для металевих сплавів методів зміцнення шляхом поєднання спеціально підібраного легування, високоякісної плавки і належної термічної обробки знижується, перспективи підвищення властивостей До. м. пов'язані з синтезуванням матеріалів з елементів, що мають граничні значення властивостей, наприклад гранично міцних, гранично тугоплавких, термостабільних і т.п. Такі матеріали складають новий клас композиційних До. м. У них використовуються високоміцні елементи (волокна, нитки, дріт, ниткоподібні кристали, гранули, дисперсні високотверді і тугоплавкі з'єднання, складові арміровку або наповнювача), связуємиє матрицею з пластичного і міцного матеріалу (металевих сплавів або неметалічних, переважно полімерних, матеріалів). Композиційні До. м. по питомій міцності і питомому модулю пружності можуть на 50—100% перевершувати стали або алюмінієві сплави і забезпечують економію маси конструкцій на 20—50%.
Поряд із створенням композиційних До. м., що мають орієнтовану (ортотропную) структуру, перспективним шляхом підвищення якості До. м. є регламентація структури традиційних До. м. Так, шляхом направленої кристалізації сталей і сплавів отримують литі деталі, наприклад лопатки газових турбін, що складаються з кристалів, орієнтованих відносно основної напруги таким образом, що кордони зерен (слабкі місця в жароміцних сплавів) виявляються ненавантаженими. Направлена кристалізація дозволяє збільшити у декілька разів пластичність і довговічність. Ще прогресивнішим методом створення ортотропних До. м. є здобуття монокристальних деталей з певною кристалографічною орієнтацією відносно напруги, що діє. Вельми ефективно використовуються методи орієнтації в неметалічних До. м. Так, орієнтація лінійних макромолекул полімерних матеріалів (орієнтація стекол з поліметилметакрилату) значно підвищує їх міцність, в'язкість і довговічність.
При синтезуванні композиційних До. м., створенні сплавів і матеріалів з орієнтованою структурою використовуються досягнення матеріалознавства.
Літ.: Кисельов Би. А., Склопластики, М., 1961; Конструкційні матеріали, т. 1— 3, М., 1963—65; Тугоплавкі матеріали в машинобудуванні. Довідник, під ред. А. Т. Туманова і К. І. Кравця, М., 1967; Конструкційні властивості пластмас, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Гума — конструкційний матеріал сучасного машинобудування. Сб. ст., М., 1967; Матеріали в машинобудуванні. Вибір і вживання. Довідник, під ред. І. Ст Кудрявцева, т. 1—5, М., 1967—69; Химушин Ф. Ф., Жароміцні стали і сплави, 2 видавництва, М., 1969; Сучасні композиційні матеріали, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Алюмінієві сплави. Сб. ст., т. 1—6, М., 1963-69.
