Проблема легких конструкционных материалов.

Металлы, применяемые в качестве конструкционных материалов, в большинстве своём имеют большую плотность. Современная техника характеризуется высокой энергонапряжённостью и мобильностью, в связи,  с чем становится необходимым снижение массы машин и аппаратов, приходящихся на единицу вырабатываемой или потребляемой (преобразуемой) мощности.

Таким образом, возникла проблема изыскания конструкцион­ных материалов, обладающих большой удельной прочностью и, вместе с тем, достаточной пластичностью. Проблему не удалось решить на основе традиционных чёрных и цветных металлов. Эти материалы, обладая высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью, значительной общей механической прочностью, имеют большие плотности и недостаточную удельную прочность. Под удельной прочностью понимают отношение прочности материала (выражаемой величиной временного сопротивления на разрыв, s) к его плотности r.

Попытки изыскания  не­металлических материалов с такими свойствами не увенчались ус­пехом, поскольку большинство пластических материалов не обладает термической   прочностью (винипласт, полиэтилен, фторопласт), а высокопрочные в механическом и термическом отношении материалы, как правило, лишены пластичности (фарфор, диабаз, эмаль).

В связи с этим изыскание легких конструк­ционных материалов пришлось проводить в основном среди метал­лов.  В технике к лёгким металлам  (r< 5^.10³ кг/м³) относят щелочные и щёлочноземельные металлы, т.е. активные металлы. Таким образом, оказывается, что самые легкие металлы в одном ряду периодической системы являются и самыми активными.

Ще­лочные металлы, будучи самыми легкими и химически самыми ак­тивными, не  могут  быть применены в качестве кон­струкционных материалов. У металлов IIА подгруппы периодической системы уже заметно снижение химической активности с уменьше­нием атомного номера.  Так,  если барий, стронций и кальций весь­ма химически активны (взаимодействуют с водой даже на холоду), то магний и особенно бериллий уже химически достаточно стойки;  кстати, они являются и самыми легкими в этой группе. Правее в периодах расположены химически более стойкие металлы,  но  легких из них в третьей группе только три — алюминий, скандий, иттрий, а в четвертой всего один —титан. Этим исчерпываются ре­сурсы легких металлов.

С учётом химической устойчивости и механической прочности таких металлов оказалось четыре: магний, бериллий,   алюминий, титан  и сплавы на их основе. Химически более актив­ные легкие металлы, как литий, натрий, кальций, барий, скандий, иттрий, могут применяться лишь в сплавах с небольшим содержа­нием этих металлов.