Konstrukcinės medžiagos

Įvadas Geležis ir jos lydiniai yra plačiausiai naudojamas metalas (jie sudaro 95% visų metalinių gaminių masės). Toks populiarumas susijęs su geležies santykiniu pigumu ir tvirtumu, dėl kurio ją galima panaudoti įvairiose srityse, įskaitant automobilių pramonę, laivų statybą, statybinių konstrukcijų gamybą. Plienas – tai geležies, anglies, ir kitų elementų lydinys, turintis iki 2,14%C. Kai plieno sudėtyje be geležies ir anglies yra tik nuolatinių priemaišų, neišvengiamai patenkančių gamybos metu, plienas vadinamas angliniu. Plieno savybės priklauso nuo cheminės sudėties, anglies kiekio ir terminio apdirbimo. Kuo daugiau anglies, tuo plienas kietesnis, stipresnis, atsparesnis dilimui, kiečiau užsigrūdina, padidėja jo atsparumas dilimui, bet kartu yra trapesnis, mažesnis jo tąsumas bei atsparumas nuovargiui, sunkiau apdirbamas, blogiau suvirinamas. Mažaanglis plienas yra plastiškas, minkštas, lengvai deformuojamas, tekinamas, gerai suvirinamas, bet nesigrūdina ir neatsparus dilimui. Sudedamosios Fe-C lydinių dalys Geležies ir anglies lydiniai, t.y. plienas ir ketus, yra svarbiausioji konstrukcinė medžiaga, naudojama mašinų prietaisų gamyboje.Šie lydiniai sudaro net 95% visų pasaulyje naudojamų metalų lydinių.Vien plieno pasaulyje per metus pagaminama beveik 800mln. tonų. Priemaišų įtaka Fe-C lydinių savybėms Chemiškai gryni geležies ir anglies lydiniai mašinų ir prietaisų gamyboje praktiškai nenaudojami.Juose visuomet yra priemaišų, kurios skirstomos į dvi grupes: gamybines ir specialiąsias. Gamybinės priemaišos yra nuolatinės, t.y. neišviangiamai susiduriančios gamybimio proceso metu, ir atsitiktinės, dažniausiai į lydinį patenkanios iš gamybai naodojamo metalo laužo.Specialių priemaišų į lydinį pridedama papildomai, kad pakeistų ar paryškintų jo savybes.Jos vadinamos legiravimo elementais, o su jomis sulydyti plienai-legiruotaisiais. Pagrindinės nuolatinės priemaišos yra siera, fosforas, manganas, ir silicis. Siera ir fosforas-tai kenskimgos priemaišos. Jos į geležies lydinius patenka iš rūdos bei kokso ir gana sunkiai pašalinamos.Kadangi siera ir fosforas menkina geležies lydinių savybes, tai jų kiekis gana griežtai ribojamas. Nuolatinių priemaišų įtaka plienui ir ketui gali buti vertinama skirtingai.Todel ir leistinas arba rekomenduojamas jų kiekis taip pat gali skirtingai. Todėl ir leistinas arba rekomenduojamas jų kiekis taip pat gali skirtis. Siera-geležies lydiniuose nesudaro kietųjų tirpalų.Ji jingiasi su geležimi, sudarydama sulfidą FeS. Šio sulfido ir geležies yra žemos lydimosi temperatūros (988C) ir išsidėsto grudelių ribose. Todėl toki plieną karštai apdirbant spaudimu, gali susilpniniti ryšį tarp grudelių. Dėl to metale gali atsirasti plyšių. Toks reiškinys vadinamas karštiniu trapumu. Šį trūkumą iš dalies pašalina manganas, kuris imdamas sierą iš geležies sulfido sudaro plokštelinį mangano sulfidą MnS. Daug šio sulfido patenka į šlaką, nes jo lydymosi temperatūra yra aukšta (1620C). Likęs sulfidas išsidėsto atskirais intarpais ir nesudaro trapios plėvelės apie grūdelius. Siera mažina plieno smūginį tąsumą, atsparumą nuovargiui ir korozijai , blogina suvirinamumą. Todel jos kiekis pliene ribojamas: iki 0,05...0,06% Paprastuosiuose plienuose, iki 0,035...0,4% kokybiškuose ir tik iki 0,015% labia geros kokybės plienuose. Tačiau sieros turintį plieną lengviau apdirbti pjovimu. Todėl geriau apdirbamame pliene , ypač skirtame apdirbti automatais , sieros gali būti daugiau-0,08…0,30% . Dėl sieros pablogėja ir ketaus savybės : mažėja skysto ketaus takumas, stingdamas jis labiau susitraukia , be to ,gali pabalti (laisvas grafitas pereina i cementitą) ir jame atsirasti įtrūkimų. Todėl sieros plačiau taikomame pilkajame ketuje gali būti ne daugiau kaip 0,12% ...0,15%, bet ne daugiau kaip 0,02% - stipriajame ketuje. Siera (S,-)* • žalinga, sunkiai pašalinama priemaiša (0,015 – 0,05%S), dėl kurios plienas tampa trapus aukštesnėje nei 1000C temperatūroje; • legiruojantis elementas automatų pliene (0,2 – 0,4 %S); palengvina pjovimą ir gerina paviršiaus kokybę. Fosforas- tirpsta ferite, iškreipdamas šio gardelę ir didindamas stiprumą, tačiau mažindamas plastiškumą. Ypač nepageidautinas šaltojo trapumo ribinės temperatūros kėlimas: 0,01% P šią temperatūrą kelia 20...25C. Be to, fosforas labai didina trapumą, kai pliene yra daugiau anglies. Šis reiškinys vadinamas šaltuoju trapumu. Fosforas išplečia kristalizacijos temperatūrą ( sritį tarp likviduso ir soliduso linijų ), todėl skatina likvaciją. Jis metale pasiskirsto netolygiai ir dėl lėtos difuzijos jo sankaupos neišsiskirsto. Fosforo kiekis pliene ribojamas (0,025...0,04%). Kai pliene yra vario,fosforas didina atsparumą atmosferinei korozijai. Fosforas ketuje sudaro lydžią fosfidinę eutektiką (Fe-Fe3P), taip pat mažina eutektinio virsmo temperatūrą, todėl gerina skysto ketaus takumą. Pilkajame ketuje buna iki 0,2...0,3% P , o meniniam liejiniui slirtame iki 1,0% P. Kai ketuje fosforo daugiau, tuomet fosfidin4 eutektika didina ketaus atsparumą dilimui, nors didina ir trapumą. Atspariame dilimui baltajame ketuje gali buti 0,4...0,5% P. Mangano ir silicio į plieną dedama kaip deoksidatorių. Jie mažina žalingą deguonies poveikį ir didina plieno stiprumą. Todėl laikomi naudingosiomis priemaišomis. Dezoksidavimui taikomas ir aliuminio išoksidinimo laipsnis, t.y. skirtinga plieno rūšis. Fosforas (P, П)* • žalinga, sunkiai pašalinama priemaiša (P≤0,04%): daro plieną šaltai trapų; • legiruojantis elementas automatų pliene (0,04 – 0,12 %P); palengvina pjovimą. Manganas-yra pagrindinis dezoksidatorius ir desulfizatorius, todėl jo bent nedidelis kiekis (0,3...0,8%) yra visų ruošių pliene. Jis išoksidina silpniau negu kiti dezoksidatoriai ( Si ri Al ), todėl vien tik manganu išoksidintame pliene lieka daugiau deguonies. Manganas gerina plieno apdirbamumą deformuojant jį karštu būdu, nes atimdamas sierą iš geležies sulfido, kuris išsidėsto lydžia plėvele apie grūdelius, dalį sieros pašalina su šlaku, o likusią MnS pavidalu išsidesto atskirais intarpais, ir todėl šalina karštinio trapumo reiškinį. Ištirpdamas ferite manganas padidina ferito stiprumą, beveik neturėdamas įtakos kitoms mechaninems plieno savybėms. Todėl manganas laikomas naudingąja priemaiša. Tačiau gausesni mangano sulfido intarpai mažina plieno atsparumą nuovargiui ir gali sudaryti sąlygas struktūros eilėtumui atsirasti. Manganas kai pliene jo daugiau kaip 0,8% , laikomas ne priemaiša, bet legiravimo elementu. Pagrindinis mangano trūkumas tas, kad jis skatina augti austenito grūdelius, esant aukštesnei temperatūrai.Dėl to reikia laikytis griežtesnių terminio apdirbimo rėžimų. Didesnis mangano kiekis grafitiniame ketuje gali pabalinti liejinio paviršių- vietoj grafito susidaro kietas cementitas, kuris sunkina apdirbimą pjovimu, bet padidina atsparumą dilimui. Manganas (Mn, I)* • plienuose yra kaip priemaiša po išoksidinimo (0,3 – 0,6%Mn) • didina plieno stiprumą ir tamprumą (1 – 2 %Mn) • daro plieną nemagnetinį (Mn ≥13%) Silicis-aktyvus dezoksidatorius. Jo beveik visuomet yra geriau išoksidantame pliene. Tačiau didindamas stiprumą jis didina ir takumo ribą, O tai nepageidautina plienui, kuris apdirbant spaudimu turi buti daug ištemptas. Todėl silicio kiekis ribojamas: iki 0,05% verdančiojo stingimo angliniame pliene ir iki 0,37% - ramaus stingimo. Statybiniuose plienuose silicio būna daugiau. Silicis- pagrindinis ketaus grafitizatorius: skatina laisvojo grafito išsiskyrimą. Todėl grafitiniame ketuje būna iki 2,65% Si. Silicis (Si,C)* • plienuose yra kaip priemaiša po išoksidinimo (0,05 – 0,38%Si); • didina plieno stiprumą ir tamprumą (1 – 2%Si) • didina elektrinę varžą (elektrotechninis plienas, 1 – 5 %Si) • padeda susidaryti grafitui ketuje ( 1 – 3%Si) Aliuminis- stipriausias dezoksidatorius. Jis taip pat sujungia azotą,sudarydamas nitridus, susmulkina grūdelius, ir todėl didina atsparumą nuovargiui, tąsumą žemoje temperatūroje, mažina senėjimo efektą. Azotas, deguonis ir vandenilis vadinami paslėptosiomis priemaišomis, nes jų buvimą metale sunku įvertinti. Čia jos gali išsidėstyti įvairiai: su feritu sudaryti kietuosius įterpimo tirpalus, užpildyti metale esančius nevientisumus arba sudaryti junginius- nemetalinius intarpus (oksidus ir nitridus). Vandenilis ferite yra kietojo tirplalo pavidalo. Jis užpildo nevientisumus metale, kuriuose, pereidamas į molekulinę būseną, didina slegį ir dėl to gali atsirasti plyšelių, vadinamų flokenais. Šių skritulio pavidalo įtrūkimų, kurie skersiniame matalo pjūvyje matomo kaip siūleliai, dažniausiai būna chromu, nikeliu ir volframu arba molibdenu legiruotame pliene. Vandenilio įtaka tuo ryškesnė kuo plienas stipresnis, pvz, užgrūdintoje būsenoje. Vandenilio atomai nedideli, lengvai difunduoja ir jų perteklių galima pašalinti lėtai aušinant paerlitinio virsmo srityje, ypač kai gaminio skerspjuvis nedidelis. Visos pasleptosios priemaišos žalingos. Jų kiekį galima sumažinti vakuumuojant išlydytą metalą. Jo įtaka mažesnė, kai koncentracija neviršina normose leistinų ribų. Atsitiktinės priemaišos – tai elementai, kurie i plieną patenka išlydomo metalo laužo arba iš natūraliai legiruotų rūdų. Pvz, uralo geležies rūdoje buna vario, o Kerčės rūdoje – arseno. Arseno įtaka plienui tokia kaip fosforo, tik silpnesnė. Todėl pliene gali buti iki 0,08% As. Labai jame nepageidaujamas bismutas, stibis, ir alavas. Šie elementai šaltojo trapumo ribą pliene kelia labiau negu fosforas – iki 30C kiekviena 0,01% dalis. Chromo angliniame pliene gali būti iki 0,025% , tiek pat – nikelio arba vario. Selenas (Se, E)* • pagerina pjovimą neblogindamas mechaninių savybių. Seleno (0,04 – 0,10%Se) yra automatų pliene. Raidė E rašoma markės gale. Molibdenas (Mo, M)* • labai pagerina konstrukcinių ir rankinių plienų mechanines savybes (0,2 - 1%Mo); • pakeičia volframą greitapjoviuose plienuose (kaip ir volframas, plienui suteikia šiluminį patvarumą); 1%Mo atitinka 2%W. Titanas (Ti, T)* • garantuoja plienui smulkiagrūdę mikrostruktūrą ir tuo pagerina mechanines bei chemines savybes (0,5 - 1%Ti). Vanadis (V, Ф)* • garantuoja plienui smulkiagrūdę mikrostruktūrą (0,1 - 3%V). Boras (B, P)* • labai padidina plieno įgrūdinimą (B≤0,005%) ir gerina konstrukcinį stiprumą. Plienas su boru naudojamas stambioms grūdinamoms detalėms. Varis (Cu,Д)* • padidina plieno atsparumą atmosferinei korozijai (0,3 – 0,6%Cu); Chromas (Cr, X)* • labai pagerina plieno stiprumą, todėl plačiai naudojamas konstrukciniuose ir rankiniuose plienuose (1 – 2%Cr) • didina stiprumą ir atsparumą oksidacijai karštyje (5 – 30%Cr) • plienas tampa nerūdijantis, kai Cr≥13%. Nikelis (Ni, H)* • labai padidina plieno stiprumą bei smūginį tąsumą (1 - 3%Ni) • žemina šaltojo trapumo temperatūrą Ni≥8%; • plienas sunkiai pjaunamas (tąsi drožlė); • nikelis labai padidina plieno kainą. Volframas (W,B)* • brangus, deficitinis metalas; • labai padidina rankinių plienų stiprumą (~1%W) • suteikia plienui šiluminį patvarumą (atsparumą atsileidimui) iki 600C (9 – 18%W). Tai greitapjovis plienas. • Anglies įtaka geležies lydinių savybėms Anglis (nemetalas) yra svarbiausias geležies lydinių komponentas. Ji gali būti ištirpusi geležyje (feritas, austenitas, martensitas), sudaryti cementitą Fe3C ar kitus karbidus, būti grafito intarpų pavidalo. Pagal anglies kiekį geležies lydiniai skirstomi į plieną (C≤2,14%), ketų (2,14

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!