Tērauds

Vikipēdijas lapa
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt
Tērauda troses ritulis

Tērauds ir dzelzs sakausējums ar labām tehnoloģiskām īpašībām un pietiekošu plastiskumu, kas ļauj izgatavot jebkuras formas un izmēru konstrukcijas, kā arī pielietot dažādas tehnoloģiskās apstrādes metodes: liešanu, velmēšanu, kalšanu, metināšanu, griešanu u.tml.

Tērauda tilts

Lai iegūtu tēraudu ar noteiktām mehāniskajām īpašībām, tam pievieno speciālus piemaisījumus - t.s. leģējošos elementus, hromu (Cr), niķeli (Ni), molibdēnu (Mo), varu (Cu), titānu (Ti), kobaltu (Co) u.c. Tēraudu, kurš satur vienu vai vairākus leģējošos elementus, sauc par leģētu tēraudu. Tātad tēraudus iedala oglekļa un leģētajos tēraudos. Atkarībā no tērauda praktiskās pielietošanas, to iedala konstruktīvajā (oglekli satur līdz 0,6%) un instrumentālā (oglekļa saturs vairāk par 0,6%) tēraudos. Palielinoties oglekļa saturam tēraudā, palielinās tā stiprība, bet samazinās tā plastiskums un sametināšanas iespējas. Konstruktīvo tēraudu izmanto mašīnu detaļu, mehānismu, kuģu korpusu un citu konstrukciju izgatavošanai. Šiem tēraudiem neliels oglekļa saturs (parasti nepārsniedz 0,3-0,4%) un neliels leģējošo elementu piemaisījums.

Iedalījums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Atkarībā no konstruktīvā tērauda kvalitātes un tā pielietošanas tos iedala:

  • oglekļa tērauds parastās kvalitātes (St O, St I,... St 6),
  • kuģu korpusu būves tērauds (BMCm 3, u.c.),
  • oglekļa tērauds paaugstinātas kvalitātes (St 08, 10, 15,... 85),
  • mazleģētais tērauds (09Г 2, 09Г 2C u.c.).

Starptautiskā klasifikācijas sabiedrību asociācija iedala tēraudus divās grupās: 1) parastais oglekļa tērauds (mild steel); 2) pastiprinātās stiprības tērauds (high tensile steel) — pie marķēšanas liek indeksu H.

Parastajam oglekļa tēraudam :\sigma_T=235MPa (N/mm^2) paredzētas 4 kategorijas A, B, D, E.

Paaugstinātās stiprības tēraudam ar \sigma_T=315MPa — 3 kategorijas A, D, E, piemēram, A32, D32, E32, tēraudam ar \sigma_T=355MPa arī 3 kategorijas, piemēram: A 36, D 36, E 36, bet tēraudam ar \sigma_T=390MPa — 2 kategorijas; D un E, piemēram: D 40, E 40.

Vismazākās prasības pret A kategorijas tēraudu, bet vislielākās pret E kategorijas tēraudu.

No plašāk pielietojamiem oglekļa instrumentālajiem tēraudiem var atzīmēt Y7A, Y8, Y8A,..., YI3, no leģētajiem tēraudiem 9XC, XBГ, PI8 u.c., kurus izmanto griešanas instrumentu (urbjus, frēzes u.c.), mērinstrumentu (kalibri) izgatavošanai. Izgatavo tēraudu ar specifiskām īpašībām, piemēram, nerūsošais, siltumizturīgais, ar speciālām magnētiskajām un elektriskajām īpašībām.

Tērauda apzīmēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Saskaņā ar Eiropas standartu EN 10027-1 tēraudus apzīmē divos veidos:

  1. pēc to mehāniskajām vai fizikālajām un lietošanas īpašībām;
  2. pēc to ķīmiskā sastāva.

Tēraudu apzīmēšanā pēc to minētā rakstura īpašībām lietotie galvenie simboli[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Simbols Paskaidrojums
S vispārējās nozīmes konstrukciju tērauds
E mašīnbūves tērauds
B armatūras tērauds
P tērauds izstrādājumiem, kas strādā paaugstinātā spiedienā
L cauruļvadu izgatavošanai paredzētais tērauds
Y iepriekš saspriegtam dzelzsbetonam domātais augstas stiprības tērauds
R sliežu tērauds
H auksti velmēts augstas stiprības lokšņu tērauds — aukstai stiepšanai
M elektrotehniskais tērauds
T alvoti izstrādājumi (baltais skārds)
D (salikts divu burtu apzīmējums) tērauds plakaniem izstrādājumiem — aukstai štancēšanai
otrais apzīmējuma burts
C auksti velmētiem izstrādājumiem
D karsti velmētiem izstrādājumiem, kam paredzēta auksta apstrāde ar spiedienu
X velmēšana nav speciāli noteikta

Mašīnbūvē plaši lieto vispārējās nozīmes konstrukciju tēraudus (LVS EN 10027-2:2001). Izplatītas ir LVS EN un GOST marku sistēmas. EN markās skaitlis norāda mazāko elastības robežu Re (MPa) Tēraudu markas un pielietojuma piemēri ir šādi:

Marka Pielietojums
LVS EN GOST
S 235 Ст 0 mazatbildīgas konstrukcijas — starplikas, paplāksnes
S 185 Ст 1 mazslogotas detaļas kā kniedes, plāksnes, apvalki, starplikas
Ст 2 konstrukcijas detaļas kā rāmji, atslēgas, vārpstiņas, cementējamās detaļas
S 235 Ст 3 detaļas, kam vajadzīga paaugstināta virsmas cietība, serdes daļai — neliela stiprība (cementējamās un cianējamās): celtņu kāši, cilindri
S 275 Ст 4 detaļas, kurām nav prasīta augsta stiprība, — vārpstas, tapa (mašīnbūve)s, uzgriežņi
Ст 5 paaugstinātas stiprības detaļas: vārpstas, zobrati, klaņi
S 355 Ст 6 augstas stiprības detaļas: asis, veseru belžņi, berzes sajūgi, ķēdes

Ст 0, Ст 1un Ст 2 piemīt arī laba metināmība. Piemēri nosacītajam apzīmējumam:

S185 LVS EN 10025:2001; Ст 3 GOST 380-71.

Ст — "сталь" ('tērauds').

Bez tam lieto kvalitātes oglekļa konstrukciju tēraudus. To markās C norāda tipu (oglekļa (latīņu carbonium) tērauds), skaitlis aiz tā ir oglekļa saturs tēraudā procentu simtdaļās (vidējais). Lieto sekojošās markas.

Marka (-as) Pielietojuma piemēri
LVS EN GOST
C10; C15 10; 15 skrūves, uzgriežņi, kniedes, ieliktņi, tapas
C16 20 zobrati, kokskrūves, kravas celšanas kāši
C25; C30 25; 30 zobrati, virzuļi, asis, klaņi
E295; C35; C40 35 (abi pirmie); 40 vārpstas, klaņi, uzgriežņu atslēgas
C45; C50 45; 50 kloķvārpstas, zobrati, ieliktņi
60 Mn3 60Г; 65Г; 70Г spirālatsperes (no auksti stieptas stieples), bremžu un berzes diski

Rasējuma dokumentācijā GOST markai priekšā jāpieraksta vārds "Tērauds".

Ja detaļai nepieciešama augstāka nodilumizturība, stiprība vai citas īpašības, to izgatavošanai izmantojams kāds no leģētajiem konstrukciju tēraudiem (LVS EN 10250:2001). Tos iedala divās grupās un atbilstoši apzīmē.

Ja neviena leģējošā elementa (t. sk. oglekļa) saturs ir mazāks par 5%, apzīmējums sastāv no 3 daļām:

  • vidējais oglekļa saturs procentu simtdaļās (skaitlis);
  • (seko bez atstarpes) leģējošo elementu ķīmiskie simboli alfabētiskajā secībā (atdalīti ar atstarpēm);
  • (seko ar atstarpi) tajā pašā kārtībā norādīti skaitļi (savienoti ar defisēm), kas vienādi ar attiecīgā elementa vidējo saturu procentos, reizinātu ar faktora koeficientu, kas ir:
4 Cr, W, Mn, Co, Ni, Si
10 Be, Al, Ti, Zr, Ta, V, Mo, Nb, Pb
100 N, P, S, Ce, (C)
1000 B

.

Ja kaut viena elementa tērauda sastāvā ir vairāk par 5%, nosaukums veidojas nedaudz atšķirīgi:

  • pirms oglekļa satura liek burtu X;
  • elementu saturu ar faktora koeficientu nereizina.

GOST standartā leģējošos elementus tērauda markās norāda šādi.

Б niobijs Г mangāns К kobalts Н niķelis С silīcijs Ф vanādijs Ю alumīnijs
В volframs Д varš М molibdēns Р bors Т titāns Х hroms

Tērauds kuģu būvniecībā[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Visplašāk kuģu būvniecībā pielieto oglekļa tēraudu, dzelzs un oglekļa sakausējumus, kurā oglekļa daudzums nepārsniedz 2%. Bez galvenajām tērauda sastāvdaļām — dzelzs (Fe) un oglekļa (C), tas vēl satur citu elementu piemaisījumus. Parasti jebkurš tērauds satur: mangānu (Mn) — līdz 0,7%, fosforu (P) — līdz 0,01—0,05%, sēru (S) — līdz 0,02—0,05%, silīciju — līdz 0,4%.

Ne visus konstruktīvos tēraudus var metināt, tādēļ oglekļa un mazleģētos, tēraudu kuģu būvniecības vajadzībām, izgatavo ar uzlabotām īpašībām, kur oglekļa saturs samazināts līdz — 0,2%, sēra — līdz 0,04%, fosfora — līdz 0,04%. Kuģu korpusu būvei plaši pielieto oglekļa tēraudu VSt3, VMSt3 u.c. mazleģētos tēraudus ar palielinātu stiprību (09Г2, 09Г2C, 10XCHD). Mazleģēto tēraudu ar palielinātu stiprību pielietošana ļauj samazināt kuģa korpusa svaru un palielināt tā kravnesību. Instrumentālo tēraudu pielieto dažādu griešanas, frēzēšanas, štancēšanas un citu instrumentu izgatavošanai. Šie tēraudi raksturojas ar diezgan lielu oglekļa saturu (0,7% un vairāk) un dažos tēraudos ar leģējošo elementu piemaisījumu.

Kuģu būvē tēraudu pielieto dažādu lējumu, kalumu, lokšņu un velmējumu (leņķveida, apaļdzelzs, švelleri, planšira u.c.) veidos. Tērauda loksnes lieto kuģa apšuves, klāja seguma, starpsienu u.c. izgatavošanai. Parasti lieto loksnes biezumā 6—30 mm, platumā 1,5—2,0m, garumā 6—8m.

Izšķir trīs kuģa saistu svarīguma grupas: III grupa — vissvarīgākā saistu grupa, II grupa — vidējā saistu svarīguma grupa, I grupa — mazāk svarīgie saisti

Ja kuģa garums L<100m lietderīgi izmantot parasto oglekļa tēraudu \sigma_T=235MPa (BCm3).

Ja 100≤L<160m var izmantot kā parasto oglekļa tēraudu, tā arī paaugstinātās stiprības tēraudu \sigma_T=315MPa.

Ja 160m≤L<240m — paaugstinātas stiprības tēraudu ar \sigma_T=355MPa (09Г2).

Ja L ≥240m — paaugstinātās stiprības tēraudu \sigma_T=390MPa (10XCHD).

Lokšņu tērauda biezums \delta=4-50 mm, platums b=1,4-3,2m, garums l=6-16m.

Tēraudu termiskā apstrāde[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par termisko apstrādi sauc sakausējumu sakarsēšanu līdz noteiktai t° , pie kuras notiek fāžu pārvērtības, izturēšanu un atdzesēšanu ar noteiktu ātrumu. Šādas darbības rezultātā mainās sakausējumu struktūra. Šīs apstrādes mērķis ir, mainot struktūru, mainīt sakausējumu īpašības.

Tēraudu termiskās apstrādes tehnoloģija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Atkarībā no karsēšanas t° un atdzesēšanas apstākļiem tiek šķirti šādi termiskās apstrādes veidi: atkvēlināšana, normalizācija, rūdīšana un atlaidināšana. Tiem ir dažāds uzdevums un tie atšķiras ar karsēšanas t°, izturēšanas ilgumu un atdzesēšanas ātrumu. Šis apstrādes veids nosaka sagatavju mehāniskās īpašības.

Tēraudu atkvēlināšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par atkvēlināšanu sauc termiskās apstrādes operāciju, kurā tēraudu sakarsē virs kritiskās t° , iztur tajā un tad lēni, kopā ar krāsni, atdzesē. Tēraudos izveidojas stabila struktūra. Uzdevums. Likvidēt iekšējos spriegumus, pazemināt tērauda cietību, uzlabot apstrādājamību, paaugstināt plastiskumu un stigrību un sagatavot tēraudu tālākai termiskai apstrādei.

Tērauda normalizācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par normalizāciju sauc termiskās apstrādes operāciju, kurā tēraudu sakarsē virs līnijas GSE, iztur šajā t° un tālāk atdzesē gaisā. Normalizācija no atkvēlināšanas galvenokārt atšķiras ar dzesēšanas apstākļiem — dzesēšana gaisā notiek ar lielāku ātrumu.

Tērauda rūdīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par rūdīšanu sauc termiskās apstrādes operāciju, kurā tēraudu sakarsē virs līnijas GSK, iztur šajā t° un strauji atdzesē ar ātrumu, kas nav mazāks par dotā materiāla kritisko rūdīšanas ātrumu. Uzdevums. Iegūt tēraudu ar lielu cietību, stiprību, nodilumizturību. Rūdīšanas kvalitāte atkarīga no karsēšanas ātruma un t°, izturēšanas ilguma un atdzesēšanas ātruma.

Tērauda atlaidināšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par atlaidināšanu sauc termiskās apstrādes operāciju, kurā rūdītus tēraudus sakarsē zem līnijas PSK, iztur šajā t° un dzesē ar noteiktu ātrumu. Atlaidināšana ir termiskās apstrādes noslēdzošā operācija, kuras rezultātā tēraudi iegūst vajadzīgās mehāniskās īpašības un atbrīvojas no iekšējiem spriegumiem. Tēraudu īpašības galvenokārt nosaka atlaidināšanas t°. Atkarībā no tā izšķir 3 atlaidināšanas veidus: zemā atlaidināšana līdz (250 °C t°); vidējā atlaidināšana(350 līdz 500 °C t°); augstā atlaidināšana(600 līdz 650 °C t°).

Vecināšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pēc zemās atlaidināšanas daļa iekšējo spriegumu paliek materiālā. Laika gaitā tie pamazām izzūd, radot nelielas detaļu formas un izmēru izmaiņas. Iekšējo spriegumu izzušana istabas t° ir ilgstoša (vairākas diennaktis) un to sauc par dabisko vecināšanu. Lai detālu izmēri ar laiku nemainītos, tie tiek pakļauti mākslīgajai vecināšanai. Tā būtība ir šāda: detaļas tiek sakarsēta līdz 100 — 150 °C t° un izturētas 18 — 35 stundas. Šādā to visi procesi notiek straujāk — izzūd iekšējie spriegumi un izmēri stabilizējas.

Ķīmiski termiskā apstrāde[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par ķīmiski termisko apstrādi sauc virskārtas piesātināšanu ar kādu elementu, kā rezultātā mainās tērauda ķīmiskais sastāvs un struktūra. Veicot šo apstrādi, metāls tiek sakarsēts līdz noteiktai t° vidē, kas izdala piesātināmo elementu, izturēts un atdzesēts. Ķīmiski termiskā apstrāde sastāv no trim vienlaicīgiem procesiem. 1.Veidojas aktīvi ķīmiskā elementa atomi. 2.Izstrādājuma virsma piesaista aktīvos atomus (absorbcija). 3.Piesaistītie atomi no virskārtas pārvietojas tā iekšienē (difūzija). Visizplatītākie ķīmiski termiskās apstrādes veidiem ir cementēšana, nitridēšana, cianēšana un difūzijas metalizācija.

Cementēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par cementēšanu sauc procesu, kurā mazoglekļa (C = 0.15....0.25%) tērauda detaļu virskārta tiek piesātināta ar oglekli, lai pēc rūdīšanas un atlaidināšanas zemās t° detaļām būtu cieta un nodilumizturīga virsma, bet stigra vidusdaļa. Cementēšana notiek, karsējot tērauda detaļas 900 °C t° oglekli saturošā vidē.

Nitridēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par nitridēšanu sauc tērauda detaļu virskārtas piesātināšana ar slāpekli. Procesu veic hermētiski slēgtās kamerās, detaļas karsējot (500— 750 °C t°) gāzveida amonjaka (NH3) atmosfērā. Nitridēšanas procesā amonjaks sadalās slāpeklī un ūdeņradī. Aktīvi slāpekļa atomi iespiežas dzelzs virskārtā un veido ķīmisku savienojumu — nitrīdus. Nitridēšanai parasti pakļauj leģētos tēraudus, jo oglekļa tēraudiem virsmas cietības pieaugums ir liels. Tā kā nitridēšana pati rada lielu cietību , detaļas vidusdaļas nostiprināšanai rūdīšanu un atlaidināšanu veic pirms nitridēšanas.

Cianēšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par cianēšanu sauc tērauda detaļu virskārtas vienlaikus piesātināšanu ar lielāku ar oglekli un slāpekli. Cianētais slānis salīdzinājumā ar cementīta slāni ir ar lielāku cietību, nodilumizturību un izturības robežu.

Difūzijas metalizācija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Par difūzijas metalizāciju sauc tērauda detaļu virskārtas piesātināšanu ar alumīniju (alitēšana), hromu (hromēšana), silīciju (silicēšana), boru (borēšanu) un citiem metāliskiem elementiem. Difūzijas metalizācija tiek izdarīta, karsējot detaļas cietā vai gāzveida vidē, kas satur elementus, ar kuriem grib piesātināt tērauda virskārtu.
Alitēšanu lieto detaļām, kas strādā pie augstām t°. Alitēšanas rezultātā uz izstrādājumu virsmas izveidojas blīva alumīnija oksīda Al2O3 kārtiņa, kas pat augstā t° aizsargā metālu no koroziju.
Hromēšanu lieto, lai palielinātu korozijas izturību un pretošanās spēju skābju iedarbībai. Hromēta tērauda virskārta sastāv no hroma karbīdiem. Karbīda kārtiņa ir ļoti cieta — HV 1200 — 1300 ar nelielu biezumu — 0,15 — 0,2 mm.
Silicēšanu veic lai panāktu lielu nodilumizturību pret skābēm.
Borēšanu veic ar elektrolīzi, izkausētā borakā.

Apstrāde ar aukstumu[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Šajā apstrādē pakļauj detaļas, kas satur nemazāk kā 0,6% oglekļa. Parasti šo metodi pielieto detaļām no tērauda P18. Lai paaugstinātu tērauda karstumizturību un cietību. Veic tūlīt pēc rūdīto detaļu atdzišanas līdz istabas t°. Tās iegremdē vidē, kuras t° ir zem 0 °C. Līdz negatīvām t° atdzesē cietās ogļskābes izraisījumā (sausais ledus ar spirtu) līdz -78 °C

Literatūra[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  • Auzukalns, J. Dobelis, M. Fjodorova, G. u. c. Inženiergrafika. Mācību līdzeklis inženierzinātņu studentiem. Rīga: RTU Izdevniecība, 2008.— 209.—212. lpp.