Као основна опрема у савременој инжењерској конструкцији, перформансе и поузданост грађевинских машина у великој мери зависе од физичких, хемијских и механичких својстава употребљених материјала. Са сталним напретком науке о материјалима, избор материјала за грађевинске машине постепено се проширио од традиционалног челика високе{1}}на широк спектар композитних материјала и специјалних легура како би се задовољили најстрожи услови рада. Овај чланак ће систематски истражити типове, техничке карактеристике и типичне сценарије примене главних материјала који се користе у грађевинским машинама.
И.-Конструкциони челик високе чврстоће: основа носивости-носивости и издржљивости
Конструкциони челик-високе чврстоће је најосновнији материјал за грађевинске машине, који се широко користи у компонентама које носе критично оптерећење{1}} као што су рамови, гране и руке. Ова врста челика обично постиже значајно повећање границе течења и затезне чврстоће додавањем легирајућих елемената као што су манган (Мн), хром (Цр) и молибден (Мо), допуњених контролисаним ваљањем и контролисаним хлађењем (ТМЦП) или процесима топлотне обраде. На пример, ниско{4}}легирани, високо-челици као што су К345Б (кинески стандард) и С355Ј2 (европски стандард) имају границу течења од 345-500 МПа, комбинујући одличну заварљивост и жилавост на ниским температурама, што их чини погодним за рад у окружењу од 6 степени до 2 степена од 0 .
Последњих година, широка употреба микролегираних челика (као што су они са додатком ниобијума (Нб) и ванадијума (В)) додатно је оптимизовала укупне перформансе челичних плоча. На пример, одређена кашика багера користи челик отпоран на хабање-НМ400 (тврдоћа већа или једнака 400 ХБВ). Кроз површинско очвршћавање, век резне ивице кашике се продужава за преко 30%, што значајно смањује трошкове одржавања.
ИИ. Материјали{1}}отпорни на хабање: кључ за отпорност на трење и ударце
Радни уређаји за грађевинске машине (као што су зуби багера, шипке за бушење и стругачи транспортера) су подложни дуготрајном-интензивном трењу и утицају тврдих материјала као што су песак, шљунак и руда, што поставља изузетно високе захтеве за отпорност на хабање. Традиционални челици са високим{2}}манганом (као што је ЗГМн13), иако нуде одлична својства-очвршћавања, подложни су пластичној деформацији у условима ниског-напрезања. Тренутна мејнстрим решења укључују:
1. Високо- ливено гвожђе: Садржи 12% до 30% хрома, формирајући тврде карбиде (као што је Цр7Ц3) са тврдоћом од ХРЦ 58-65, који се обично користе у облогама чељусти за дробљење.
2. Композитни материјали за облагање: слој легуре на бази волфрамовог карбида (ВЦ) или никла-наноси се на подлогу К235 преко отвореног лука или плазме, постижући локалну тврдоћу која прелази ХРЦ 60.
3. Керамички-ојачани композитни материјали: као што су Ал₂О₃-ТиЦ кермети. Иако су релативно скупи, ови материјали су испробани у врхунским-зупцима кашике багера, нудећи отпорност на хабање преко пет пута већу од традиционалних материјала.
ИИИ. Лаке легуре: Пробој у енергетској ефикасности и управљивости
Да би се смањила потрошња горива и побољшала флексибилност опреме, лагани материјали као што су легуре алуминијума, легуре магнезијума и легуре титанијума се све више користе у кабинама, панелима и неким-неносивим-структурама. Међу њима, легура алуминијума 6061-Т6 (густина 2,7 г/цм³, затезна чврстоћа већа од или једнака 290 МПа) се широко користи у помоћним потпорним конструкцијама за кранове кранова због своје одличне отпорности на корозију и обрадивости. Легура магнезијума (густина 1,7-1,9 г/цм³), модификована елементима ретких земаља (као што су И и Нд), може постићи смањење тежине од 20%-30% у компонентама као што су резервоари за хидраулично уље.
Нарочито, док пластика ојачана карбонским влакнима (ЦФРП) има зрелу примену у ваздухопловству, остаје ограничена у грађевинским машинама због трошкова и процеса спајања. Тренутно се користи само за звучну и топлотну изолацију у луксузним кабинама.
ИВ. Материјали отпорни на корозију-: заштитна баријера за оштре средине
Океанско инжењерство, рударство и друге примене захтевају материјале са одличном отпорношћу на корозију. Нерђајући челици (као што су 304 и 316Л), због свог садржаја хрома (већи или једнак 16%) и никла (већи или једнак 8%), формирају пасивни филм и обично се користе у резервоарима камиона за бетон и причвршћивачима у еколошки осетљивим подручјима. Поцинковани челик (дебљина премаза топлим-потапањем већа од или једнака 80 μм) и технологија превлаке Дацромет (дебљине приближно 5-12 μм) смањују стопу корозије обичних челичних компоненти на мање од 0,05 мм/годишње кроз физичку изолацију.
За екстремно киселе или алкалне услове рада, дуплекс нерђајући челици (као што је 2205, који садрже 22% Цр, 5% Ни и 3% Мо) су пожељни материјал за опрему за хемијско мешање због њихове аустенит-феритне двофазне структуре, високе чврстоће (σб веће од или једнаког броја МПа), и куивал отпорности 62 или једнако 34).
Закључак
Развој материјала за грађевинске машине увек се вртео око више-објективног баланса између снаге, тежине, цене и прилагодљивости околини. У будућности, са индустријализованом применом адитивне производње (3Д штампање) и нанокомпозита, интелигентни избор материјала (као што је динамичко прилагођавање локалних својстава материјала на основу спектра оптерећења) ће постати кључни тренд индустрије. Инжењери морају свеобухватно да размотре радне параметре, трошкове животног циклуса и поузданост ланца снабдевања како би постигли оптимално решење за материјал.
