Будучи основним обладнанням у сучасному інженерному будівництві, продуктивність і надійність будівельних машин значною мірою залежать від фізичних, хімічних і механічних властивостей матеріалів, що використовуються. З безперервним прогресом матеріалознавства вибір матеріалів для будівельних машин поступово розширився від традиційної високо-сталі до різноманітного асортименту композитних матеріалів і спеціальних сплавів, щоб відповідати суворим вимогам різних умов експлуатації. У цій статті буде систематично досліджено типи, технічні характеристики та типові сценарії застосування основних матеріалів, що використовуються в будівельних машинах.
I. Високо{1}}конструкційна сталь: основа-несіння навантажень і довговічності
Конструкційна-сталь високої міцності є основним матеріалом для будівельних машин, широко використовується в компонентах,-що несуть критичні навантаження, як-от рами, стріли та стріли. Цей тип сталі зазвичай досягає значного підвищення межі текучості та міцності на розрив за рахунок додавання легуючих елементів, таких як марганець (Mn), хром (Cr) і молібден (Mo), доповнених процесами контрольованої прокатки та контрольованого охолодження (TMCP) або термічної обробки. Наприклад, низько{4}}леговані високо-міцні сталі, такі як Q345B (китайський стандарт) і S355J2 (європейський стандарт), мають межу текучості 345-500 МПа, поєднуючи чудову зварюваність і в’язкість при низьких температурах, що робить їх придатними для звичайних операцій у середовищах від -20 градусів до 60 ступінь .
В останні роки широке використання мікролегованих сталей (наприклад, із добавками ніобію (Nb) і ванадію (V)) ще більше оптимізувало загальні характеристики сталевих листів. Наприклад, для певного ковша екскаватора використовується зносостійка-сталь NM400 (твердість більше або дорівнює 400 HBW). Завдяки зміцненню поверхні термін служби ріжучої кромки ковша подовжується більш ніж на 30%, що значно знижує витрати на обслуговування.
II. Зносостійкі-матеріали: ключ до опору тертю та ударам
Робочі пристрої будівельних машин (наприклад, зуби екскаваторів, бурові стрижні відбійних відбійників і скребки конвеєрів) зазнають тривалого-інтенсивного тертя та ударів твердих матеріалів, таких як пісок, гравій і руда, що пред’являє надзвичайно високі вимоги до зносостійкості. Традиційні сталі з високим -марганцем (такі як ZGMn13), пропонуючи відмінні-властивості зміцнення, чутливі до пластичної деформації в умовах зношування з низьким-напруженням. Поточні основні рішення включають:
1. Чавун із високим- вмістом хрому: містить від 12% до 30% хрому, утворюючи тверді карбіди (такі як Cr7C3) із твердістю HRC 58–65, які зазвичай використовуються у вкладишах щокових дробарок.
2. Композитні матеріали для плакування: шар сплаву на основі карбіду вольфраму (WC) або нікелю -наноситься на підкладку Q235 за допомогою відкритої дуги або плазмового плакування, досягаючи локальної твердості, що перевищує HRC 60.
3. Композитні матеріали, зміцнені керамікою: такі як металокераміка Al₂O₃-TiC. Незважаючи на те, що ці матеріали є відносно дорогими, вони випробувані-в зубах ковша екскаватора високого класу, пропонуючи зносостійкість у п’ять разів вищу, ніж традиційні матеріали.
III. Легкі сплави: прорив в енергоефективності та маневреності
Щоб зменшити споживання палива та підвищити гнучкість обладнання, легкі матеріали, такі як алюмінієві сплави, магнієві та титанові сплави, все частіше використовуються в кабінах, панелях і деяких не-несучих-конструкціях. Серед них алюмінієвий сплав 6061-T6 (щільність 2,7 г/см³, міцність на розрив більше або дорівнює 290 МПа) широко використовується в допоміжних опорних конструкціях для стріл кранів завдяки чудовій стійкості до корозії та оброблюваності. Магнієвий сплав (щільність 1,7-1,9 г/см³), модифікований рідкоземельними елементами (такими як Y і Nd), може зменшити вагу таких компонентів, як баки для гідравлічного масла, на 20-30%.
Примітно, що хоча пластик, армований вуглецевим волокном (CFRP), має зріле застосування в аерокосмічній галузі, він залишається обмеженим у будівельній техніці через вартість і процеси з’єднання. В даний час він використовується тільки для звуко- і теплоізоляції в кабінах класу люкс.
IV. Корозійно{1}}стійкі матеріали: захисний бар’єр для суворих умов
Океанська інженерія, гірничодобувна промисловість та інші програми потребують матеріалів із чудовою стійкістю до корозії. Нержавіючі сталі (такі як 304 і 316L), завдяки вмісту хрому (більше або дорівнює 16%) і нікелю (більше або дорівнює 8%), утворюють пасивну плівку і зазвичай використовуються в цистернах бетонозмішувачів і кріпленнях в екологічно чутливих зонах. Оцинкована сталь (товщина покриття гарячим -зануренням більше або дорівнює 80 мкм) і технологія покриття Dacromet (товщина приблизно 5-12 мкм) зменшують швидкість корозії звичайних сталевих компонентів до рівня менше 0,05 мм/рік завдяки фізичній ізоляції.
Для надзвичайно кислих або лужних робочих умов дуплексна нержавіюча сталь (така як 2205, що містить 22% Cr, 5% Ni та 3% Mo) є кращим матеріалом для хімічного змішувального обладнання через їх аустеніт-феритну подвійну{5}}фазну структуру, високу міцність (σb більше або дорівнює 620 МПа) та еквівалентне число опору точковій коррозії (PREN більше або дорівнює). до 34).
Висновок
Розробка матеріалів для будівельних машин завжди оберталася навколо багато-балансу між міцністю, вагою, вартістю та екологічністю. У майбутньому, з індустріальним застосуванням адитивного виробництва (3D-друк) і нанокомпозитів, розумний вибір матеріалу (наприклад, динамічне коригування локальних властивостей матеріалу на основі спектру навантажень) стане ключовою галузевою тенденцією. Інженерам необхідно всебічно враховувати робочі параметри, витрати протягом життєвого циклу та надійність ланцюга поставок, щоб отримати оптимальне рішення щодо матеріалів.
