1.2. O XAΛΥΒΑΣ ΩΣ ΥΛΙΚΟ

 

 

1. Σύσταση

2. Παρασκευή 

3. Μέθοδοι μορφοποίησης των μετάλλων

4. Η μορφοποίηση  χαλύβδινων διατομών για μεταλλικές κατασκευές

 

 

1. Σύσταση

Χάλυβες καλούνται τα κράματα σιδήρου (Fe) και άνθρακα (C), με περιεκτικότητα σε άνθρακα κάτω του 1,8%. Στη σύνθεση των χαλύβων συνδυάζονται  με το σίδηρο διάφορα στοιχεία σε ποσοστιαίες αναλογίες που δεν ξεπερνούν κατά κανόνα το 5%. Συστατικά στοιχεία κάθε χάλυβα αποτελούν ο άνθρακας, σε ποσοστά που κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 0,2% και 0,7%, και το πυρίτιο (Si), σε ποσοστό μεταξύ 0,1% και 0,7% και ενίοτε έως και 4%  σε ειδικούς χάλυβες. Η αναλογία σε άνθρακα καθορίζει ουσιαστικώς τις ιδιότητες των διαφόρων χαλύβων. Όσο αυξάνεται το ποσοστό του άνθρακα στο κράμα αυξάνονται αναλόγως η σκληρότητα και η αντοχή του σε τάσεις εφελκυσμού, ενώ παραλλήλως μειώνονται η συνεκτικότητα και η πλαστιμότητα. Στην αντίθετη περίπτωση, μειώνοντας δηλαδή το ποσοστό του άνθρακα, αυξάνεται η καταλληλότητα προς συγκόλληση (Schweisseignung). Το μαγγάνιο (Mn) συμμετέχει σε ποσοστό 0,3% έως 0,8% αλλά και 12% και 15% σε χάλυβες πολύ μεγάλης σκληρότητας και αντοχής στη φθορά. Η παρουσία του ενισχύει την συγκολλησιμότητα του σιδήρου, η οποία δεν υφίσταται σε κράματα με περιεκτικότητα άνθρακα άνω του 0,15%. Στην σύσταση πολλών ειδικών χαλύβων συμμετέχουν το χρώμιο (Cr), το νικέλιο (Ni), το μολυβδαίνιο (Mo) και άλλα στοιχεία, ώστε να αποκτήσει το τελικό προϊόν τις ιδιαίτερες ιδιότητες που απαιτούνται σε κάθε περίπτωση.

Ο φωσφόρος (P), το θείο (S) και το οξυγόνο (Ο) αποτελούν επιβλαβή στοιχεία στη σύνθεση, τα οποία προσδίδουν αρνητικές ιδιότητες στον χάλυβα όπως ψαθυρότητα (φωσφόρος), μαλακτότητα (θείο), δημιουργία ανεπιθύμητων ασυνεχειών – φυσαλίδων – κατά την χύτευση (οξυγόνο). Για τον λόγο αυτό η περιεκτικότητα των στοιχείων αυτών στο χάλυβα πρέπει να κυμαίνεται σε ποσοστά κατά πολύ μικρότερα του 0,1%. 

Με τις κατάλληλες αναλογίες των συστατικών στοιχείων στην χημική του σύσταση και σε συνδυασμό με μία ακριβή θερμική επεξεργασία, οι ιδιότητες του χάλυβα είναι δυνατόν να ρυθμιστούν με μεγάλη ακρίβεια, ώστε να εξυπηρετείται ο σκοπός της εκάστοτε χρήσης του.

Με βάση τη χρήση του χάλυβα μπορούμε να ξεχωρίσουμε ορισμένες γενικές κατηγορίες:

Για την Οικοδομική χρήση έχουν ιδιαίτερη σημασία οι χάλυβες οι οποίοι  περιγράφονται στο ΕΛΟΤ ΕΝ 10025 «Προϊόντα μη κεκραμένων κατασκευαστικών χαλύβων θερμής έλασης – Τεχνικοί όροι παράδοσης», καθώς και οι ανοξείδωτοι χάλυβες και ορισμένοι χάλυβες για ήλους.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες παράγονται από κράματα με περιεκτικότητα χρωμίου τουλάχιστον 12%. Πρόσθετα νικελίου ή μολυβδαινίου βελτιώνουν την ικανότητα αντίστασης στην διάβρωση. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι δεν υφίστανται χάλυβες οι οποίοι δεν διαβρώνονται. Υπάρχουν μόνον χάλυβες που υπό συγκεκριμένες συνθήκες περιβάλλοντος δεν οξειδώνονται. Είναι λοιπόν απαραίτητο κατά την χρήση των ανοξείδωτων χαλύβων να επιλέγεται ο κατάλληλος για την εκάστοτε εφαρμογή.

Οι λεπτόκοκκοι χάλυβες παράγονται από χάλυβες χαμηλού κράματος και υψηλής αντοχής. Αυτοί οι χάλυβες είναι μικρής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Εκ του λόγου αυτού προκύπτει υψηλή καταλληλότητα συγκόλλησης.

 

 

2. Παρασκευή

Ο Χάλυβας παρασκευάζεται με εξανθράκωση του χυτοσιδήρου. Ταυτοχρόνως απομακρύνονται κατά το δυνατόν το θείο και ο φωσφόρος, στοιχεία τα οποία όπως προαναφέρθηκε είναι επιβλαβή, και ρυθμίζεται η περιεκτικότητα σε μαγγάνιο και πυρίτιο, στοιχεία τα οποία εμπεριέχονται στον ακατέργαστο σίδηρο. Οι παραπάνω ρύποι απομακρύνονται δια της καύσης με την πρόσδωση οξυγόνου. Η επιθυμητή χημική σύσταση του χάλυβα επιτυγχάνεται με την αποξείδωση και την προσθήκη ασβέστου για την δέσμευση του φωσφόρου.

Για την αποφυγή δημιουργίας φυσαλίδων, οι οποίες μπορούν να δημιουργηθούν κατά την χύτευση του ρευστού χάλυβα εξαιτίας υπολειμμάτων οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, προστίθενται στο κράμα συμπληρωματικώς πυρίτιο, μαγγάνιο, ασβέστιο ή αλουμίνιο. Οι κατ’ αυτόν τον τρόπο επεξεργασμένοι χάλυβες ονομάζονται ησυχασμένοι. Τα πλεονεκτήματά τους είναι ότι δεν επηρεάζονται από την γήρανση και συγκολλούνται ιδιαιτέρως καλά.

Βάσει του τρόπου παρασκευής οι χάλυβες μπορούν να ταξινομηθούν ως ακολούθως:

 

3. Μέθοδοι μορφοποίησης των μετάλλων

Με τον όρο μορφοποίηση νοείται η πρόσδωση μορφής γενικά. Ο όρος διαμόρφωση σημαίνει την πρόσδωση μορφής με πλαστική παραμόρφωση. Η διαμόρφωση συχνά αναφέρεται με τον όρο «πλαστική διαμόρφωση».

Οι μέθοδοι μορφοποίησης των μετάλλων είναι βασικά τρεις:

Η χύτευση στηρίζεται στο χαμηλό σημείο τήξεως ορισμένων μετάλλων και στην ευχυτότητα δηλαδή την ιδιότητα που έχουν ορισμένα ρευστά μέταλλα να γεμίζουν με ακρίβεια όλες τις κοιλότητες ενός καλουπιού. Η χύτευση δεν εξασφαλίζει συχνά το επιθυμητό τελείωμα ενός αντικειμένου  και απαιτεί πρόσθετη μηχανουργική επεξεργασία.

 Η μηχανουργική κατεργασία επιτυγχάνει την μορφή ενός αντικειμένου με την αφαίρεση υλικού. Αν και από τεχνολογική άποψη έχει αυτοματοποιηθεί πλήρως για παραγωγή ακριβείας και εν σειρά όμως οδηγεί σε μεγάλες απώλειες μετάλλου και χάνει έδαφος. Διατηρεί όμως την σημασία της ως συμπληρωματική μέθοδος.

Η διαμόρφωση με πλαστική παραμόρφωση είναι ο πιο εκτεταμένος   κλάδος της μορφοποίησης των μετάλλων. Η πλατιά εφαρμογή της οφείλεται στην μεγάλη έκταση της πλαστικής περιοχής των μετάλλων. Όταν εφαρμοσθούν τάσεις πέρα από το όριο ελαστικότητας, τα μέταλλα δεν θραύονται αλλά παραμορφώνονται πλαστικά. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές που εκμεταλλεύονται αυτή την ιδιότητα. Οι τεχνικές αυτές μπορούν να γίνουν εν θερμώ ή εν ψυχρώ, πράγμα που σημαίνει την κατεργασία πάνω ή κάτω από την θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του μετάλλου. Οι εν ψυχρώ τεχνικές δίδουν προϊόντα μεγαλύτερης μηχανικής αντοχής αλλά και πιο εύθραυστα. Επίσης είναι πιο ευπρόσβλητα στην διάβρωση και στην προσβολή από φωτιά. Επομένως απαιτούν αποτελεσματικότερα μέτρα για την προστασία από διάβρωση και πυροπροστασία. Οι τεχνικές αυτές είναι:

 Η πρώτη διαμόρφωση γίνεται αποκλειστικά με έλαση σε μεγάλες μεταλλουργικές μονάδες και οδηγεί σε ημιπροϊόντα τα οποία μπορεί και διοχετευθούν κατευθείαν στην κατανάλωση. Το μεγαλύτερο όμως μέρος των ημιπροϊόντων υφίσταται και δεύτερη κατεργασία διαμόρφωσης σε επιχειρήσεις κάθε είδους που ασχολούνται με τεχνικές διαμόρφωσης με πλαστική παραμόρφωση καθώς και με θερμικές ή επιφανειακές διαδικασίες.

 

 

 

4. Η μορφοποίηση  χαλύβδινων διατομών για μεταλλικές κατασκευές

Η μορφοποίηση του χάλυβα πραγματοποιείται με όλες τις προαναφερθείσες μεθόδους αλλά την κύρια θέση έχουν οι τεχνικές πλαστικής διαμόρφωσης. Αυτό οφείλεται σε μια σειρά πλεονεκτημάτων όπως:

Όσον αφορά τα προϊόντα χάλυβα που χρησιμοποιούνται στις μεταλλικές κατασκευές αυτά παλαιότερα κατασκευαζόταν  με διέλαση. Ακόμη και σήμερα το μεγαλύτερο μέρος των μεταλλικών στοιχείων για την φέρουσα κατασκευή παράγεται με διέλαση. Οι πρόοδος της κατασκευαστικής τεχνολογίας η βελτίωση των μεθόδων προστασίας από διάβρωση και πυροπροστασίας οδήγησαν στη μόρφωση και χρήση λεπτότοιχων διατομών ψυχράς ελάσεως.  Το βασικότερο πλεονέκτημα της χρήσεως των λεπτότοιχων διατομών ψυχράς ελάσεως είναι η αυξημένη αντοχή με συνέπεια την μείωση του βάρους. Οι λεπτότοιχες διατομές ψυχράς ελάσεως χρησιμοποιούνται πλέον και ως φέροντα δομικά στοιχεία δευτερευούσης σημασίας  αλλά και ως καλύψεις.