Kaip pagrindinė šiuolaikinės inžinerinės konstrukcijos įranga, statybinių mašinų našumas ir patikimumas labai priklauso nuo naudojamų medžiagų fizinių, cheminių ir mechaninių savybių. Nuolat tobulėjant medžiagų mokslui, statybinėms mašinoms skirtų medžiagų pasirinkimas palaipsniui išsiplėtė nuo tradicinio didelio{1}}stiprumo plieno iki įvairių kompozitinių medžiagų ir specialių lydinių, kad atitiktų griežtus įvairių eksploatavimo sąlygų reikalavimus. Šiame straipsnyje bus sistemingai nagrinėjami pagrindinių statybinėse mašinose naudojamų medžiagų tipai, techninės charakteristikos ir tipiniai taikymo scenarijai.
I. Didelio stiprumo-konstrukcinis plienas: apkrovos-palaikymo ir ilgaamžiškumo pagrindas
Labai{0}}stiprus konstrukcinis plienas yra pagrindinė statybinių mašinų medžiaga, plačiai naudojama kritinių apkrovų-nešančiuose komponentuose, pvz., rėmuose, strėlėse ir svirties. Šio tipo plienas paprastai žymiai padidina takumo ribą ir atsparumą tempimui pridedant legiravimo elementų, tokių kaip manganas (Mn), chromas (Cr) ir molibdenas (Mo), papildytus kontroliuojamu valcavimo ir kontroliuojamo aušinimo (TMCP) arba terminio apdorojimo procesais. Pavyzdžiui, mažo -legiruoto didelio stiprumo
Pastaraisiais metais plačiai paplitęs mikrolegiruoto plieno (pvz., su niobio (Nb) ir vanadžio (V) priedais) naudojimas dar labiau pagerino bendrą plieno plokščių veikimą. Pavyzdžiui, tam tikro ekskavatoriaus kaušo naudojamas NM400 nusidėvėjimui atsparus plienas (kietumas didesnis arba lygus 400 HBW). Dėl paviršiaus grūdinimo kaušo pjovimo briaunos tarnavimo laikas pailgėja daugiau nei 30%, žymiai sumažinant priežiūros išlaidas.
II. -Dėvėjimui atsparios medžiagos: raktas į atsparumą trinčiai ir smūgiams
Statybinių mašinų darbo įtaisai (pvz., ekskavatoriaus dantys, grąžtų strypai ir konvejerio grandikliai) yra veikiami ilgalaikės -smarkios trinties ir smūgių iš kietų medžiagų, tokių kaip smėlis, žvyras ir rūda, todėl keliami itin aukšti atsparumo dilimui reikalavimai. Tradiciniai didelio -mangano plienai (pvz., ZGMn13), nors ir pasižymi puikiomis darbo -kietėjimo savybėmis, yra jautrūs plastinei deformacijai esant mažo-tempimo susidėvėjimo sąlygoms. Dabartiniai pagrindiniai sprendimai apima:
1. Didelio-chromo ketaus: sudėtyje yra 12–30 % chromo, todėl susidaro kietieji karbidai (pvz., Cr7C3), kurių kietumas HRC 58–65, dažniausiai naudojami žandikaulio trupintuvų įdėkluose.
2. Kompozitinės apvalkalo medžiagos: volframo karbido (WC) arba nikelio - lydinio sluoksnis padengiamas Q235 pagrindu atviru lanku arba plazminiu apvalkalu, kad vietinis kietumas viršytų HRC 60.
3. Keramika{1}}sustiprintos kompozicinės medžiagos: pvz., Al₂O₃-TiC kermetai. Nors šios medžiagos yra gana brangios, jos buvo išbandytos naudojant aukščiausios klasės-ekskavatoriaus kaušo dantis, kurių atsparumas dilimui yra penkis kartus didesnis nei tradicinės medžiagos.
III. Lengvieji lydiniai: energijos vartojimo efektyvumo ir manevringumo proveržis
Siekiant sumažinti degalų sąnaudas ir pagerinti įrangos lankstumą, kabinose, plokštėse ir kai kuriose ne{0}}apkrovą{1}}nešančiose konstrukcijose vis dažniau naudojamos lengvos medžiagos, pvz., aliuminio lydiniai, magnio lydiniai ir titano lydiniai. Tarp jų 6061-T6 aliuminio lydinys (tankis 2,7 g/cm³, tempiamasis stipris didesnis nei 290 MPa arba lygus jai) yra plačiai naudojamas pagalbinėse kranų strėlių atraminėse konstrukcijose dėl puikaus atsparumo korozijai ir apdirbamumo. Magnio lydinys (tankis 1,7–1,9 g/cm³), modifikuotas retųjų žemių elementais (pvz., Y ir Nd), gali sumažinti komponentų, tokių kaip hidraulinės alyvos bakai, svorį 20–30 %.
Pažymėtina, kad nors anglies pluoštu sustiprintas plastikas (CFRP) yra pritaikomas kosminėje erdvėje, statybinėse mašinose jis išlieka ribotas dėl sąnaudų ir sujungimo procesų. Šiuo metu jis naudojamas tik prabangių kabinų garso ir šilumos izoliacijai.
IV. Korozijai{1}}Atsparios medžiagos: apsauginė kliūtis atšiaurioms aplinkoms
Vandenynų inžinerijai, kasybai ir kitiems tikslams reikalingos medžiagos, turinčios puikų atsparumą korozijai. Nerūdijantis plienas (pvz., 304 ir 316 l) dėl savo chromo (didesnis arba lygus 16%) ir nikelio (didesnis arba lygus 8%) sudaro pasyvią plėvelę ir dažniausiai naudojamas betono maišytuvų cisternose ir tvirtinimo detalėse aplinkai jautriose vietose. Cinkuotas plienas (karšta{6} dangos storis didesnis nei 80 μm) ir Dacromet dangos technologija (maždaug 5–12 μm storio) sumažina įprastų plieno komponentų korozijos greitį iki mažiau nei 0,05 mm per metus dėl fizinės izoliacijos.
Esant ypač rūgštinėms arba šarminėms darbo sąlygoms, dvipusis nerūdijantis plienas (pvz., 2205, kuriame yra 22 % Cr, 5 % Ni ir 3 % Mo) yra tinkamiausia medžiaga cheminio maišymo įrangai dėl jų austenito -ferito dvigubos- fazės struktūros, didelio stiprumo (σb Didesnis arba lygus P) ir atsparumo duobėms, lygus P RENera4 arba 620 MP.
Išvada
Statybinėms mašinoms skirtų medžiagų kūrimas visada buvo susijęs su daugialypiu{0}}tikslumu tarp stiprumo, svorio, kainos ir prisitaikymo prie aplinkos. Ateityje pramoniniu būdu pritaikius priedų gamybą (3D spausdinimą) ir nanokompozitus, išmanusis medžiagų pasirinkimas (pvz., dinamiškas vietinių medžiagų savybių koregavimas pagal apkrovos spektrą) taps pagrindine pramonės tendencija. Inžinieriai turi visapusiškai atsižvelgti į veikimo parametrus, gyvavimo ciklo sąnaudas ir tiekimo grandinės patikimumą, kad pasiektų optimalų medžiagų sprendimą.
