1.Μεταλλικά Υλικά Flashcards
Απαιτήσεις ώστε ένα υλικό να χρησιμοποιείται στη ναυπηγική
(α) υψηλός λόγος αντοχής προς βάρος (σο /ρ)
(β) δυσθραυστότητα (fracture toughness) -ικανότητα του υλικού να απορροφά
ενέργεια παραμορφούμενο πλαστικά, πριν τη θραύση
όσο μεγαλύτερη, τόσο πιο όλκιμο το υλικό (συνήθως επιθυμητό) - HS
(γ) αντοχή σε κόπωση – προοδευτική αύξηση ρωγμών για μικρές τάσεις
(δ)αντοχή σε διάβρωση και σε διάβρωση με μηχανική καταπόνηση που οδηγεί
σε ρωγμάτωση – απώλεια υλικού – ψαθυρή θραύση
(ε) άλλες ιδιότητες
….. π. χ. συγκολλητότητα, κόστος, συντήρηση, ευχέρεια διαμόρφωσης
Είδη χαλύβων
1)κοινοί (mild steels)
φερριτικοί, C 0.23% –πιοδιαδεδομένοι – Mn, Si, S, P
εξαιρετική συγκολλητότητα
2)υψηλής αντοχής (High Strength Steels)
σ ο έως 350ΜPα
προσθήκη Al, Co, V –μείωση παχών –> μείωση βάρους
3) κράματα πολύ υψηλής αντοχής (HSLA)
(Cr, Ni +θερμική κατεργασία) –ειδικές εφαρμογές
Μικροδομή χαλύβων
1)το ποσοστό του C και ο ρυθμός απόψυξης επιδρούν στη μικροδομή – καθορίζει
την αντοχή και σκληρότητα
2)κοινοί χάλυβες – περλιτική μικροδομή
3)βαφή σε νερό και επαναφορά (επαναθέρμανση) –χάλυβες υψηλής αντοχής
Μέθοδοι παρασκευής ναυπηγικών χαλύβων
- ανοικτής φλογοκαμίνου
- βασικής οξυγόνου
- ηλεκτρικής καμίνου
Ποιότητες χαλύβων μετά την αποξείδωση
1)Πλήρως καθησυχασμένος (killed steel)
Τελείως αποξειδωμένος με ομοιογενή δομή
Κατάλληλος για παχιά ελάσματα
Αποξείδωση με προσθήκη στοιχείων όπως Si, Al
2)Περιθωριακός χάλυβας (rimmed steel)
ελάχιστα αποξειδωμένος
για πάχη μέχρι 12,5 mm
δευτερεύουσες κατασκευές στη ναυπηγική
3)ημικαθησυχασμένος χάλυβας (semikilled steel)
λιγότερο αποξειδωτικό από killed
καλύτερη ποιότητα απο τον rimmed
φθηνότερος από τον killed
συνήθης ναυπηγικός χάλυβας
Μη θερμικά κατεργασμένα κράματα αλουμινίου
- Κύριες προσμίξεις Mg, Si, Mn, Fe
- σειρές 1000,3000,4000,5000
- περαιτέρω αύξηση αντοχής με cold working
- πρόκληση ενδοτράχυνσης
- σταθεροποιητική διαδικασία σε σχετικά υψηλή Τ όπου υπάρχει Mg
Θερμικά κατεργασμένα κράματα αλουμινίου
Στάδια θερμικής κατεργασίας
Η αντοχή των κραμάτων οφείλεται στην ύπαρξη στοιχείων όπως Cu, Mg, Zn, Si
1)Διαλυτοποίηση/υπερβαφή (solution heat treatment)
θερμανση με σκοπο την τοποθέτηση των στοιχείων στο στερεό διάλυμα
2)Γρήγορη βαφή (quenching)
συνήθως σε νερό
προσωρινό πάγωμα της σχηματισμένης μικροδομής άρα
εύκολη κατεργασιμότητα για ορισμένο διάστημα
3)Κατακρήμνιση συστατικών (precipitation)
διότι η κατάσταση αυτή δεν είναι σταθερή για Tπεριβάλλοντος ή ψηλότερη
4)Γήρανση (aging)
σε Tπεριβάλλοντος και προκύπτει κράμα ισχυρής αντοχής
Σειρά 5000 Αλουμινίου
Al+Mg
κράματα μέσης ή υψηλής αντοχής
καλη συγκολλητοτητα
εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση
Κράμα Al 5086
5086
καλή συγκολλητότητα, καλή αντοχή σε διάβρση, καλή κατεργασιμότητα
εφαρμογή σε γάστρα φρακτές κατάστρωμα
Κράμα Al 5083
5083
υψηλή αντοχή, εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση, μέτρια κατεργασιμότητα
εφαρμογές σε κατασκευές υψηλών απαιτήσεων, hydrofoils, αμφίβια σκάφη
Σειρά 6000 Αλουμινιου/κράμα 6061
Mg2Si που επιτρέπει θερμική κατεργασία
καλή κατεργασιμότητα
καλή αντοχή σε διάβρωση
μείωση αντοχής στην περιοχή της συγκόλλησης
6061: ευρείες εφαρμογές , χρήση σε μορφοδοκούς
Αλουμινένια σκάφη
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
(σε σχέση με χάλυβα)
1) ελαφρότερη κατασκευή για ίδιες απαιτήσεις
2) μεγαλύτερη αντοχή σε διάβρωση
3) μεγαλύτερος χρόνος ζωής
4) ευχέρεια διαμόρφωσης (χαμηλοτερο Ε)
5)μικρότερο ολικό κόστος
(ακριβότερη ανέγερση, φθηνότερη συντήρηση)
6)ευχάριστη όψη
Αλουμινένια σκάφη
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
1) μικρό Ε
2) μικρή αντοχή σε κόπωση
3) μείωση αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες
Ιδιότητες Αλουμινίου
Σύγκριση μηχ. ιδιοτήτων με χάλυβα (σο ρ Ε) Αντοχή σε διάβρωση Μηχανική διαμόρφωση Θερμικά χαρακτηριστικά Κοπή και συγκόλληση
Συγκριση μηχανικών ιδιοτήτων St-Al
σο,Al=σο,St
ρAl=1/3ρSt
ΕAl=1/3ESt
πλεονεκτημα σε κρούσεις, μειονέκτημα για παραμορφώσεις
δmax,Al=1.5δmax,St
IAl=3ISt
Αντοχή Al σε διάβρωση
Αντοχή σε διάβρωση
πολύ καλή λόγω σχηματισμού στρώματος οξειδίων
σε θαλάσσιο περιβάλλον, διάβρωση με βελονισμούς
Θερμικά χαρακτηριστικά Αl
Θερμικά Χαρακτηριστικά
θερμική αγωγιμότητα kAl=3kSt
θερμική διαστολή αAl=2αSt
Κοπή Al
Κοπή
οχι με φλόγα (οξείδια έχουν πολύ μεγαλύτερη Τm από το Al)
με τόξο πλάσματος/τόξο βολφραμίου/πριόνι
Συγκόλληση Al
Συγκόλληση
GTAW/GMAW
Προβληματα: πόροι, μεγάλες παραμορφωσεις, μειωμένη αντοχή στη ΘΕΖ
Γενικά στοιχεία Ti
χαμηλό γ 4.5 g/cm3(λίγο περισσότερο απο το μισο του χαλυβα)
υψηλή αντοχή 800MPa (4 φορες του χάλυβα)
ακριβό
εφαρμογές σε Deep Submergence Rescuing Vehicles
Μεταλλουργία του Ti
2 μορφές Ti α, Ti β (882ο C)
Το καθαρό Τi ειναι πολυ διαδεδομενο και δεν κατεργαζεται θερμικα
(ο μετασχηματισμός από β σε α δεν μπορεί να εμποδιστεί στην ψύξη ανεξάρτητα από την διαδικασία ψύξης)
Προσθήκη στοιχεων που αλλάζουν την θερμοκρασία μετασχηματισμού
Αλφαγόνα στοιχεία
Αλφαγόνα: Al, Sn, O/αυξάνουν τη θερ.μετ./μη θερμικά κατεργάσιμα κράματα
Βηταγόνα στοιχεία
Βηταγόνα: Cr, Fe, V, Mo, Mn/μειώνουν τη θερ.μετ./θερμικά κατεργάσιμα κράματα
(με προσθήκη βηταγόνων διατηρείται η φάση β ακόμα και σε θερμοκρασια δωματίου)
Κράματα Ti α
Κράματα α
1) Καλή συγκολλητότητα
2) Μη θερμικά κατεργάσιμα
3) Όλκιμα
4) Δυσκολία κοίλανσης
Κράματα Ti β
Κράματα β
1) Καλή συγκολλητότητα
2) Θερμικά κατεργάσιμα
3) Καλη μηχανική αντοχή
4) σχετικά ψηλό γ
5) ευκολία κοίλανσης
Κράματα Ti α+β
Κράματα α+β
1) Υψηλή αντοχή
2) Εξαιρετική κατεργασιμότητα
3) θερμικά κατεργάσιμα
Μηχανικές ιδιότητες Ti
Μεγαλύτερη αντοχή από Al, St
ρTi=2ρAl=0.6ρSt
ETi=1/2ESt
Υψηλή αντοχή σε διάβρωση
(ειναι πιο καθοδικό από πολλά άλλα υλικά, δημιουργία παθητικού στρώματος οξειδίου που όμως αν διακοπεί η συνέχεια του μπορεί να παρουσιαστεί stress corrosion cracking. Σε ψηλές θερμοκρασίες λειτουργιας πάνω απο 120οC μπορεί να παρουσιαστεί διάβρωση σε κοιλότητες)
Καλή δυσθραυστότητα
(όχι απότομη μετάβαση από ψαθυρη σε όλκιμη συμπεριφορα ως συναρτηση της Τ)
Ανέγερση σκαφών από Ti
1) ακριβό
2) καλή κατεργασιμότητα λόγω υπερπλαστικότητας
3)Συγκόλληση με GTAW,GMAW,EBW,LBW
προβλήματα: ποροι, μείωση μηχανικών ιδιοτήτων λόγω παρουσίας Ο2
Ορισμός Υπερπλαστικότητας
η ικανότητα ενός υλικού να επιτυγχάνει πολύ μεγάλες επιμηκύνσεις σε εφελκυσμό 200-500% χωρίς θραύση ή δημιουργία λαιμού
