В настоящее время происходит активное развитие изоляционных материалов для кабельной промышленности, которое дает возможность предлагать новые конструкции кабеля
 Скачать 4.09 Mb.
|
 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время происходит активное развитие изоляционных материалов для кабельной промышленности, которое дает возможность предлагать новые конструкции кабеля. Развитие происходит не только в группе полиэтиленовой изоляции, но и в традиционной для кабельной промышленности – резиновой. Обычная резиновая изоляция представляет собой смесь натурального или синтетического каучука с наполнителем, размягчителей, ускорителем вулканизации, противостарителем, красителем и некоторыми другими веществами. Для изготовления изоляционного слоя кабелей используют резину РТИ-1, в составе которой находится 35% каучука. Главным преимуществом обычной резиновой изоляции, которая используется для производства силовых кабелей КГ и судовых КНР, НРШИ, является гибкость - данный материал очень хорошо гнется и практически не впитывает в себя воду. Но обладает и рядом недостатков:рабочая температура жилы должна быть не слишком высокой — не более 65 °С. Такая температура значительно ниже, чем у других видов изоляции,с течением времени изоляционный слой, изготовленный из резины, начинает терять свою эластичность и меняет остальные физико-технические характеристики. Разрушается резина из-за различных внешних и внутренних факторов, так как этот процесс чаще всего представляет собой следствие окислительного процесса, который происходит между каучуком и воздухом. Поэтому со временем в зарубежных странах были разработаны новые материалы, отвечающие требованиям современной кабельной промышленности, – как этиленпропиленовая (ЭПР) и кремнийорганическая резины. Силовые кабели с этиленпропиленовой изоляцией имеют давнюю историю производства и эксплуатации за рубежом. Этиленпропиленовая резина была открыта в конце 50х годов и уже в начале 60х два завода в Европе и три в США начали производства кабеля с данной изоляцией. Этиленпропиленовая изоляция в настоящее время активно используется в европейских странах с большой площадью прибрежных зон – Испании и Италии. Данные регионы отличаются высокими среднегодовыми температурами и большим количеством солнечных дней в течение года. Кабели используются как для прокладки по воздуху, так и, в связи с высокой стойкостью к влаге резин, для прокладки в земле, в том числе в прибрежных зонах с высоким уровнем грунтовых вод. В Европе также помимо ЭПР кабелей среднего напряжение активно прокладываются высоковольтные ЭПР кабели до 138кВ. Совокупность перечисленных выше факторов послужила поводом для производства этиленпропиленовых кабелей на ООО «ЭМ-КАБЕЛЬ » в 2020 году. Осознавая важность проблемы, я решил остановить свой выбор на силовом кабеле марки EPREM . Кабели в многожильном исполнении предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках на номинальное переменное напряжение 1 и 3 кВ номинальной частотой 50 Гц при наличии опасности механических повреждений, при отсутствии растягивающих усилий в процессе эксплуатации. Кабели одножильные предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках на номинальное постоянное напряжение 1 кВ при наличии опасности механических повреждений, при отсутствии растягивающих усилий в процессе эксплуатации. Кабели марок EPREM предназначены для прокладки одиночных кабельных линий в кабельных сооружениях открытых электроустановок (кабельных эстакадах, галереях), а также для прокладки в сухих грунтах. При групповой прокладке обязательно применение средств огнезащиты. Кабели марок EPREM РгБВнг(А), предназначены для групповой прокладки кабельных линий в кабельных сооружениях наружных (открытых) электроустановок (кабельных эстакадах, галереях), а также для прокладки в сухих грунтах. 1 Выбор элементов конструкции и применяемых материалов 1.1 Назначение элементов конструкции Все кабельные изделия можно подразделить на три группы — непосредственно кабели, провода и шнуры. Основными элементами кабелей являются токопроводящие жилы, изоляция, электрические экраны, броня и защитные покровы, в том числе влагозащитные оболочки. Токопроводящие жилы предназначены для направления потока ЭМ энергии или информации. Для токопроводящих жил используется медная, алюминиевая и стальная проволока, а также проволока из сплавов низкого и высокого сопротивления. Диаметры кабельной проволоки могут быть от нескольких микрометров до 10 мм. Основные требования к материалам токопроводящих жил: высокие электропроводность, механические характеристики и коррозионная стойкость, а также технологичность, экономичность и недефицитность. Высокая электропроводность и размер (площадь сечения) жил — это параметры, которые оказывают решающее влияние на допустимый ток нагрузки при передаче энергии или на затухание сигналов (потери) в информационных кабелях Значение электропроводности определяет выбор сечений токопроводящих жил. Высокие механические характеристики проводниковых материалов обеспечивают работоспособность кабельных изделий при растяжении, изгибе, кручении, вибрации. Высокая коррозионная стойкость обусловливает их сохранность при воздействии климатических и химических факторов. Под технологичностью проводниковых материалов понимают возможность получения проволок большой строительной длины, а также их надежного соединения путем пайки или сварки. Ввиду того что кабельная промышленность является одним из основных потребителей цветных металлов, экономичность и недефицитность проводниковых материалов также имеют важное значение. Изоляция предназначена для создания электрически прочного диэлектрического промежутка между токопроводящими жилами и между жилами и другими заземленными элементами (экранами, металлическими оболочками). Кроме того, очень часто изоляция должна обладать большой геометрической стабильностью размеров, что важно для кабелей связи, особенно радиочастотных. Материал, толщина и форма изоляции определяют максимальное значение рабочего напряжения данного кабельного изделия. Поясная изоляция наносится поверх скрученных жил с пластмассовой изоляцией в данном кабеля она выполнена внутренней оболочкой. Броня предназначена при земельной прокладке кабеля, обеспечивающая надежную защиту от большинства видов механического воздействия, будь то удар ручным инструментом, наезд тяжелой техники, сдвиги почвы или «работа» грызунов. Защитные покровы, обычно состоящие из влагозащитной оболочки и наружных защитных покровов, предназначены для защиты всех элементов кабелей от механических, климатических и химических воздействий. Влагозащитные оболочки предотвращают проникновение влаги внутрь изоляции; они могут быть металлическими пластмассовыми (из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката) или резиновыми. Полимерные оболочки хотя и имеют очень низкие коэффициенты влагопронецаемости (особенно полиэтилен), тем не менее допускают проникновение влаги внутрь кабеля. Эта влага за годы эксплуатации диффундирует через оболочку, что приводит сначала к ухудшению качества изоляции (снижению сопротивления, увеличению относительной диэлектрической проницаемости (е) и тангенса угла диэлектрических потерь (tg б), увеличению диэлектрических потерь), а затем к ее пробою. 1.2 Материалы применяемы при изготовлении кабеля EPREM Для проектируемого кабеля марки EPREM выбираются следующие материалы: - для ТПЖ медная катанка; - для изоляции этиленпропиленовая резина; - для внутренней оболочки ПВХ-пластикат; - для брони стальная лента; - для защитного шлага негорючий ПВХ- пластикат 1.2.1 Медная катанка Медная катанка по существу является сырьем для кабельной промышленности и предназначается для изготовления проволоки, контактных проводов и шин. Медная катанка используется также и для изготовления других электротехнических изделий. В соответствии со стандартом под понятием «катанка» понимается заготовка с поперечным сечением круглой формы, постоянным по всей длине, свернутая в бухту, изготовляемая, как правило, методом непрерывного литья и прокатки. Катанка может иметь и прямоугольную форму. Такая катанка используется для изготовления коллекторных профилей электрических машин. В отечественной практике медная катанка имеет следующие марки: КМ катанка медная; КМб— катанка медная бескислородная; КМор — катанка медная, полученная методом непрерывного литья и прокатки из рафинированных отходов меди и лома меди. Катанка изготовляется в диапазоне диаметров от 8,0 до 23мм с предельным отклонением от номинального диаметра ±(0,4-0,6) мм. Катанка марки КМ по химическому составу должна соответствовать меди марок М001, М0; катанка марки КМб - меди марок М0016, М0б; катанка марки КМор - меди марки М1ор. Катанка по всей длине должна иметь чистую и гладкую поверхность. На поверхности катанки допускаются раковины, риски, вмятины, забоины и другие поверхностные дефекты, глубина которых при зачистке не превышает 0,2 мм. Однако допускаемые дефекты не должны препятствовать дальнейшей переработке катанки. На поверхности катанки марок КМ и КМор диаметром до 18 мм включительно, допускается наличие окисной пленки на поверхности (толщина такой пленки не должна превышать 1×10-7 м 1000 А) при электрохимическом методе измерения, или не более 0,01% при весовом методе измерения. Окисленность поверхности катанки марки КМб всех размеров и катанки марок КМ и КМор диаметром свыше 18,0 мм не нормируют. Ниже представлены параметры катанки или отожженной проволоки, протянутой из катанки (таблица 1) Таблица 1 – Параметры катанки или отожженной проволоки
Катанка всех марок должна выдерживать испытание на скручивание с последующим раскручиванием без разрушения и появления дефектов литья и прокатки, глубина которых при зачистке превышает 0,2 мм. Ранее в кабельной промышленности медная катанка и катанка из медных сплавов изготовлялась методом горячей прокатки, сущность процесса которой заключается в последовательном уменьшении поперечного сечения и увеличении длины прокатываемой заготовки при её прохождении между несколькими парами валков, вращающихся в разные стороны. Однако в настоящее время повсеместно для производства катанки используется метод непрерывного литья и прокатки (НЛП), который обеспечивает получение катанки с высоким качеством поверхности и увеличением длины катанки в бухте во много раз. Медная катанка, получаемая методом НЛП, исключает технологические сварки в процессе дальнейшего производства проволоки и не требует травления перед волочением. В настоящее время в мировой практике 96% катанки производится методом НЛП и лишь 4% методом горячей прокатки, сохранившимся в основном в развивающихся странах. 1.2.2 Материал изоляции на токопроводящие жилы Этиленпропиленовый каучук(СКЭП)-продукт полимеризации этилена и пропилена в присутствии комплексных катализаторов .Структурная формула СКЭП приведена на рисунке 1:  Рисунок 1 –Структурная формула СКЭП Нетрудно видеть, что в структурной формуле отсутствуют двойные связи, по которым протекает вулканизация каучука. Практически такие связи есть,но их количество ограничено. Это ограничивает скорость вулканизации и производительность кабельного оборудование для наложения покрытий из СКЭП и их вулканизации. Поэтому в связи с необходимостью применения в качестве вулканизующих агентов пероксидов (из-за насыщенности цепи двойного полимера) был создан тройной полимер (СКЭПТ) с непредельными группами, позволяющий проводить вулканизацию покрытия обычными методами. В качестве третьего мономера используются углеводороды с несопряженными двойными связями, которые могут вступить в реакцию сополимеризации с этиленом и пропиленом, причем одна из двойных связей расходуется на присоединение к полимерной цепи, а другая остается нетронутой и, находясь в боковой цепи, может использоваться для проведения вулканизации обычными вулканизующими системами. Следовательно, и структурные формулы СКЭПТ различные. Одна из структурных формул СКЭПТ представлена на рисунке 2.  Рисунок 2-Структурная формула СКЭПТ Реакционная способность и расположение двойных связей в цепи СКЭПТ обуславливает значительную разницу в скорости вулканизации этих типов полимеров и характере поперечных связей и вулканизатах. СКЭП широко используются в кабельной промышленности благодаря комплексу ценных свойств. К ним относятся: низкая плотность, уникальная озоно- и атмосферостойкость, высокая стойкость к термическому старению и ряд химически агрессивных сред (полярные растворители, перегретый пар, кислоты, щелочи и др.), морозостойкость и, что особенно важно для кабельных изделий, высокие диэлектрические показатели, сохраняемые после воздействий пар, в том числе в процессе вулканизации, и влаги, а также возможность высокой наполняемости резин на его основе при сохранении высоких физико-механических показателей. Для получение резин с наилучшем эластическими и морозостойкими свойствами оптимальным содержанием пропилена в сополимере является 36-45% по массе. При пониженном содержании пропилен получаются кристаллизирующиеся полимеры из-за кристаллизации этиленовых блоков, а при большом содержании пропилена за счет снижения сегментальной подвижности полимерных цепей повышается температура стеклования. Для кабельной промышленности России производятся каучука с индексом «Д»-диэлектрический, в которых нормируется содержание водорастворимой золы (не более 0,5% по массе). Данный показатель важен, поскольку резиновая смесь в процессе изготовление кабельных изделий часто вулканизируется в среде насыщенного водяного пара. В основном в кабельной промышленности используются каучуки с низкой вязкостью. Двойные сополимеры используют в качестве изоляции кабелей на напряжение до35кВ, так как по сравнению со СКЭП они имеют более высокое удельное объемное сопротивление и более низкое значение tgδ. Кроме того, отсутствие двойных связей в структурной цепи увеличивает стойкость резин к коронному разряду. Из-за отсутствия кристаллизации при растяжении для СКЭП необходимо применение активных (усиливающих) наполнителей. Использование тонкодисперсных печных техуглеродов в шланговых резинах обеспечивает высокое сопротивление раздиру, прочность при растяжении, температуростойкость при сохранении удовлетворительных технологических свойств. Для изоляционных резин возможно использование двуокиси кремния, но из-за повышенного влагопоглощения такие резины применяются только для низковольтных кабелей. Для снижения влагопоглощения и получения резин с высокими диэлектрическими характеристиками для кабелей промышленности были разработаны специальные минеральные наполнители: дегидратированный каолин и микротальк. Следует отметить, что дегидртированный каолин улучшает технологические свойства смесей и придает гладкую поверхность смеси при шприцевании. Для усиления взаимодействия каучука и наполнителя, в особенности дегидратированного каолина, в качестве модификаторов используют кремнийорганические соединения бифункционального действия классов Силанов, силоксанов, силазанов и др. Указанные функциональные группы взаимодействуют с молекулами каучука, а алкоксиалогруппа, гидролизуясь с активными группами на поверхности наполнителя, образуют таким образом поперечные связи. За счет их образования сокращается время достижения оптимума вулканизации, возрастает напряжении и, что самое главное, электрические показатели резин после длительного увлажнения или воздействия насыщенного пара при вулканизации, а также при повышенных температурах снижаются в меньшей степени, чем вотсутствии модифицирующей добавки. СКЭПТ благодаря наличию двойных связей способен вулканизоваться серой с ускорителями, и такие вулканизующие системы используются для шланговых резин. Они обладают повышенной тепло-, атмосферо- и озоностойкостью, хорошей морозо-, химо- и влагостойкостью. При длительном термическом старении они сохраняют озоностойкость при концентрации озона 0,01% (по объему). Наиболее широкое применение СКЭП и СКЭПТ находят в изоляционных резинах. Высокие диэлектрические параметры этих каучуков позволили разработать резины повышенной теплостойкости (с допустимой длительной температурой эксплуатации 90 0С вместо традиционных 650С и в режиме короткого замыкания температурой 2500С вместо 1500С). Использование СКЭП и СКЭПТ позволяет снизить толщину изоляции кабелей из-за увеличения максимально допустимой напряженности электрического поля (до 4-5 МВ/м вместо 2-2,25 МВ/м). МЕТАЛЕН К-31 - силанольносшиваемая полиолефиновая композиция соответствуетпараметрам НEPR. МЕТАЛЕН К-31 представляет собой гранулированный продукт натуральногоцвета, химически модифицированный силаном, обладает гибкостью в сочетании с повышеннойтвердостью. Применяется совместно с концентратом катализатора водной сшивки марки МЕТАЛЕН К-501 – катализатор водной сшивки белого цвета, содержит усиленный комплексстабилизаторов, обеспечивающих стойкость к воздействию агрессивных факторов внешнейсреды, окислительной деструкции, высокую термостабильность при переработке, а такжезащиту от УФ. Композиция имеет высокие показатели по параметру - тепловая деформация(при 250 °С). МЕТАЛЕНК-31/К-501 применяется с катализатором сшивки марки К-501 в пропорции 95:5 для наложения изоляции гибких низковольтных силовых кабелей методом экструзии. Технические характеристики МЕТАЛЕН К-31/К-501 приведены в таблице 2. Таблица 2–Технические характеристики резины изоляционной низковольтной марки МЕТАЛЕН К-31/К-501
Рекомендации по сшивке. Время сшивки в водяной бане с температурой 90 °С рассчитывается с учётом того, что вода проникает в толщу изоляции, с одной стороны. 1.2.3 Пвх-пластикат для наложения внутренней и наружной оболочки ПВХ-пластикат типа НГП. Этот пластикат применяется для наложения защитных оболочек кабеля, эксплуатируемых при температурах от -40(-30) до +70 0С в условиях повышенной пожароопасности, и соответствующих требованиям стандарта МЭК 332. Пластикат выпускается двух марок: НГП-40-32 и НГП-30-32. Основные характеристики кабельных шланговых ПВХ- пластикатов типа НГП представлены в приложении А. Маркировка пластиката состоит из букв, обозначающих тип пластиката, и цифр, указывающих соотношение значения температуры хрупкости и кислородного индекса. По своим электрическим, физико-механическим и другим показателям пластикат должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в приложении А. При температуре до (45±2) пластикат не выделяет вредных продуктов в концентрациях, опасных для организма человека. Температура воспламенения пластиката более 5000С, самовоспламенение 7500С. По сравнению с традиционными пластикатами общепромышленного назначения для пластикатов типа НГП ужесточены требования безопасности. Переработка пластикатов типа НГП, а также их испытания при высокой температуре должны производится в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией. Это объясняется тем, что при воздействии температуры выше 1600С возможно выделение хлористого водорода, паров пластификаторов, алифатических спиртов, винилхлорида, соединений свинца и дифенилолпропана. Воздух и отдающие газы, отсасываемые из технологического оборудования, в случае необходимости подлежат очистке от паров и пыли в пыле-газоулавливающих устройствах, которые должны обеспечивать содержание токсических веществ на уровне предельно допустимых концентраций. Транспортировка пластиката и его хранение производится так же, как и пластикатов общепромышленного назначения. Срок гарантии на пластикаты типа НГП – 3года. Пластикаты типа НГП разрешается использовать для оболочек кабельных изделий, прокладываемых на открытом воздухе (эстакады и т.д.). Это связано с высоким дымовыделением при горении этих пластикатов. Так как требования, предъявляемые к кабелям повышенной пожаробезопасности, все время возрастают, то в настоящее время разработаны и выпускаются пластикаты типа ПП с улучшенными характеристиками. К техническим требованиям по дымо- и газовыделениюпри горение и тлении, коррозионной активности продуктов, образующихся при горении тлении, огнестойкости. У пластикатов типа ПП, по сравнению с пластикатами типа НГП, более низкое значение параметрадымообразования и выделения хлористого водорода, пониженная токсичность, тем более безопасен пластикат). Пластикаты типа ПП относятся к классу малоопасных или умеренно опасных веществ. Пластикаты типа ПП предназначены для изоляции,оболочек и заполнения кабельных изделий, в условиях, при которых предъявляются требования пожарной безопасности: -нераспространение горения как при одиночной прокладке кабелей, так и прокладке в пучках; -пониженное дымо- и газовыделение; -пониженное выделение токсичных продуктов горения (атомные электростанции, метрополитен, суд, высотные здания, промышленные сооружения, складское помещение, места с массовым скоплением людей и т.д.). В зависимости от свойств и назначения изготовляют ПВХ-пластикат типа ПП для изоляции, внутреннего заполнения и наружной оболочки (торговые марки «Лоусгран», «Элигран», и др.) Маркировка этих пластикатов может состоять из букв и цифр или только из цифр. В буквенно-цифровом обозначении первые три буквы обозначают его тип и назначение: ПП – пониженная пожароопасность; И – для изоляции; В – для внутреннего заполнения; О – для наружной оболочки; Первые две цифры для пластикатов ППИ и ППО указывают значения температуры хрупкости, две последующие – значение кислородного индекса, для пластикатов ППВ – цифры обозначают значения кислородного индекса соответствует указанию тропического исполнения пластиката. В цифровом обозначении пластикатов марки «Лоусгран» маркировка состоит из четырех цифр. Первая цифра в обозначении указывает тип материала: 1 – для изоляции; 2 – для наружной оболочки; 3 – для внутреннего заполнения. Три последующие обозначают номер рецептуры. По физико-механическим, электрическим и другим показателям пластикат типа ПП марки «Лоугсран» должен соответствовать нормам, установленным приложении Б. Пластикаты типа ПП относятся к материалам с умеренной дымообразующей способностью. Это горючие материалы средней воспломеняемости. Значение высшей теплоты сгорания пластикатов для изоляции должно быть не более 18 МДж/кг, шланговых – не более 16 МДж/кг, для внутреннего заполнения – не более 10 МДж/кг. Отечественные ПВХ-пластикаты марок ППО 20-40 и ППО 25-45 предназначены для оболочек кабелей с изоляцией из шитого полиэтилена, например, кабелей среднего и высокого напряжения или прокладываемых внутри помещений . Отличие этих пластикатов от других пластикатов типа ПП заключается в более низкой морозостойкости (-20 и -25 0С) По своим- физико механическим электрическим и другим показателям это пластикат должен соответствовать нормам, указанным в приложении В. Для шлангового ПВХ-пластиката, где не требуются высокие электрические характеристики, для улучшения холодостойкости добавляют обычно больше пластификатора, чем в рецептуры изоляционного. Для обеспечения однородности технологических процессов при изготовлении пластикатов и предотвращения интенсивной миграции пластификатора из оболочек в изоляцию (шланговые рецептуры 239 и288) пластиката марки О-40 изготовляют с применением фталатных пластификаторов. Наличие в рецептуре 239 диалкилфталата делает ПВХ- пластикат более тропикостойким, чем пластикат рецептуры 288. Как правило в шланговый пластикат кроме основного пластификатора добавляют 15-20% трикрезилфосфата, который повышает стойкость ПВХ к горению. Увеличение пластифицирующей группы до 50- 60% приводит к некоторому увеличению относительного удлинения при разрыве и снижению разрушающего напряжения при растяжении у всех шланговых пластикатов. Длительное воздействие температуры, солнечных лучей и различных сред приводит к необратимым изменениям свойств пластикатов. Такие изменения свойств, происходящие с течением времени, называют старением материала и оцениваются обычно величиной снижения механических свойств и температурой хрупкости после определенных сроков выдержки их при различных температурах. Различают тепловое, световое и другие виды старения. Если ПВХ- пластикат находится в бензине, воде, масле или другой среде, процесс его старения вызывается в основном вымыванием пластификатора и стабилизаторов. Тепловое старение ПВХ- пластиката происходит в основном за счет улетучивания пластификатора, в результате чего теряется эластичность пластиката и снижается его холодостойкость. Кроме того, под действием повышенной температуры происходит интенсивное окисление и деструкция смолы. Процессы старения в пластикате, как и во многих других материалах, значительно ускоряются при попадании на них солнечных лучей. Это объясняется тем, что под воздействием солнечных лучей и в основном ультрафиолетового спектра, процессы окисления и деструкции происходят быстрее, чем под воздействием одного тепла. Для придания шланговому ПВХ-пластиката большей светостойкости в рецептуру вводят красители, которые, поглощая лучистую солнечную энергию, не дают ей проникать в толщу материала и сохраняют свойства пластиката. Наиболее эффективным пигментом, резко повышающим светостойкость материала, является сажа, вводимая в рецептуру в количестве 1-3%. ПВХ-пластикаты черного цвета обладают большей стойкостью к светостарению, чем темно-синего, зеленого, красного и других светлых тонов. Так как для светостойкости важен цвет, дисперсность и равномерность распределения красителя в массе пластиката, шланговые ПВХ-пластикаты поступают на ООО ЭМ-кабель, как правило виде гранул черного и синего цветов. Чем равномерней распределение красителя, тем больше светостойкость материала. 1.2.4Стальная оцинкованная лента Для защиты кабелей от механических повреждений при отсутствии растягивающих усилий их бронируют стальными лентами представленные на рисунке 3 из низкоуглеродистых стали ГОСТ 3559-75. 3группы: - А-лента оцинкованная. - Б- лента без антикоррозионного покрытия. - В- лента битуминированная. Кабели проложенные в земле и воздухе бронируют стальными лентами толщиной 0,3 ,0,5 ,0,8 мм. Шириной 10-60 см два слоя с зазором 25-33% причем второй слой перекрывают первый слой ленты на 25% его ширины .Кабели работающие в условии гибкости и радиального давления при возможности механических повреждений бронируют оцинкованной стальной лентой толщиной 0,5 и шириной 10 мм. При наложении гибкой ленточной брони его предварительно профилируют. Сталь- (польское Stall, от нем.Stahl- деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом до 2% и другими элементами. Сталь – важнейший продукт черной металлургии, являющейся материальной основой практики всех отраслей промышленности. Масштабы производства стали в значительной степени характеризуют технико- экономический уровень развития государства.  Рисунок 3– Стальная оцинкованная лента К стали как важнейшему материалу современной техники предъявляется разнообразные требования , что обуславливает большое число марок стали , отличающихся по техническому составу, структуре, свойствами основной компонент стали железо. Свойственный железу не менять свое строение при нагреве м охлаждении присущи и для стали. Для чистого железа известны 2 кристаллические решетки: Кубическая, Объемно-центрированная(α- железо, при более высоких температурах,β- железо и кубическая и гранецентрированная γ-железо). Температуры перехода из одной модификации железа в другую (9100С-14000С) называется критическими точками. Углерод и другие примеси стали меняют положения критических точек на температурной шкале. Взаимодействие углерода с модификациями железа приводит к образованию твердых растворов. Растворимость углерода в α-железа весьма мала: этот раствор называется ферритом. В γ- железе существующим при высоких температурах, растворяются практически весь углерод, содержащий в стали (предел растворимости углерода в γ-железе 2,011% образующийся раствор называется - аустенитом). Содержание углерода в стали всегда превышает его растворимость в α-железе избыточный углерод образует с железом химическое соединение карбид железа.FeC3-или цементит, то есть при комнатной температуре структура стали состоит из частиц феррита и цементита, присутствующих либо в виде отдельных включений (структурно- свободного феррита и цементита), либо в виде тонкой механической смеси называемые перлитом. Общие сведения о температурных и концентрированных графиков существования фаз (феррита, цементита, перлита, ацетенита) даёт диаграммы состояния Fe-C. Для феррита характерны относительно низкие прочность и твердость, по высокой пластичности и ударная вязкость. Перлит обладает ценным сочетанием прочности, твердости, пластичности и вязкости. Соотношение между этими фазами в структуре определяется главным образом, содержанием в ней углерода, различая свойства этих фаз и обуславливает многообразие свойств стали. Так сталь с содержанием ≈0,1% С(в ее структуре преобладает феррит характеризуется, большой пластичностью) сталь этого типа используется для изготовления тонких листов из которых штампуют части автомобильных кузовов, стальные бронеленты многие других деталей сложной формы. Сталь в которой содержится ≈ 0,6% С имеет обычно перлитную структуру , обладая повышенной твердостью и прочностью, при достаточной пластичности и вязкости, такая сталь служит например материалом для железнодорожных рельс, колес, осей если сталь содержит около 1%, в её структуре наряду с перлитом присутствуют частицы. Частицы структурно- свободного цементита. Эта сталь в закаленном виде имеет высокую твердость и применяется для изготовления инструмента. Диапазон свойств стали расширяется с помощью легирования, а также термической обработке, химико- термической обработки метала. Так, при закалке стали образуется метастабильная фаза, мартенсит- пересыщенный твердый раствор углерода в α- железа, характеризующейся высокой твердостью, но и большей хрупкости сочетая закалку с отпуском, можно придать стали требуемое сочетание твердости и пластичности. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
