Inzinerines Medziagos Ir Ju Gamyba Bei Apdorojimo Technologijos Mokomoji Knyga

Vilniaus Gedimino technikos universitetas 1. Scemeliovas INZINERINS MEDZIAGOS IR 1Ï GAMYBOS BEI APDORO1IMO TECHNOLOGIJOS Mokomoji knyga Vilnius 2005 2 UDK 620.1(075.8) Sc-13 1. Scemeliovas. INZINERINS MEDZIAGOS IR 1Ï GAMYBOS BEI APDOROJIMO TECHNOLOGIJOS. Mokomoji knyga. Vilnius: Technika, 2005. 120 p. Pateikta istorin¡ konstrukciniÐ medziagÐ raidos apzvalga. Aprasomos klasikin¡s, polimerin¡s, dangÐ medziagos ir kompozitai, iÐ panaudoiimo sritys bei apdirbimo technologiios. Rašoma apie statyboie ir masinÐ gamyboie naudoiamas inzinerines medziagas ir taikomas technologijas. Leidinys skirtas VGTU mechanikos ir pramon¡s inzineriios studiiÐ krypciÐ studentams (moduliai .MedziagÐ mokslas', .MedziagÐ ir technologiiÐ raida'). Leidin³ rekomendavo VGTU Mechanikos Iakulteto StudiiÐ komitetas Recenzavo prof. dr. V. Vekteris ir doc. dr. V. Turla VGTU leidyklos .Technika' 770 mokomosios metodin¡s literatÌros knyga ISBN 9986-05-863-5 © J. Scemeliovas, 2005 © VGTU leidykla „Technika“, 2005 3 TURINYS ²VADAS ......................................................................................... 6 1. NUO SENIAUSIÏ LAIKÏ NAUDOJAMOS MEDZIAGOS.... 7 1.1. Akmuo ................................................................................ 7 1.2. Molis ................................................................................... 9 1.2.1. Molio naudojimas statyboje ..................................... 10 1.2.2. Fajansas .................................................................... 11 1.2.3. Porcelianas ................................................................ 12 1.3. Kaulas ............................................................................... 13 1.4. Mediena ............................................................................ 14 2. KLASIKINS IR NAUJOS MEDZIAGOS, JÏ GAMYBA BEI NAUDOJIMAS ............................................. 17 2.1. MedziagÐ savyb¡s ............................................................ 17 2.1.1. Pagrindin¡s mechanin¡s savyb¡s .............................. 18 2.2. Metalai ir iÐ lydiniai ......................................................... 19 2.2.1. Plienas ...................................................................... 22 2.2.2. Plieno rÌsys .............................................................. 23 2.2.3. Plieno suvirinamumas .............................................. 25 2.2.4. UnikalÌs plienai ........................................................ 26 2.2.4.1. Damasko plienas – bulatas ............................... 26 2.2.4.2. Stenfordo universiteto plienas........................... 28 2.3. Ketus ................................................................................. 29 2.4. Spalvotieii metalai ir iÐ lydiniai ....................................... 34 2.4.1. Aliuminis ir jo lydiniai ............................................. 36 2.4.1.1. Deformuojamieji aliuminio lydiniai ................. 38 2.4.1.2. Liejamieji aliuminio lydiniai ............................ 39 2.4.1.3. Sukepintieji milteliniai aliuminio lydiniai ....... 40 2.4.2. Varis ir jo lydiniai ..................................................... 41 2.4.2.1. Zalvaris ............................................................. 42 2.4.2.2. Bronza .............................................................. 43 4 2.4.3. Magnis ir jo lydiniai ................................................. 47 2.4.4. Titanas ir jo lydiniai ................................................. 48 2.4.5. Lydmetaliai ............................................................... 49 2.4.5.1. ZematemperatÌriai lydmetaliai ........................ 50 2.4.5.2. AukstatemperatÌriai lydmetaliai ...................... 52 2.5. Salciui atsparÌs lydiniai .................................................... 54 2.6. Kaitrai atsparÌs ir kaitroie patvarÌs lydiniai .................... 56 2.7. Dilimui atsparios medziagos ............................................ 58 2.7.1. AntiIrikcin¡s medziagos ........................................... 59 2.7.2. Kontaktiniam d¡v¡iimuisi atsparios medziagos ....... 63 2.7.3. Dilimui atsparios medziagos, veikiamos dinaminiÐ apkrovÐ .............................................................. 65 2.7.4. Abrazyviniam dilimui atsparios medziagos ............. 65 2.7.5. Kietlydiniai ............................................................... 66 2.7.6. Nemetalin¡s piovimo ³rankiÐ medziagos ................. 67 2.8. SpeciIiniÐ IizikiniÐ savybiÐ lydiniai ................................ 68 2.8.1. Magnetiniai lydiniai ................................................. 68 2.8.2. Elektrovarziniai lydiniai ........................................... 69 2.8.3. Tamprieii ir specialiÐiÐ siluminiÐ savybiÐ lydiniai .. 70 2.9. Kompozicin¡s medziagos ................................................. 72 2.10. Polimerin¡s medziagos – plastikai .................................. 73 2.11. Superlaidininkai .............................................................. 75 3. TERMINIO APDOROJIMO IR DANGÏ TECHNOLOGIJOS ...................................................................... 76 3.1. Plieno atkaitinimas ir normalizavimas ............................. 76 3.2. Plieno grÌdinimas ir atleidimas ........................................ 77 3.3. MedziagÐ termomechaninis apdoroiimas ......................... 79 3.4. MedziagÐ termocheminis apdoroiimas ............................. 80 3.5. Terminio purkštimo technologija ..................................... 81 4. SUVIRINIMO RAIDA ............................................................. 82 4.1. Kalvyst¡ ............................................................................ 83 4.1.1. Kalvyst¡s raida ......................................................... 83 5 4.1.2. Kalimo ³ranga ir technologiia ................................... 85 4.1.3. Kalviškasis suvirinimas ............................................ 87 4.1.4. KalviÐ gaminiai ........................................................ 88 4.2. Elektrolankinis suvirinimas .............................................. 92 4.2.1. Pirmoio elektros energiios saltinio sukÌrimas .......... 92 4.2.2. Elektros lanko atradimas ir pritaikymas ................... 94 4.2.3. Pirmasis litavimo gamybinis pritaikymas ................ 96 4.2.4. Elektros srov¡s pritaikymas suvirinimui .................. 97 4.2.5. Elektros lanko naudojimas suvirinimui .................... 98 4.2.6. Elektrolankinio suvirinimo raida ............................ 104 4.3. Dujinis suvirinimas ......................................................... 109 4.4. Dujinis pjovimas ............................................................. 111 4.5. SpecialÌs suvirinimo ir piovimo bÌdai ........................... 113 4.6. Pjovimas vandens srove ................................................. 116 LiteratÌra ..................................................................................... 119 6 ²VADAS Mokslas apie inzinerines medziagas, iÐ apdirbimo technologijas ir naudojimo sritis turi ³takos technikos ir statybos pazangai, o tai lemia visos pasaulin¡s ekonomikos raid. MasinÐ ir prietaisÐ detal¡s, ³rankiai, technologin¡ ³ranga, statybin¡s konstrukciios, inzineriniai ir elektrotechnikos ³renginiai bÌna labai ³vairÌs. JÐ detal¡s, mazgai, agregatai, konstrukcijos, eksploatuoiami ³vairiomis darbo slygomis, yra skirtingÐ IormÐ ir matmenÐ, priklausanciÐ nuo apkrovÐ dydziÐ bei pobÌdzio, aplinkos temperatÌros ir ios agresyvumo, apdirbimo bei surinkimo technologiiÐ. Tokius skirtingus reikalavimus gali atitikti tik tinkamai parinktos inzinerin¡s medziagos ir optimalios iÐ gamvbos. apdirbimo ir naudojimo technologijos. Fizikin¡s, mechanin¡s, chemin¡s, technologin¡s medziagÐ savyb¡s lemia pagrindinius inzinerin¡s ³rangos ar statybin¡s konstrukcijos kokyb¡s rodiklius: tinkamum darbui. patikimum. ilgaamziskum. t. y. uztikrina masinos ar konstrukciios gal¡iim kokybiskai atlikti numatytas Iunkciias per vis eksploataciios laik. Fizin¡s, mechanin¡s, chemin¡s savyb¡s lemia medziagÐ tinkamum atlikti bÌtinas Iunkciias, o nuo technologiniÐ savybiÐ priklauso iÐ apdirbimo slygos. Galimyb¡ keisti medziagÐ savybes, nekeiciant iÐ chemin¡s sud¡ties (pavyzdziui, termiskai apdoroius ar temperatÌroms esant arti absoliucioio nulio), padidina medziagÐ pritaikymo galimybes, labai palengvina iÐ apdirbim. MedziagÐ savyb¡s ir nusid¡v¡iimas kinta nuo ³vairiÐ technologiniÐ veiksniÐ: aukstÐiÐ temperatÌrÐ, dideliÐ sl¡giÐ, klimato slygÐ, d¡l ³vairiÐ mechaniniÐ apkrovÐ ias eksploatuoiant. Tod¡l labai svarbu parinkti reikiamas medziagas ir taikyti optimalias iÐ apdirbimo technologiias. Autorius yra d¡kingas I. Gedzeviciui uz suteikt medziag apie purškimo technologijos ypatumus. 7 1. NUO SENIAUSIÏ LAIKÏ NAUDO1AMOS MEDZIAGOS Akmens amziuie (800 000–2000 metÐ pr. Kr.) zmon¡s darbo ³rankius ir ginklus gamindavosi is akmens, medzio, kaulo. V¡liau, zalvario (bronzos) amziuie (XVI a.–VI a. pr. Kr.), prad¡ti gaminti ³vairÌs dirbiniai is zalvario. Lietuvoje XIII–XII a. pr. Kr. is ³vezamos zalvario zaliavos buvo gaminami baltiškieii ³tveriamieii atkrastiniai ir kovos kirviai, smeigtukai, apyrank¡s. Kadangi zalvaris buvo brangus, gaminiams sulÌzus ar sudilus, is iÐ bÌdavo gaminami nauii dirbiniai. Apie V a. pr. Kr. Lietuvoie prad¡ta naudoti gelezis, kurios dalis bÌdavo ³vezama, o kita dalis bÌdavo gaunama atviruose lauzuose, duob¡se (nepuciant oro) is vietin¡s balÐ rÌdos (II a. pr. Kr.). V¡liau oro trauka buvo sudaroma v¡io srautu, dar v¡liau – puciant or dumpl¡mis. Taip gauta gelezis – metalo luitas, nuvalius pelenus, bÌdavo ³kaitinamas ir kalamas. 1.1. Akmuo Tai kieta uoliena arba ios luitas. Gamtoie, be masyviÐ uolienÐ, randama nugludintÐ akmens gabalÐ: ~15 cm skersmens (rieduliÐ) ir mazesniÐ (biriosiose uolienose). Akmuo kaip statybin¡ medziaga ir darbo priemon¡ buvo naudoiamas nuo neatmenamÐ laikÐ: pirmyksciai zmon¡s is akmens dar¡si ³rankius iau pries miliion metÐ. 1998 m. prie Japoniios krantÐ po vandeniu buvo aptikta 27 m aukscio piramid¡ is akmens blokÐ (krastin¡s ilgis – 187 m), kurios amzius – apie 10 tÌkst. metÐ. Is akmens luitÐ pastatytos senov¡s Egipto IaraonÐ piramid¡s (3–2 tÌkst. pr. Kr.). Didziausia is iÐ – vienas is septyniÐ pasaulio stebuklÐ – Cheopso piramid¡, kurios aukstis 139 m (buvo 147 m), o krastin¡ – apie 230 m. J stat¡ 20 metÐ 100 tÌkst. zmoniÐ. Tam prireik¡ 2,5 mln. akmens blokÐ, kuriÐ kiekvienas sveria iki 15 t. Kaip tokio dydzio akmens luitai buvo apdirbti, kaip iie buvo atgabenti ³ viet ir sukrauti, neaisku iki siol. Remiantis realiausia hipoteze, piramid¡s statyba vyko taip: aplink 8 pagrind pildavo sm¡l³, kad bÌtÐ galima sud¡ti kit luitÐ eil, tuomet v¡l aplinkui pildavo sm¡l³ ir taip – iki pat virsÌn¡s. Uzbaigus darb sm¡lis bÌdavo nukasamas ar, laikui b¡gant, i³ v¡ias tiesiog nupÌsdavo (sm¡lio migraciia dykumoie – ³prastas dalykas). Stebina Egipto piramidziÐ matmenÐ tikslumas. Pavyzdziui, Cheopso piramid¡s krastin¡ yra 108· 1,08 10 m, Chefreno – 108· 1,08 9 m, Mikerino – 108 m. ²domu tai, kad sie skaiciai atitinka mÌsÐ Visatos sukÌrimo principus. T rodo kad ir sie duomenys: 1) Zem¡s tÌris – 108· 10 10 km 3 ; 2) Saul¡s mas¡ – 108· 10 9 t; 3) Zem¡s sukimosi aplink Saul greitis – 108· 10 3 km/h; 4) Zem¡s dinamin¡s Iormos koeIicientas – 108· 10 -5 ; StabiliÐ cheminiÐ elementÐ skaicius Visatoie – 108. Pasteb¡ta, kad piramid¡se keiciasi medziagÐ Iizikin¡s ir chemin¡s savyb¡s. Pavyzdziui, ³vyksta akumuliatoriÐ ir kondensatoriÐ savaiminis ³krovimas, aukstesn¡se temperatÌrose atsiranda superlaidumas. Vanduo svar¡ia, iis negenda, tampa sterilus ir neuzsla net minus 10–20 ° C temperatÌroie. Taciau, sutrenkus ind, iame esantis vanduo staiga kristalizuoiasi ³ led. Matyt, tai paaiskinama piramid¡s energetikos ³taka vandens gardel¡ms – trÌksta kristalizaciios centrÐ. ²domus ir teigiamas piramidziÐ poveikis zmogui: padid¡ia vartoiamÐ vaistÐ eIektyvumas, sumaz¡ia bakteriiÐ bei virusÐ ³taka organizmui. Kaip teigia Kanados mokslininkai, šie mistiški statiniai neblogai gydo piautines zaizdas, nudegimus, malsina skausmus. Kirliano aparatu padaryta fotografija patvirtina, kad jau po penkiolikos piramid¡ie praleistÐ minuciÐ zmogaus biolaukas tampa geresnis. Tai aiskinama alIa ir teta bangÐ smegenyse suaktyv¡iimo Ienomenu, kuris ³manomas piramid¡s viduie. Nustatyta, kad kuo aukstesn¡ piramid¡, tuo didesnis ios poveikis. Akmenin¡ konstrukciia – viena is seniausiÐ konstrukciiÐ rÌsiÐ. I m. e. tÌkst. dabartin¡s Estiios ir siaur¡s Latviios teritoriioie buvo statomi seimyniniai kapai is staciakampiÐ akmens luitÐ ir kloiami aptvarai is dideliÐ akmenÐ. Akmuo naudotas pamatÐ, gynybiniÐ 9 ³renginiÐ statyboie, kadangi iis turi du didziulius privalumus: ilgaamziskum ir atsparum ugniai. V¡liau akmuo kartu su risamia medziaga – moliu prad¡tas naudoti pamatams, sienoms mÌryti. AkmenÐ mÌrinio stipris didesnis nei plytÐ ar betono mÌrinio – priklausomai nuo skiedinio kokyb¡s iis lygus 3–4,5 MPa (30– 45 kg/cm 2 ). Seniausi iš lauko akmens sumÌryti pastatai Lietuvoie siekia XIII a. Pakruojo, Joniškio r. buvo naudojamas dolomitas: iš jo buvo degamos dolomitin¡s kalk¡s, daromos tvoros. XVI–XIX a. iš dolomito buvo mÌriiamos baznycios, malÌnÐ, dvarÐ, ÌkiniÐ pastatÐ sienos, kolonos. Akmens silumin¡ talpa Q÷0,84 kJ/(kg· K) gana didel¡ (bet penkis kartus mazesn¡ negu vandens). Tod¡l akmuo yra gera medziaga silumai akumuliuoti (kaupti), iis nuo seno naudoiamas pirtyse (silumai islaikyti) ir bÌstui sildyti saul¡s energiia: dien akmenis ³kaitina saul¡s spinduliai, o nakt³ (kai salta) iie atiduoda silum, sildydami or ar vanden³. 1.2. Molis Molis – tai nuos¡din¡ uoliena. sudaryta daugiausia iš molio mineralÐ: kaolinito, hidroz¡rucio, kitÐ aliumosilikatÐ, kvarco, karbonatÐ ir kt. Kaolinitas – tai aliumosilikatÐ grup¡s mineralas Al(Si 4 O 10 )· (OH) 8 , kurio yra nuos¡din¡ie uolienoie kaoline. Jis pasizymi labai auksta lydymosi temperatÌra (~2 050 °C). Dauguma aliumosilikatÐ, tokiÐ kaip lauko spatas (Ieldspatai), z¡rutis, vykstant zem¡s dÌl¡iimui, tampa moliu. D¡l molekuliÐ sveikos ir daleliÐ sukibimo molis yra gabalin¡s struktÌros: apie 30 ° io daleliÐ skersmuo mazesnis nei 0,005 mm, likusiÐ – tarp 0,005 ir 0,01 mm. Pagal chemin sud¡t³ iame daugiausia yra: silicio dioksido – SiO 2 (30–70 %), aliuminio oksido – Al 2 O 3 (10–40 %), vandens – H 2 O (5– 10 °). Sudr¡kintas molis sudaro plastin teslos pavidalo medziag – minkl, is kurios galima Iormuoti norimus gaminius. IsdziÌvs 10 islaiko iam suteikt Iorm, o isdegintas sukiet¡ia, sutvirt¡ia ir gali ³gyti akmens stiprumo. Pagal atsparum kaitrai molis skirstomas ³ ugniai atsparÐ (nelydÐi³) ~1580 ºC, sunkialvd³ 1 350–1 580 ºC ir lengvalvd³ (lydÐi³) ). Invarai, legiruoti Cr (~9 °), W (~3 °), Mo (~2 %) ir C (~1 %), vadinami elinvarais (H35XMB). Jie naudojami chronometrÐ, laikrodziÐ, kamertonÐ tampriÐiÐ elementÐ gamybai. Gelezies lydinys kovaras (~28 ° Ni, ~18 ° Co) turi tok³ pat silumin³ pl¡timosi koeIicient, kaip ir kaitrai atsparus stiklas, W, Mo. Jis naudoiamas elektros laidininkams ³lituoti ³ stiklinius vakuuminius korpusus (pvz., varikapai) bei elektroniniÐ elementÐ kontaktams lituoti su keramika. Elektros laidininkams lituoti su kaitrai neatspariu stiklu naudojamas lydinys platinitas (~47 ° Ni, ~5 ° Co), kuris turi tok³ pat siluminio pl¡timosi koeIicient, kaip ir stiklas bei platina. Tod¡l platinitas gali pakeisti brangi platin. 2.9. Kompozicin¡s medziagos Tai dvieiÐ ar daugiau chemiskai skirtingÐ medziagÐ (su skirtingais paviršiais) derinys. Sioms medziagoms – kompozitams bÌdingos unikalios savvb¡s, kurios kiekybiškai ir kokybiškai skiriasi nuo kiekvieno is ias sudaranciÐ komponentÐ savybiÐ. Kompozicin medziag sudaro: 1. Pagrindas (risamoii medziaga), kuris lemia gaminio vienalytiskum, Iorm ir armuoianciÐ elementÐ tarpusavio issid¡stym bei apkrovÐ tolygÐ pasiskirstym visame kompozite. Pagrindas gali bÌti anglies, keraminis, metaliskasis, polimerinis, stiklo. 2. Armuoiantvs komponentai (uzpildai), kurie paprastai yra 2–3 kartus stipresni uz risami medziag ir turi didesn lvdvmosi temperatÌr. Pagal armuoianciÐ komponentÐ Iorm ir iÐ pasiskirstym risamoioie medziagoie kompozitai skirstomi ³ tris grupes: 1. Dispersin¡s medziagos, susidedancios is vieno ar keliÐ labai smulkiÐ komponentÐ. Tai metalokeramikos kompoziciios (kermetai), 73 kuriems bÌdingas didelis mechaninis stiprumas plastiskumas, atsparumas smÌgiams, siluminis atsparumas. Pvz., keraminiÐ kermetÐ komponentai yra ugniai atsparÌs oksidai: MgO, Al 2 O 3, NiO, TiO 2 ir kiti, taip pat karbidai, boridai, nitridai su metališkaisiais risikliais: Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, Nb bei iÐ lydiniais. 2. Medziagos su pluostiniu uzpildu (armuotos). Tai didelio stiprumo stiklo, anglies, boro pluostai, karbidÐ, oksidÐ, nitridÐ ir kitÐ iunginiÐ siÌliniai kristalai. Kompozito su metaliskuoiu pagrindu armuoianciais elementais gali bÌti plonos vielos is grÌdintoio plieno, W, Ti, Be ir kt. Armavimas pluostais ypac padidina kompoziciniÐ medziagÐ termin³ atsparum (~ 1 000 ºC temperatÌrose). 3. Sluoksniuotosios medziagos susideda is dvieiÐ ar daugiau ³vairiÐ komponentÐ sluoksniÐ (asbesto, medviln¡s, anglies pluosto audinio ir kt.). Pavyzdziui, tai yra bimetalai: plieno-Al ar Ti-Mo kompozitai. JÐ sluoksniai turi nevienod silumos pl¡timosi koeIicient, tod¡l bimetalin¡s plokstel¡s veikiant silumai issilenkia ir atiungia elektrinius kontaktus. Pramon¡ie bimetalai naudoiami nuo XIX a. pabaigos (pvz., elektrotechnikoje – automatiniuose saugikliuose, lygintuvuose, vandens kaitintuvuose). Armuotos ir sluoksniuotosios kompozicin¡s keramin¡s medziagos naudoiamos l¡ktuvÐ ir kosminiÐ laivÐ statyboie, branduolin¡ie pramon¡ie ir kitose svarbiose technikos srityse. Atskira technin¡s keramikos medziagÐ grup¡ – ugniai atsparios medziagos, kurios sudarytos daugiausia is ugniai atspariÐ mineralÐ: Al 2 O 3 , SiO 2 ir MgO. 2.10. Polimerin¡s medziagos – plastikai Polimerai – tai stambiamolekuliai anglies junginiai su vandeniliu, deguonimi, azotu, siliciu ir kt. elementais, kurie sudaro plastikÐ pagrind. Polimerai gali bÌti kristaliniai (iÐ molekuliÐ atomai issid¡st tam tikra tvarka), bet dazniausiai iie bÌna amorIiniai (atomai erdv¡ie yra issid¡st chaotiskai). 74 PlastikÐ pagrindin¡ sudedamoii dalis yra sintetin¡ derva, gaunama kaip nesud¡tingÐ cheminiÐ iunginiÐ – monomerÐ sintez¡s produktas. PlastikÐ savyb¡s labai skiriasi, kadangi iie gaunami ³vairiais sintez¡s bÌdais: polimerizaciios bÌdu; vykstant polikondensaciios reakcijai; chemiškai modifikuojant monomerus. Pagal komponentÐ skaiciÐ visi plastikai skirstomi ³ paprastuosius (polietilenas, kapronas, polistirenas), kurie sudaryti iš vieno komponento – sintetin¡s dervos, ir kompozicinius (fenoplastai, gauti iš fenolio aldehido dervÐ, aminoplasai, tekstolitai ir kt.), kurie susideda is keliÐ komponentÐ: dervos ir uzpildÐ (milteliÐ, pluosto, audinio, popieriaus), plastiIikatoriÐ, dazÐ. Derva yra kitÐ komponentÐ risiklis, nuo kurio priklauso Iizikin¡s, mechanin¡s ir technologin¡s plastikÐ savyb¡s. Plastikai pagal juose aukstoie temperatÌroie vykstancius procesus skirstomi ³ termoplastikus (polietilenas, polistirenas, organinis stiklas, poliuretanas polipropilenas, fluoro plastikai, polivinilo chloridas), kurie suminkst¡ia aukstesn¡ie temperatÌroie ir sukiet¡ia ataus, ir ³ reaktoplastikus (stiklo pluoštinys, tekstolitas, getinaksas, aminoplastas ir kt.), kurie kaitinami suminkst¡ia, pasidaro klampiai takÌs, taciau po kurio laiko aukstesn¡ie temperatÌroie iuose ³vyksta chemin¡s (polimerizaciios) reakciios ir iie negr³ztamai sukiet¡ia, tampa stiprÌs ir netirpÌs (pakartotinai ³kaitinti nesuminkst¡ia ir islaiko gersias savo savybes). Plastikai yra lengvi, mechaniskai stiprÌs ir netrapÌs (ypac siuolaikiniai), atsparÌs koroziiai, pasizymi geromis dialektrin¡mis savyb¡mis, mazu siluminiu laidumu, adheziia (zr. 2.7.1) ir virpesiÐ slopinimu. Plastikai pakeicia retus ir brangius spalvotuosius metalus ir iÐ lydinius, kai reikia sumazinti gaminiÐ mas (pavyzdziui, siuolaikiniÐ kalnÐ slidziÐ apkaustai yra plastikiniai). Fluoroplastiko- -4 darbiniÐ temperatÌrÐ diapazonas yra nuo –269 iki +260 ºC (GOST 10007-80), polistireno stipris 140–150 MPa ir jis yra septynis kartus lengvesnis uz plien. Plastikai pasizymi geromis technolgin¡mis 75 savyb¡mis: detal¡s is iÐ lengvai lieiamos, presuoiamos, suvirinamos, klijuojamos. PolimeriniÐ medziagÐ trÌkumai: polinkis sen¡ti, nedidelis atsparumas silumai, greitesnis susid¡v¡iimas. 2.11. Superlaidininkai Superlaidininkai yra kietosios medziagos, kuriÐ elektrin¡ varza, atsaldzius ias zemiau kritin¡s temperatÌros t kr (artimos absoliuciaiam nuliui t a = minus 273,15 ºC) sumaz¡ia tiek, kad ios ne³manoma ismatuoti iokiais siuolaikiniais prietaisais. 1908 m. olandÐ Iizikui Heikei Kamerlingui Onui (H. Kamerling Onnes) pavyko pasiekti nepaprastai zem, 4,2 K temperatÌr ir suskystinti hel³ – duias, turincias maziausi skyst¡iimo temperatÌr (He t lyd = –268,9 ºC). H. Kamerlingas Onas, Leideno universiteto proIesorius, sukÌr¡ gamyklos dydzio laboratorii su pacia nauiausia ³ranga, kurioie dirbo mokslui atsidav specialistai. ²renginyie buvo realizuotos sesios pakopos ³renginiÐ su skirtingomis darbin¡mis medziagomis ir maz¡ianciomis lydimosi temperatÌromis: 1 – metilo chlorido (–98 ºC); 2 – etileno (–169 ºC); 3 – deguonies (–183 ºC); 4 – azoto (–210 ºC); 5 – vandenilio (–259 ºC) ir pagaliau 6 – helio (–269 ºC). Atšaldytos skystuoju vandeniliu (–259 ºC) ir droseliuoiamos helio duios suskyst¡davo. Jos bÌdavo surenkamos Diuaro inde (specialus termosas). Taip buvo gauta rekordin¡ 1 K temperatÌra, kurioie vyksta nepaaiskinami reiskiniai: helis nepereina ³ kieti bÌsen sumazinus temperatÌr beveik iki absoliucioio nulio, bet iis staiga netenka klampumo ir tampa supertakus: isteka is indo, kurio sienel¡s aukstesn¡s uz io lyg³. 1911 m., tyrin¡damas skystaiame He metališkojo gyvsidabrio elektrines savybes, K. Onas pasteb¡io visisk Hg varzos isnykim. Sis reiskinys buvo pavadintas superlaidumu, o medziagos, sugebancios visiskai netekti varzos (tokiose zemose temperatÌrose) – 76 superlaidininkais. K. Onas uz s³ atradim gavo Nobelio premii (1913 m.). Esant superlaidumui (varza lygi nuliui) n¡ra iokiÐ elektros energiios nuostoliÐ ir tai neabeiotinai perspektyvu. Siuo metu zinoma daugyb¡ ³vairiÐ superlaidininkÐ – metalÐ, cheminiÐ iunginiÐ, taciau daugelio iÐ per¡iimo ³ superlaidzi temperatÌr (t kr ) dydziai labai mazi – nevirsiia 10 K. Is metaliskÐiÐ superlaidininkÐ didziausi t kr turi germanitas (Nb 3 Ge), kurio t kr = 23,2 K. Jis naudoiamas radioelektronikoie gaminant superlaidzius solenoidus. Tarp sud¡tingÐ cheminiÐ iunginiÐ auksciausi superlaidziosios bÌsenos temperatÌr turi daugiakomponentis HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 3 junginys, kurio t kr = 164 K = –109 ºC. 3. TERMINIO APDORO1IMO IR DANGÏ TECHNOLOGI1OS 3.1. Plieno atkaitinimas ir normalizavimas Atkaitinimo esm sudaro plieno ³kaitinimas virs kritiniÐ temperatÌrÐ A C3 arba A C1 (pagal Fe-Fe 3 C diagram), izoterminis išlaikymas siose temperatÌrose ir l¡tas atausinimas. ²kaitinimo temperatÌros kiekvienam plienui skirtingos, nes priklauso nuo io chemin¡s sud¡ties. Atkaitintas plienas yra minkštas, nestiprus ir gana plastiškas. D¡l persikristalizavimo (rekristalizaciios) susmulk¡ia ir susivieno- dina plieno struktÌra, dingsta ios deIektai (ieigu susidar¡ ankstesnio plieno technologinio apdorojimo metu), panaikinami vidiniai ³tempiai. Atkaitinami daugelis valcuotÐiÐ, kaltiniÐ, stampuotÐ, lieiamoio plieno gaminiÐ. Daugumai dideliÐ lieiiniÐ atkaitinimas yra paskutin¡ terminio apdoroiimo operaciia. Tok³ plien lengviau apdoroti pjovimu bei spaudimu (nes jis plastiškesnis). Atkaitinimu plienas ruošiamas tolesniam grÌdinimui. Plieno normalizavimas – tai praktiškai visiškas atkaitinimas. Normalizavimui plienas ³kaitinamas ~50 ºC virs kritin¡s tempera- 77 tÌros A C3 (virš linijos GSE Fe-Fe 3 C diagramoje), išlaikomas ir aušinamas ore (be v¡io ir skersv¡io). Aušinimo greitis, palyginti su atkaitinimu, paprastai didesnis. Normalizuojant vyksta visiškas Iazinis plienÐ struktÌros persikristalizavimas (rekristalizaciia), tod¡l, kaip ir atkaitinant, susmulk¡ia ir suvienod¡ia plieno struktÌra, dingsta daugelis struktÌros deIektÐ. Palyginti su atkaitintu plienu, normalizuoto anglinio plieno kietumas ir stiprumas padid¡ia ~10–15 °. Siek tiek padid¡ia ir smÌginis tsumas, nezymiai maz¡iant santykiniam ist³simui. Atkaitinant mazai anglingus plienus (C ·0,3 °) iÐ kietumas ir stiprumas padid¡ia nezymiai. Tod¡l atkaitinimas daznai pakeiciamas normalizavimu, nes jis yra paprastesnis ir pigesnis. Normalizuotas mazaanglis plienas piovimu geriau apdirbamas negu atkaitintas, nes io drozl¡s yra trapesn¡s, piovimo pavirsius – švaresnis, o ³rankiai l¡ciau dyla. Normalizavimu ir aukstuoiu atleidimu (zr. 3.2) daznai susmulkinama ir istaisoma legiruotoio plieno struktÌra. Palyginti su visiskuoiu atkaitinimu, tokia technologiia nasesn¡. 3.2. Plieno grÌdinimas ir atleidimas GrÌdinimas – tai plieno ³kaitinimas virš jo rekristalizacijos temperatÌros ir staigus aušinimas vandenyje (vandeniniuose ~ 10 % NaCl, NaOH tirpaluose) arba alyvoje. GrÌdinant plien, dazniausiai siekiama gauti paci kieciausi. t. v. martensitin struktÌr. Atleidziant uzgrÌdint plien, sumazi- namas jo kietumas ir padidinamas plastiškumas. GrÌdinamo plieno charakteristikos yra uzgrÌdinamumas ir ³grÌdinamumas. UzgrÌdinamumu vadinama plieno savyb¡ ³gyti didesn³ kietum grÌdinimo metu. Si savyb¡ priklauso nuo anglies kiekio pliene: kuo iis didesnis, tuo kietesnis uzgrÌdintas plienas. UzgrÌdinto mazaanglio plieno (C · 0,3 °) kietumas padid¡ia nedaug, tod¡l mazaanglis plienas negrÌdinamas. 78 ²grÌdinamumas – tai plieno savyb¡ uzsigrÌdinti tam tikru gyliu, nes sunku ar ne³manoma pasiekti, kad grÌdinamos detal¡s serdis ir pavirsius austÐ vienodu greiciu. UzgrÌdinto sluoksnio gyliu slygiskai laikomas atstumas nuo gaminio pavirsiaus (martensitin¡s struktÌros) iki pusiau martensitin¡s struktÌros. GrÌdinant vandenvie bÌtina, kad skystis cirkuliuotÐ, arba pat³ gamin³ reikia intensyviai iudinti. Tai issklaido garus gaminio paviršiuje ir jis aušta tolygiau ir intensyviau. Šiuo metu naudojami specialÌs purkštuvai, purskiantys ant detal¡s pavirsiaus vandens ir oro misin³. Ausinimo greit³ galima reguliuoti keiciant vandens ir oro santyk³. Siuolaikinis pavirsinio grÌdinimo metodas yra grÌdinimas. ³kaitinant detal¡s pavirsiÐ aukstoio daznio elektros srov¡mis (ADS). Gaminys dedamas ³ induktoriÐ, kurio Iorma artima grÌdinamo paviršiaus formai. Aukstoio daznio elektros srov¡, tek¡dama induktoriaus vijomis (variniu vamzdeliu, aušinamu vandeniu), sukuria aplink detal galing kintami³ magnetin³ lauk. D¡l io plieno pavirsiuie indukuoiasi sÌkurin¡s srov¡s, kurios ³kaitina metalo pavirsiÐ. Atleidimas – tai baigiamoji terminio apdorojimo operacija – grÌdintoio plieno kaitinimas iki 100–650 ºC temperatÌros, laikymas (0,5–3 h) ioie ir atausinimas. GrÌdintasis plienas atleidziamas. norint sumazinti grÌdinimo ³tempius. plieno trapum ir padidinti io plastiskum bei smÌgin³ tsum. Atleidimo metu gaminiui suteikiamos reikiamos savvb¡s. Priklausomai nuo atleidimo temperatÌros (t. y. kokioie temperatÌroie ir kiek ilgai (1–6 h) plienas laikomas) skiriami trys atleidimo bÌdai: 1) zemasis (150–250 ºC), 2) vidutinis (350–480 ºC) ir 3) aukštasis (500–650 ºC). Zemoio atleidimo metu sumaz¡ia plieno vidiniai (grÌdinimo) ³tempiai, trapumas, o io kietumas ir atsparumas dilimui beveik nesumaz¡ia. Taip daznai atleidziami grÌdinti piovimo ir stakliÐ ³rankiai, rutuliniai guoliai, kalibrai, cementuoti ir cianuoti, uzgrÌdinti ADS gaminiai. 79 Vidutinis atleidimas padidina plieno tamprum. atsparum nuovargiui, siek tiek sumazindamas io kietum ir stiprum. Paprastai taip atleidziamos spyruokl¡s, ling¡s. Aukštasis atleidimas visiskai panaikina grÌdinimo ³tempius, padarydamas plien stiprÐ. plastisk. tsÐ, siek tiek sumazindamas io kietum (~25–35 HRC). Toks atleidimas dazniausiai taikomas vidutinio anglingumo (0,3–0,5 ° C) plieno detal¡ms, kurias veikia kintamoii bei smÌgin¡ apkrova. Islaikoma paprastai ilgiau negu atkaitinant arba grÌdinant. Dauguma plienÐ po atleidimo aušinami ore, reciau vandenyie ar alyvoje. 3.3. MedziagÐ termomechaninis apdorojimas MedziagÐ termomechaninis apdorojimas jungia du technologinius procesus, kuriems vykstant padid¡ia metalo stiprumas. Tai plastinis deformavimas ir martensitinis grÌdinimas. Atlikus plieno deIormavim iis nedelsiant grÌdinamas ir atleidziamas 100–250 ºC temperatÌroie. Termomechaniskai apdorotas plienas pasizymi geresn¡mis mechanin¡mis savyb¡mis: yra 10–20 % stipresnis ir 1,5–2 kartus plastiškesnis. Geriausiai plienas sustiprinamas esant saltai plastinei deIormaciiai, taciau tokiam deIormavimui reikia galingos ir brangios ³rangos, kadangi deIormavimo trukm¡ yra ribota. Tod¡l toks deformavimas taikomas nestoriems, paprastos formos gaminiams (lakštams, juostoms, ploniems strypams ir kt.). TokiÐ termochemiskai apdorotÐ detaliÐ mechanin¡s savyb¡s ypac geros. SpalvotÐiÐ metalÐ termomechaninis apdoroiimas – tai triiÐ technologiniÐ procesÐ iunginys: fiksuoiamasis grÌdinimas. plastinis deformavimas ir sendinimas. Metalas deformuojamas po Iiksuoiamoio grÌdinimo, kol iis yra plastiskiausias. Tuomet deformavimu sukietintas metalas sendinamas. Šiuo atveju jo stiprumo ir kietumo padid¡iim lemia du kietum didinantys veiksniai: deformacinis sukietinimas ir dispersinis kiet¡iimas. 80 Termomechaniškai apdorojami deformuojamieji aliuminio lydiniai. Tokia technologija taikoma magnio lydiniams sustiprinti. Plastinio deIormavimo technologiia daznai taikoma termiškai apdorojant berilines bronzas. DeIormaciniu bÌdu sukietintos berilin¡s bronzos greiciau sen¡ia ir labiausiai stipr¡ia. Pavyzdziui, po ³prastinio grÌdinimo ir sendinimo berilin¡s bronzos stipris R m = 1 250 MPa, o santykinis ist³simas A ~3 %, o po termomechaninio apdorojimo R m = 1 400 MPa, o A = 2 %. 3.4. MedziagÐ termocheminis apdorojimas Termocheminiu apdoroiimu vadinamas ³kaitinto metalo pavirsiniÐ sluoksniÐ diIuzinis ³sotinimas ³vairiais cheminiais elementais. Pavyzdziui, plieniniÐ detaliÐ pavirsinis sluoksnis ³sotinamas C, N, Al, Cr, Si, B ir kt. Pagrindinis termocheminio apdoroiimo tikslas yra pakeisti metalo pavirsiniÐ sluoksniÐ chemin sud¡t³, struktÌr ir savybes, kad padid¡tÐ detaliÐ pavirsiaus kietumas, patvarumas, pasipriešinimas dilimui, atsparumas korozijai ir kt. Labiausiai paplit termocheminio apdoroiimo bÌdai yra cementavimas (³anglinimas), azotinimas (³sotinimas azotu), cianavimas ir nitrocementavimas (kartu ³sotinant C ir N). Plieno cementavimas – tai plieno detaliÐ paviršinio sluoksnio diIuzinis ³sotinimas anglimi. Cementavimas atliekomas, kai bÌtina padidinti detal¡s pavirsiaus kietum, atsparum dilimui, o gaminio serdis lieka minksta ir tsi. Cementuotos detal¡s yra patvaresn¡s ir atsparesn¡s kontaktiniam d¡v¡iimuisi. PlienÐ azotinimas – tai detaliÐ pavirsiniÐ sluoksniÐ diIuzinis ³sotinimas azotu. Azotinimas padidina detaliÐ pavirsiaus kietum, pasipriesinim dilimui, patvarum, atsparum koroziiai ore ir vandenyie. Azotintasis sluoksnis paprastai kietesnis uz cementuoti³ ir islaiko kietum aukstose temperatÌrose (iki 500 ºC). Tai leidzia sustiprinti ir tokias detales, kurios naudoiamos aukstesn¡ie temperatÌroie, pvz., cilindrÐ gilzes, turbinÐ velenus ir kt. Azotinimo procesas daznai vadinamas nitravimu. 81 Cianavimas atliekamas skystoie terp¡ie – išlydytose druskose, turinciose CN grup. Dazniausiai tam naudoiamas natrio cianatas NaCN, kuris yra gana nuodingas. 3.5. Terminio purškimo technologija Terminis purškimas – tai procesas, kai koncentruoto energijos šaltinio islvdvti mazi medziagos laseliai dideliu greiciu vra bloskiami ant pagrindo, kristalizuojasi ir taip formuoia dang. 1910 m. Sveicariioie buvo sukurtas pirmasis purskimo ³renginys, kuriuo islydytas metalas karsto oro srove buvo puciamas pagrindo link, o atsitrenks ³ i³ Iormavo dang. Taciau sis ³renginys buvo labai didelis ir sunkus. Modernizavus ³rang ir pagerinus purskiamÐ medziagÐ kokyb terminio purskimo procesas gerokai patobul¡io. Nuo kitÐ technologiniÐ procesÐ iis skiriasi technologiiÐ savotiskumu ir taikymo sritimis. Priklausomai nuo koncentruoto energijos šaltinio, kuris islydo purskiam medziag, terminio purskimo procesas skirstomas ³ duiin³ ir elektrolankin³. Dujinis purškimas, atsizvelgiant ³ purskiamos medziagos rÌs³, gali bÌti triiÐ tipÐ: duiinis purskimas naudoiant viel, duiinis purskimas naudoiant strypel³ ir duiinis purskimas naudoiant miltelius. Purskiama medziaga yra tiekiama per centrin degiklio antgalio ang ir islydoma degiÐiÐ duiÐ misiniu. Islydytas medziagos daleles pagauna liepsnos srautas (ispurskimo kÌgis) ir bloskia ³ gaminio pavirsiÐ. Maksimali temperatÌra t = 2 600–3 100 ºC, o purskiamÐ daleliÐ greitis 30–100 m/s. Didelio greicio duiinis liepsninis purskimas – tai vienas iš nauiesniÐ terminio purskimo bÌdÐ. Degimo procese su deguonimi dazniausiai naudoiamos propano, propileno ar vandenilio duios. DeganciÐ duiÐ greitis gali virsyti garso greit³ (t = 2 600–3 000 ºC; V = 300–550 m/s). D¡l didelio purskiamÐ daleliÐ greicio gaunamos tankios, mazai por¡tos dangos. Elektrolankinio purškimo atveju per du kanalus degiklyje nepertraukiamai paduodamos dvi elektrodin¡s vielos, tarp kuriÐ dega 82 elektros lankas, ir šios vielos lydosi. Išlydytas daleles pagauna susl¡gtoio oro srov¡ ir pernesa dideliu greiciu (V = 100–350 m/s) formuojamos dangos (t = 2 600–6 500 ºC) link. Plazminis purškimas. Tarp katodo ir vandeniu ausinamos tÌtos, kuri yra anodas, dega elektros lankas. Jis ³kaitina tiekiamas ³ degiklio tÌt duias, kurios iseina is degiklio iau kaip plazmos srautas (t > 10 000 ºC; V=100–400 m/s). Miltelius islydo karstÐ duiÐ Iakelas. Terminio purškimo privalumai: • Danga galima padengti gamin³, pagamint is bet kokios medziagos: metalo ar metalÐ lydinio, stiklo, porceliano, organiniÐ (medienos, popieriaus, kartono) ir kitÐ medziagÐ. • Purškimo technologiias galima taikyti neriboto dydzio gaminiams. Dang galima purksti ant viso pavirsiaus ploto arba dengti tik tam tikr gaminio pavirsiaus zon. • Terminiu purskimu galima atkurti detal¡s matmenis (susid¡v¡iusiÐ masinÐ detaliÐ atkÌrimas ar remontas). • Purskimo ³ranga yra paprasta, mazÐ matmenÐ, nesud¡tinga jos eksploatacija. • Platus purskiamÐ medziagÐ pasirinkimas, nes galima naudoti ³vairius metalus, iÐ lydinius, metalÐ ir oksidÐ misinius. • Galima purksti ³vairiomis medziagomis, keliais sluoksniais naudoiant skirtingas medziagas. • Purskimu dengiami gaminiai mazai deIormuoiasi. 4. SUVIRINIMO RAIDA Metalai suiungiami suvirinimo bÌdu iau nuo seniausiÐ laikÐ (dar nuo bronzos amziaus). Skitai iau V a. pr. Kr. kalviski³ suvirinim taik¡ geleziai suiungti. PietvakariÐ Ukrainoie ir Besarabiios teritoriioie rasta variniÐ kalviskuoiu bÌdu suvirintÐ gaminiÐ, kuriÐ amzius siekia 5–6 tÌkst. metÐ. Šiuo metu suvirinti galima ne tik metalus, bet ir visas kitas medziagas. stikl. keramik. plastikus. kaulus. net skirtingÐ rÌsiÐ 83 medziagas. Suvirinimas atliekamas ³prastin¡ie aplinkoie, po vandeniu, kosmose ir bet kokiose erdvin¡se pad¡tyse. Bendruoju atveju suvirinim galima apibr¡zti kaip neisardom medziagÐ suiungim ias kaitinant ar (ir) padidinus sl¡g³. o pats suvirintasis suiungimas turi bÌti toks. kad gaminvs per vis eksploatavimo laik atitiktÐ nustatvtas fizines ir chemines charakteristikas. Ypac paplit elektrolankinio, dujinio, kontaktinio suvirinimo bÌdai, o pastaruoiu metu vis placiau taikomi specialÌs suvirinimo bÌdai: lazerinis, ultragarsinis, difuzinis, plazminis, purškiamasis (zr. 3.5 skyriÐ), sprogdinamasis. 4.1. Kalvyst¡ 4.1.1. Kalvyst¡s raida Kalvyst¡ atsirado dar pries pradedant gelez³ lydyti is rÌdÐ. IV– III tÌkstantmetyie pr. Kr. Mesopotamiioie ir Egipte kaltiniai buvo kalami is meteoritin¡s gelezies. V¡liau Europoie, Aziioie ir AIrikoie metalurgai kal¡ zaizdruose lydyt gelez³, var³, sidabr ir auks. Senov¡ie kalvis kartu buvo ir metalurgas, liejikas, suvirintojas ir terminio apdorojimo meistras. I tÌkstantmecio pr. Kr. pradzioie gelezies metalurgiia paplito ³vairiuose krastuose – taigi bronzos amziÐ pakeit¡ gelezies amzius. Prad¡ius naudoti gelez³ sparciau ¡m¡ vystytis gamyba, o tai tur¡io didel¡s ³takos visuomen¡s raidai. Senov¡ie beveik visuose pasaulio krastuose ³ kalvius ziÌr¡ta su mistine pagarba – mat jie dirbo su ugnimi, kuri buvo laikoma šventa. GraikÐ mitai byloia, kad kalvyst¡s men isrado HeIaistas – ugnies dievas ir kalviÐ glob¡ias (rom¡nÐ dievas buvo Vulkanas). Kalvis – mitologizuotas personazas ir lietuviÐ tautosakoie. Jam priskiriamas Saul¡s islaisvintoio is pozemio karalyst¡s vaidmuo. Nuo seno tiek pati kalv¡, tiek ir ioie dirb amatininkai buvo sieiami su antgamtin¡mis i¡gomis. Ne tik d¡l gaisro baim¡s sie meistrai ³sikurdavo kaimo gale, daznai uz up¡s. JÐ mok¡iimas .susikalb¡ti' su ugnimi aplinkiniams keldavo pagarbi baim. Juk suprantama: 84 kalvio pagamintas ³rankis palengvindavo darb, taigi suteikdavo pranasumo pries tuos, kurie tokio ³rankio netur¡io. Dar ankstyvaisiais viduramziais atsirado ir menin¡ kalvvst¡ (galbÌt ugnies stichiia islaisvino zmogaus Iantazii ir skatino pasireiksti io meninius sugeb¡iimus). Kalvvst¡s menas vpac istobul¡io viduramziais. Buvo kalami saltieii ir saunamieii ginklai, darbo ³rankiai, durÐ, skryniÐ detal¡s, grotos, sviestuvai, spynos, laikrodziai ir kt. dirbiniai. Gaminiai daznai bÌdavo puosiami kalstytais ornamentais, relieIais, isploto aukso ar bronzos lakšteliais. Lietuvoie rasta I tÌkstantmecio kaltÐ metaliniÐ papuosalÐ, kario ir zirgo aprangos detaliÐ, ginklÐ, zemdirbyst¡s ³rankiÐ. Feodalizmo laikotarpiu kalv¡s koncentravosi miestuose ir dvaruose, v¡liau paplito miesteliuose ir kaimuose. XIX a. pabaigoie buvo pl¡toiama zemdirbyst¡s ³rankiÐ gamyba, rogiÐ, ratÐ, arkliÐ kaustymas, buities reikmenÐ ir meno dirbiniÐ kalyba. XX a. pradzioie Joniskyie, Kupiskyie, Seiriiuose, Varniuose susiIormavo kalvyst¡s centrai. Buvo kalami zem¡s Ìkio padargai, baznyciÐ, cerkviÐ, paminklÐ kryziai, kaustomi ir remontuoiami ratai, rog¡s. Jvstantis pramonei kalvvst¡ virto metalo apdirbimo ir masinÐ gamybos dalimi, zem¡s Ìkyie apsiribota masinÐ, ³vairiÐ ³renginiÐ, transporto priemoniÐ remontu. Menin¡ kalyba yra taikomosios dekoratyvin¡s dail¡s rÌsis. Kalybos bÌdu ir taikant kalviski³ suvirinim is metalÐ kuriami ³vairios paskirties dailieii dirbiniai: skulptÌros, relieIai, interiero ir eksteriero elementai (tvorel¡s, vartai, grotos, baliustrados, iskabos, langÐ ir durÐ apkaustai), buities reikmenys, papuosalai (daznai su brangakmeniais, gintaru). Kalybos dirbiniai daznai puošiami relieIais, emaliu, graviruoiami, dazomi, sidabruoiami, auksuoiami. Jau nuo XV a. pabaigos Vilniuie veik¡ monetÐ kalykla, kurioie taip pat buvo kalami reljefiniai medaliai ir papuošalai. XVI a. kalvyst prad¡ta mechanizuoti: atsirado pirmieii mechaniniai kÌiai (daugiausia varomi krintancio vandens), XVIII a. pabaigoje – pneumatiniai plaktukai ir kÌiai, varomi garo masina. 85 XIX a. pabaigoie prad¡ti naudoti kÌiai, varomi vidaus degimo varikliais. XX a. sukurti kÌiai, valdomi sprogimu, s¡kmingai naudojami elektromagnetiniai plaktukai. ²domu tai, kad gelezies metalurgiia liko nezinoma Siaur¡s ir PietÐ Amerikos ind¡nams iki pat europieciÐ ³sibrovimo (Kolumbas atrado Amerik 1492 m.). Nieko apie gelez³ nezinoio Polineziios, Nauiosios Gvin¡ios ir Australiios gentys, o Kamciatkos ir CiukciÐ pusiasalio gyventoiai apie i suzinoio tik XVII–XVIII a. 4.1.2. Kalimo ³ranga ir technologija Kalv¡s patalpa paprastai yra sandari. Jos grindys bÌdavo isklotos staciomis zuolo lentel¡mis, kad neuzsidegtÐ, netycia nukritus nuod¡guliui. Kalv¡s bÌna gana aukstos (5–10 m) su ³rengta tiekiamia ventiliaciia, ziem – su pašildytu oru [15]. Zaizdras paprastai statomas prie sienos priesais pagrindin³ ³¡iim, o vienas ar du priekalai – netoli zaizdro, kad bÌtÐ patogu dirbti. Menin¡s kalvyst¡s kalv¡se zaizdras statomas centre, kad patogiau bÌtÐ kalti didelius ir ilgus gaminius. Siuolaikin¡se kalv¡se zaizdras ³rengiamas su dvigubu dÌmtraukiu ir istraukiamuoiu ventiliatoriumi (1 pav.). Tiekiamoji ventiliacija palaiko patalpoje normalÐ oro iud¡iim ir neleidzia susidaryti skersv¡iams. Ziem tiekiamas siltas oras palaiko vienod temperatÌr. 86 1 pav. Zaizdras: a – bendras vaizdas: 1 – oro tiekimo reguliavimo rankena; 2 – zidinys; b – zaizdro piÌvis; 1, 2 – dvigubas dÌmtraukis; 3 – sk¡tis; 4 – degancios anglys; 5 – tÌta; 6, 9 – zaizdro stalas; 7, 8 – vamzdis su dangciu; 10, 11 – oro tiekimo vamzdis su reguliavimo sklende Zaizdre kalamas plienas ³kaitinamas iki 800–1 150°C, aliumi- nio lydiniai – iki 380–480 °C. Kalama ³vairiais plaktukais, kuriÐ forma ir svoris (0,5–5 kg) skiriasi (tai priklauso nuo darbo pobÌdzio). Storesniems gaminiams kalti naudoiami specialÌs kÌiai, kuriÐ svoris yra 10–16 kg, jie skirti dirbti abiem rankomis. Be to, naudoiami ³vairÌs kirstukai, skylamusiai, repl¡s, lenkimo atramos, lygintuvai (paviršiui lyginti baigus kalti plaktuku), priekaliniai ³rankiai (³statomi ³ priekalo ertmes kÌgiai, sakut¡s ir kt.), Iormos 87 (kad bÌtÐ galima padaryti taisyklingos Iormos varzto ar knied¡s galvut), matavimo ³rankiai. 4.1.3. Kalviškasis suvirinimas Sud¡tingesni dirbiniai daznai gaminami taikant kalviski³ suvirinim. zaizdre plieno detal¡s ³kaitinamos iki baltumo (t = 1 275–1 400 °C), sudedamos ant priekalo ir kÌiu sukalamos reikia- moje vietoje. ²kaitinimo temperatÌra paprastai nustatoma pagal plieno spalv: ³kaitusio mazaanglio plieno spalva turi bÌti ryskiai balta, o daugiaanglio plieno (C = 0,3–0,5 %) ir legiruotojo plieno temperatÌra siek tiek zemesn¡ – plienas turi bÌti baltas su geltonu atspalviu. Tiksli ruosinio (kaltinio) temperatÌr galima nustatyti optiniu pirometru. Siekiant padidinti temperatÌr, ³ zaizdr dumpl¡mis ar ventiliatoriumi papildomai tiekiamas oras. Plienai, turintys didesn³ anglies kiek³ ir kitÐ legiravimo elementÐ, suvirinami blogiau. JÐ suvirinamum galima ³vertinti pagal anglies ekvivalent C ekv (zr. 2.2.3 skyriÐ). Zaizdro kuras turi tur¡ti ne daugiau kaip 1 % sieros, nes ji blogina suvirinimo kokyb. Akmens anglis paprastai turi didesn³ sieros kiek³, tod¡l dazniausiai naudoiamas koksas ar medzio anglis. Daznai kalviskasis suvirinimas taikomas remonto dirbtuv¡se suiungiant iuostÐ, strypÐ galus. Tok³ suvirinim sudaro sios operacijos: suvirinamÐ detaliÐ paruosimas (nuvalvmas). kaitinimas. sud¡iimas ir sukalimas. suvirintos vietos apdaila. Norint po suvirinimo islaikyti pirminius detaliÐ matmenis, iÐ galai susodinami (pastorinami). JuostÐ galai perskeliami ir suiungiami. Taip paruosti (2 pav.) iie kaitinami iki suvirinimo temperatÌros. Tuomet nuo iÐ nuvalomos nuodegos, jie sudedami ant priekalo ir sukalami. ²sitikinus, kad suvirinimo kokyb¡ gera, Iormuoiama reikiamos Iormos ir matmenÐ siÌl¡. 88 2 pav. Kalviskoio suvirinimo pavyzdziai 4.1.4. KalviÐ gaminiai Kalvyst¡ ypac ispopuliar¡io XVII–XIX a. Tuo metu buvo nukalta daug meno dirbiniÐ – tvoreliÐ, vartÐ, zibintÐ, kuriais mes dziaugiam¡s ir dabar (pvz., Versalio, Sankt Peterburgo, Carskoie Selo rÌmuose). Kai kurie miestai netgi specializavosi tam tikrose kalvyst¡s srityse. Pavyzdziui, Damaskas, Milanas, Augsburgas, Astrachan¡, Tula gars¡io ginklais (daznai iš bulato plieno), Notinganas, Zolingenas, Pavlovas – peiliais ir kitais ³rankiais, Vologda – inkarais, vinimis. XX a. kaltais metalo dirbiniais v¡l imta puošti sodybas, visuomenines ir buitines patalpas. SiÐ dienÐ moderniausia kalv¡ praktiskai nesiskiria nuo egzistavusios pries kelis simtmecius (skirtumas tik toks, kad kalvio 89 darbui palengvinti naudojami ir pneumatiniai kÌiai). Kalvio darb graziai apraso U. Siparien¡ straipsnyie .Metalas saugo ir puosia namus' |14|: .·.~ zaizdras, kÌiis, priekalas ir suodini kalviai, iudantys nuo zaizdro prie priekalo, tarsi atlieka ritualin³ sok³. .Vilniaus kalviÐ' dirbtuv¡s ³kÌr¡io Raimondo VaitkÌno nuomone, tikras meistras niekada ne³mes nuorÌkos ³ ugn³. Si vieta sventa ir šiais laikais“. Klaip¡doie nuo 1992 m. kalvio F. Grimo (F. Grimm) kalv¡s vietoie (SaltkalviÐ g. 2) veikia kalvyst¡s muzieius (3 pav.). Netoliese tebestovi veikianti restauruota zymaus Klaip¡dos meistro G. Kack¡s (G. Katzke) kalv¡. Daugum eksponatÐ sudaro metalo restauratoriaus D. Varkalio surinkti ir nuo sunaikinimo isgelb¡ti Mazosios Lietuvos ir senÐiÐ Klaip¡dos kapiniÐ kryziai, tvorel¡s, vartai ir tik uostamiesciui bÌdingos senosios v¡trung¡s. Muzieiuie eksponuoiami islik autentiski G. Kack¡s darbo ³rankiai, kalviÐ gaminti namÐ apyvokos daiktai ir ³rankiai, Mazosios Lietuvos metaliniai krikstai, arkliÐ klump¡s ir kt. Muzieiuie veikia kalv¡, kurioie galima ³sigyti originaliÐ kalviÐ dirbiniÐ. 3 pav. Kalvyst¡s muzieius Klaip¡doie Zinoma, kad arkliai visada turi bÌti tvarkingai pakaustyti, kad akmenys nedurtÐ, kad ant ledo nepaslystÐ. Pasag kalvis gamindavo 90 is zaizdre ³kaitinto metalo. Kad ugnis bÌtÐ karstesn¡, pÌsdavo dumpl¡mis – tai buvo pameistrio („gizelio“) pareiga. Pati pasaga „gimdavo“ ant priekalo. Kiekviena pasaga bÌdavo kaldinama pagal arklio kanopos dvd³, prie kanopos i prikaldavo uknoliais (mazai pasagai iÐ reikia 6–7, didelei – 8–10) (arklio kanopos yra surag¡iusios, tod¡l kalant iam neskauda). Jau nuo XIV a. Europoie tik¡ta, kad kelyie rasta nudilusi pasaga, pakabinta virs durÐ ant staktos, atnesa laim. Šiuolaikiniai kalybos gaminiai, norint juos apsaugoti nuo koroziios ar isgauti reikiam spalv bei savybes, daznai dengiami specialia danga. Tam taikomos ³vairios technologiios: apvirinimas, purškimas (zr. 3.4 skyriÐ), anodinis mikrolankinis oksidavimas ir kt. Net nezinia, nuo kada metalas prad¡tas naudoti ne tik lauke (pradedant kapiniÐ kryziais ir baigiant tvoromis bei vartais), bet ir namuose, tik aisku, kad cia iis ³sitvirtino ilgam: is io daromi laiptÐ tur¡klai, baldai, dekoratyvin¡s interiero detal¡s (4, 5 pav.). Kalvis Raimondas VaitkÌnas sako, kad tikriausiai n¡ra tokio daikto. kurio negalima bÌtÐ nukaldinti. ²manomas net metalinio kambario variantas (kitas dalykas, ar iauku bÌtÐ tokiame gyventi?). Vis d¡lto graziausia, kai si medziaga derinama su kitomis: akmeniu, medziu, moliu. Kalviai gali atlikti bet kok³ uzsakym. Problema – tradicinis mÌsÐ skonis, nenoriai ³sileidziantis originalesnio dizaino metalinius gaminius ³ namus. Palyginti nedaug yra dizaineriÐ, kuriancÐ ³domesnius proiektus, kuriuos gal¡tÐ atlikti kalviai. 91 4 pav. Kalvio darbo tur¡klai 5 pav. Malkin¡ Dar senov¡ie zmon¡s suprato, iog metalu papuostos, kaustytos durys tampa ne³veikiamos ³sibrov¡liams. Nuo tada gelezis atlieka dar ir apsaugin³ vaidmen³. Juk ir dabar mes ³sirengiame sarvuotas, metalu dengtas duris, ³taisome grotas languose. 92 4.2. Elektrolankinis suvirinimas Elektrolankinis suvirinimas prad¡tas taikyti tik XIX a. pradzioie, kadangi iki to laiko nebuvo elektros energiios saltinio, o ir d¡l pacios elektros srov¡s svokos buvo ginciiamasi. 4.2.1. Pirmojo elektros energijos saltinio sukÌrimas Mokslo apie elektr pradininkai buvo italÐ mokslininkai: anatomas ir fiziologas Luidzis Galvanis (1737–1798) ir fizikas Alesandras Volta (1745–1827). ²domus iÐ mokslinis gincas d¡l .gyvÌnÐ elektros' |16|. 1791 m. L. Galvanis paskelb¡ knyg .Trak- tatas apie elektrines i¡gas, iudant raumenims“. Jis isk¡l¡ hipotez, kad raumenyse kaupiasi elektrin¡s kilm¡s krÌvis, kuris, uzsidarius grandinei, nervuose sukelia elektros srov ir raumens susitraukim. Boloniios universitete buvo atlikti eksperimentai su varl¡s raumenÐ preparatais. A. Volta, nenor¡damas pripazinti .gyvÌnÐ elektros', kÌr¡ ³vairiausias alternatyvias teoriias. 1794 m., atliks serii bandymÐ, iis pripazino L. Galvanio ties, bet po devyniÐ dienÐ prad¡io naui io teoriios puolim, aiskindamas, kad elektra atsiranda d¡l skirtingÐ metalÐ slycio savybiÐ. Abu mokslininkai ³nirtingai gyn¡ savsias tiesas, pagr³sdami ias vis nauiÐ eksperimentÐ duomenimis. Pavyzdziui, L. Galvanis aptiko potencialÐ skirtum metalui lieciantis su elektrolitu (ne veltui elektrin¡s bateriios vadinamos galvaniniais elementais, o prietaisas, reaguoiantis ³ labai mazas sroves ar ³tampas, – galvanometru). Tuo metu atrod¡, kad ginc laim¡jo A. Volta. Šiandien mes jau zinome, kad abu mokslininkai buvo teisÌs. JÐ gincas dav¡ pradzi elektrofiziologijai, elektrochemijai, termoelektrai. 1795 m. A. Volta atrado skirtingÐ metalÐ slycio elektr (slvcio potencial) ir 1796 m. suIormulavo du d¡snius apie to potencialo savybes, kurie vadinami Voltos d¡sniais. Dar 1792 m. A. Volta pakartojo L. Galvanio bandymus su varl¡mis. Pamin¡sime vien is iÐ – prie ispreparuotÐ varl¡s raumenÐ 93 prid¡davo dvieiÐ skirtingÐ metalÐ (pvz., gelezies ir vario) kontakto laisvuosius galus – raumenys susitraukdavo. 1794 m. Voltai pavyko sukurti silpn elektros srov¡s saltin³, vadinam galvaniniu arba Voltos elementu. J³ sudar¡ du skirtingi metalai, atskirti dr¡gna medziaga. Nor¡damas padidinti eIekt, iis prad¡io tyrin¡ti tokiÐ elementÐ .grandines'. 1799 m. pabaigoie A. Voltai pavyko pasiekti tiksl: suiungs apie 60 vario (sidabro) ir alavo (cinko) elementÐ nuosekliai, tarp kuriÐ buvo medziaga, suvilgyta natrio chlorido (sieros rÌgsties) tirpalu, gavo ³tamp tarp krastutiniÐ metalÐ, proporcing elementÐ porÐ skaiciui. Pats A. Volta ras¡ |17|, kad io tyrimÐ .svarbiausias rezultatas – tai prietaisas, kuris savo poveikiu, t. y. rankos sukr¡timu, tolygus Leideno stiklinei, taciau veikia nepertraukiamai, t. y. io krÌvis po kiekvieno islydzio pats atsistato; kitaip sakant, sitas prietaisas sukuria nesunaikinam krÌv³, suteikia nepertraukiam impuls elektriniam Iluidui'. S³ prietais A. Volta pavadino „elektrovaros aparatu“ arba „kolona“, kadangi jame elementai buvo sud¡ti vienas ant kito. V¡liau prancÌzai i³ prad¡io vadinti „Galvanio stulpu“ arba „Voltos stulpu“. Taip buvo sukurtas pirmasis elektros energijos šaltinis – elektrocheminis galvaninis elementas. 1801 m. A. Volta buvo pakviestas ³ PrancÌziios institut (Institut de France), kur, dalyvaujant ir Napoleonui, demonstravo savo bandymus. Napoleonui pasiÌlius, nusizengiant konsulo ³statams, A. Voltai buvo nukalta auksin¡ moneta. Jis buvo isrinktas garb¡s nariu, gavo didel pinigin dovan. Napoleonas iam suteik¡ grafo ir Lombardiios kunigaikstyst¡s senatoriaus titul. Beveik visos Europos akademiios A. Volt isrinko savo nariu. Ilgainiui buvo isaiskintos Voltos stulpo chemin¡s reakciios, atsirado elektrochemiia, daug nauiÐ srov¡s elementÐ, vis ³vairesnis tapo iÐ pritaikymas. Tuo poziÌriu ³domi yra N. Lamtevo sio amziaus pradzioie is¡iusi knyga „Sausieji galvaniniai elementai“ (sausaisiais cia vadinami tokie elementai, kuriuose n¡ra laisvoio vandens; toks buvo ir Voltos stulpas). Toie knygoie galima suskaiciuoti net 80 srov¡s elementÐ rÌsiÐ ar tipÐ. Autorius nurodo, kad .elementai 94 daugiausia naudoiami motorams uzvesti ir kiseniniams ziebtuv¡liams. Jie dar naudoiami elektros skambuciams, elektrin¡ms zvak¡ms, zibalin¡ms lempoms elektra uzdegti, iliuminaciioms, laikrodziams apsviesti, svieciancioms sag¡ms, segtukams'. 4.2.2. Elektros lanko atradimas ir pritaikymas 1802 m. Sankt Peterburgo medicinos akademijos profesorius Jasiliius Petrovas gavo elektros islvd³ dujose ir taip atrado elektros lank (v¡liau iis buvo pavadintas Voltos lanku). V. Petrovas pirmasis is IizikÐ suprato galimus aukstosios ³tampos maitinimo saltinio privalumus ir patobulino Voltos stulpo elektrochemin³ elektros energiios saltin³, kurio veikimas pagr³stas cheminiais procesais, vykstanciais tarp dvieiÐ metalÐ ir elektrolito. Buvo pagaminta galvanin¡ bateriia is 2 100 porÐ nuosekliai suiungtÐ vario ir cinko skridin¡liÐ, izoliuotÐ vienas nuo kito suvilgytais amoniako tirpalu (elektrolitu) popieriaus lapeliais. Tokios elektrin¡s bateriios elektrovara siek¡ 1 700 V, ios visiškai pakako gauti stabiliam nuolatin¡s srov¡s islydziui duiose. V. Petrovas atliko tyrimus savo Iizikos laboratoriioie (Sankt Peterburge), leisdamas elektros srov per anglies strypelius. Kai mokslininkas priartino du anglies gabaliukus vien prie kito taip, kad iie susiliet¡, anglis ³kaito iki baltumo, o kai is l¡to iuos isskyr¡ – plykstel¡io akinamai skaisti sviesa. V. Petrovas pasteb¡io, kad anglies strypeliÐ (Iaktiskai tai buvo pirmieii elektrodai) galai, tarp kuriÐ uzsideg¡ lankas, ³kaito iki 3000 °C. Taip buvo israstas elektros lankas. Sis atradimas tur¡io didziul reiksm daugelio mokslo sriciÐ (ypac Iizikos) ir technikos vystymuisi. Nepriklausomai nuo V. Petrovo, taciau daug v¡liau (1809 m.) elektros lank gavo anglÐ Iizikas G. Devi. 1803 m. V. Petrovas savo tyrimÐ rezultatus, isvadas ir savo atradimo perspektyvas apras¡ knygoie .Ba\_klb_ h ]Ze\Zgb- -\hevlh\kdbo hiulZo' („Zinios apie galvaninius-voltinius bandy- mus“). Joie aprasyti elektros islydzio ir sviesos spinduliavimo 95 ypatumai praretintosiose duiose (gauti didel³ vakuum nebuvo galimybiÐ), nustatyta siÐ reiskiniÐ priklausomyb¡ nuo elektrodÐ poliskumo, medziagos, Iormos ir tarpelio tarp elektrodÐ. Be to, nustatvtos elektros srov¡s priklausomvb¡s nuo laidininko skerspiÌvio ploto. VokieciÐ Iizikas Georgas Simonas Omas suIormulavo s³ d¡sn³, zinom Omo d¡snio vardu, tik 1826 m.! Savo tyrimais V. Petrovas parod¡ praktines elektros lanko pritaikvmo galimvbes. t. v. iis gali bÌti taikomas apsvietimui. metalÐ lydymui ir grynÐiÐ metalÐ isskyrimui is iÐ oksidÐ. Pavyzdziui, buvo nustatyta, kad elektros srove kaitinamas anglinis elektrodas beor¡ie erdv¡ie skleidzia intensyvi svies, taciau pats nesudega! Sis principas v¡liau buvo pritaikytas prozektoriuose, kuriuose šviesos saltin³ sudar¡ elektros lankas, degantis tarp dvieiÐ angliniÐ elektrodÐ. Lanko stabilumas ir galingumas reguliuoiamas keiciant tarpel³ tarp elektrodÐ. Tokiu principu veikiantys galingi prozektoriai buvo naudoiami Antroio pasaulinio karo metais nakt³ ieskant prieso l¡ktuvÐ. Jeigu V. Petrovo darbai bÌtÐ buv tsiami ir po io mirties (1834 m.), tai bÌtÐ palengvin ir pagreitin elektrin¡s kaitinamosios lempos isradim (elektrotermiios pradininkas A. Lodyginas sukÌr¡ ir uzpatentavo anglin kaitinami lemp tik 1874 m.). 1812 m. rusÐ mokslininkas P. L. Silingas pritaik¡ elektros islyd³ – sukÌr¡ pirmi³ elektros degikl³ povandeniniÐ minÐ uzsiliepsnoiimui. Pakeits anglinius elektrodus metaliniais, V. Petrovas aptiko, kad metalas gali lydytis ir degti, tekant elektros srovei. Jis ras¡: „ElektrodÐ is vielos galai paraudonuoia, greitai issilydo ir pradeda degti su liepsna, svaidydami daugyb ziezirbÐ'. V¡liau rusÐ mokslininkai N. N. Benardosas ir N. G. Slavianovas panaudojo elektros lank su angliniais ir metaliniais elektrodais (zr. 4.2.5. skyriÐ) metalams suvirinti. 96 4.2.3. Pirmasis litavimo gamybinis pritaikymas 1871 m. Perm¡ie prie Danilichos up¡s prad¡io veikti pirmasis Rusiioie Iabrikas, gaminantis IosIor. ²mon¡s savininku tapo buvs Vladimiro guberniios baudziauninkas EvgraIas Tupicinas. E. Tupicino Iabrikas is pradziÐ gamino geltoni³ IosIor, kurio transportavimas buvo labai sunkus ir pavoiingas. Pagamint IosIor d¡davo ³ statines su vandeniu, kad neuzsidegtÐ. Taciau nuo kratymo vaziuoiant blogais Rusiios keliais vezimais be amortizacijos kai kurios statin¡s prarasdavo sandarum, vanduo isb¡gdavo ir sausas IosIoras nuo trinties uzsidegdavo arba net sprogdavo. BÌdamas uzsienyie E. Tupicinas suzinoio apie Cerenerio metalÐ suvirinimo bÌd elektros srove (zr. 4.2.4. skyriÐ) ir nutar¡ savo gamykloie skardines su IosIoru bandyti uzlituoti kaitinant ias elektros srove (gamykloie buvo nedidel¡ elektros stotis – nuolatin¡s srov¡s generatorius, sukamas kaip malÌnas Danilichos up¡s vandeniu). Ant specialaus keraminio stalo buvo guldoma metalin¡ plokst¡, suiungta su neigiamuoiu generatoriaus poliumi. Teigiamasis generatoriaus polius buvo sujungiamas su specialiu metaliniu elektrodu, kuriam E. Tupicinas sukÌr¡ speciali pusautomat pasukam ranken – laikikl³. Ant metalin¡s plokst¡s bÌdavo statoma metalin¡ skardin¡ su nedidele skyle, pro kuri pildavo IosIor ir vanden³. Litavimui buvo naudoiamas specialus lydinys, kur³ sudar¡ lygios alavo ir svino dalys (ir dabar naudoiami panasÌs lydiniai, vadinami lydmetaliais, pvz., rusiškas IHK40 turi 40 % Sn ir 60 % Pb). Metaliniam elektrodui susilieciant su skardine imdavo tek¡ti elektros srov¡, kuri islydydavo lydmetal³ ir iuo padengdavo skardin¡s krastus nors ir nelygiu, bet pakankamai stipriu sluoksniu. Uzbaigus lituoti srov isiungdavo, o apverst statin statydavo ant popieriaus tam, kad nustatytÐ galimus prot¡kius. Hermetiskas skardines sud¡davo ³ medines d¡zes ir issiÐsdavo vartotoiams. Israsto elektrinio litavimo bÌdo kaitinant elektros srove E. Tupicinas neuzpatentavo. Jis gana greitai mir¡, o per¡m io versl 97 sÌnÌs prad¡io gaminti raudoni³ IosIor, skirt saugiems degtukams. Raudonoio IosIoro transportavimas problemÐ nesudar¡, ir E. Tupicino isradimas buvo uzmirstas. 4.2.4. Elektros srov¡s pritaikymas suvirinimui 1849 m. amerikieciÐ mokslininkas K. Stetas teoriskai numat¡ galimyb suiungti metalus elektros srove. Jis netgi uzpatentavo metalÐ suiungimo elektros srove naudoiant maitinimo saltinius is galvaniniÐ elementÐ (pakankamos galios elektros generatoriÐ dar nebuvo) bÌd. Tod¡l sis suvirinimo bÌdas negal¡io bÌti praktiskai taikomas. Pirmi³ metalÐ suvirinimo elektros srove bandym 1867 m. atliko amerikieciÐ inzinierius E. Tomsonas, kuris pritaik¡ neseniai atrast Dzoulio ir Lenco d¡sn³, kad daugiausia silumos, tekant elektros srovei, išsiskiria ten, kur yra didziausia varza – detaliÐ slycio vietoie. E Tomsonas stipriai suspausdavo du metalinius ruosinius ir leisdavo per iuos didel taciau mazos ³tampos elektros srov (aukstosios ³tampos elektros saltinio tuomet dar nebuvo). DetaliÐ suiungimo vietoie issiskirdavo didelis silumos kiekis, iÐ susilieciancios briaunos apsilydydavo. Tuomet ruosiniai bÌdavo stipriai suspaudziami (kaip ir atliekant kontaktin³ suvirinim) ir sukalami kÌiu (kalviskasis suvirinimas). Tiksliai detales suvirinti siuo bÌdu ne³manoma d¡l iÐ deIormaciios. Galima laikyti, kad E. Tomsonas yra kontaktinio (varzinio) suvirinimo israd¡ias. 1868 m. vokieciÐ inzinierius G. Cereneris atliko metalÐ suvirinim, naudodamas anglinius elektrodus. Specialiose suvirinimui skirtose stakl¡se detal¡s tvirtinamos lygiagreciai viena su kita ant stovo. Dvieiose stakliÐ galvut¡se lygiagreciai vienas su kitu buvo ³tvirtinti angliniai elektrodai, per kuriuos buvo leidziama elektros srov¡. Susidars elektros lankas greitai ³kaitindavo suvirinamÐ detaliÐ briaunas iki baltumo. Tada srov¡ bÌdavo isiungiama, o detal¡s staigiai suspaudziamos ir dar pakalamos specialiu instrumentu. 98 Kaip matome, ir E. Tomsono, ir G. Cerenerio suvirinimo negalima laikyti suvirinimu grynai elektros srove, kadangi elektra metal tik ³kaitindavo, o suvirinimas bÌdavo uzbaigiamas kalviskuoiu (ar kontaktiniu) bÌdu. Kokybiskas suvirinimas naudoiant tik elektros srov (ne lank) buvo sukurtas tik 1949 m. akademiko J. Patono institute Kijevas (Ukraina). Visiškai naujas elektrinio suvirinimo lydymu bÌdas buvo pavadintas elektrošlakiniu suvirinimu. Tam teko sukurti specialÐ elektrai laidÐ granuliuot flius, kuriuo uzpildomas tarpelis tarp suvirinamÐ detaliÐ. Elektrodin³ metal lydo ne lankas, o siluma, issiskirianti tekant per Ilius elektros srovei. Tai labai pagerino suvirinimo kokyb ir produktyvum, leido mechanizuoti vertikaliÐiÐ siÌliÐ suvirinim virinant praktiskai bet kokio storio metal. V¡liau, taikant elektroslakin technologii, buvo sukurtas nauias metalÐ rafinavimo (išvalymo, gerinimo) metodas, pavadintas elektrošlakiniu perlydymu. 4.2.5. Elektros lanko naudojimas suvirinimui 1881 m. rusÐ israd¡ias Nikolajus Benardosas (is t¡vo pus¡s – graikas) sukÌr¡ nauio tipo galing elektros akumuliatoriÐ baterii, skirt suvirinimo lankui maitinti nuolatine ir pakankama srove. Jam pavyko gauti stabilÐ elektros lank tarp anglinio elektrodo ir metalinio gaminio ir atlikti suvirinim. Sukurtas elektrolankinio suvirinimo bÌdas buvo pavadintas .elektroheIaistu' (HeIaistas – senov¡s graikÐ ugnies ir kalvyst¡s meno dievas). Savo isradim N. Benardosas pademonstravo Paryziaus tarptautin¡ie elektrotechnikos parodoie, suvirinimo ³ranga (6 pav.) buvo pagrindinis parodos eksponatas – ii buvo ³vertinta aukso medaliu. 1882 m. N. Benardosas uzpatentavo s³ isradim Rusiioie, o v¡liau ir daugumoie issivysciusiÐ saliÐ kaip .metalÐ suiungimo ir atskyrimo bÌd tiesiogiai veikiant elektros srovei'. 99 6 pav. N. Benardoso lankinio suvirinimo elektrodÐ laikikliai Be to, N. Benardosas išrado ir netiesioginio suvirinimo bÌd (lankas dega tarp dvieiÐ angliniÐ elektrodÐ), suvirinimo duiÐ sraute, metalÐ piovimo ore ir po vandeniu bÌdus. 1887 m. kartu su anglÐ mokslininku E. Tomsonu iis uzpatentavo naui suvirinimo bÌd – kontaktin³ suvirinim: suiungiamos detal¡s ³kaitinamos tekancia per ias elektros srove ir suspaudziamos (zr. 4.2.4. skyriÐ). Is viso N. Benardosas padar¡ daugiau nei 120 uzregistruotÐ isradimÐ, kurie ap¡m¡ labai ³vairias zmogaus veiklos sritis: varikliai, karin¡ ³ranga, elektrotechnikos gaminiai, transporto patobulinimai, buitin¡s chemiios nauiov¡s, stakl¡s ir mechanizmai. Is ³domesniÐ isradimÐ pamin¡sime |19|: kondicionieriÐ, skalbimo masin, dantÐ plomb, elektrinio lituoklio panaudoiim spyruokl¡ms grÌdinti ir atkaitinti, garlaiv³, gebant³ ³veikti seklumas ir pelkes; kintamosios srov¡s hidroelektrin, elektrolitin³ plieno pavirsiaus padengimo variu bÌd. 1900 m. ruden³ N. Benardosas isrado paci paprasciausi konservÐ 100 d¡zut (amerikieciai s³ isradim prisiskiria sau, nes iie pirmieii organizavo pramonin konservÐ gamyb). Lankinio suvirinimo bÌdas (.elektroheIaistas') is karto prad¡tas taikyti Vakaruose. Rusiioie dauguma N. Benardoso isradimÐ taip ir nebuvo pritaikyti. Zymusis israd¡ias N. Benardosas tur¡io dideliÐ IinansiniÐ sunkumÐ – visas pelnas atitekdavo vikriems vertelgoms, kurie io isradimus ³diegdavo pramon¡ie. 1899 m., kurdamas nauio tipo akumuliatorius su kemp¡tuoiu svinu, Benardosas sunkiai apsinuodijo kenksmingais garais, kelerius metus sunkiai sirgo ir apie 1905 m. mir¡ uzmarstyie ir skurde. Toks likimas buvo suvirinimo israd¡io, ir dabar net nezinoma nei tiksli io mirties data, nei kur jis palaidotas. N. Benardoso lankinis suvirimo bÌdas angliniu elektrodu tur¡io ir dideliÐ trÌkumÐ: buvo naudoiama didziul¡ nepatogi akumuliatoriÐ bateriia, o dalis anglies, pereidama is elektrodo ³ islydyto metalo vonel, padidindavo siÌl¡s kietum ir trapum. Tiesa, 1889 m. N. Benardosas suvirinimui pritaik¡ metalin³ stryp, bet iam ³kaitinti buvo naudoiami net keli angliniai elektrodai, ir siÌl¡s ³anglinimo išvengti nepavykdavo. Gerokai tobulesn³ metalÐ suvirinimo bÌd sukÌr¡ rusÐ kalnÐ inzinierius, zymus israd¡ias Nikolaius Slavianovas. 1887 m. pagal io br¡zinius ir skaiciavimus Perm¡s patrankÐ gamykloie buvo pastatyta elektros stotis, susidedanti is dvieiÐ nuolatin¡s srov¡s generatoriÐ. Sukimo momentas ioms bÌdavo perduodamas nuo galingÐ garo masinÐ, o ant skirstomÐiÐ lentÐ pirmkart pasaulyie buvo panaudota synÐ instaliaciia. Sie nuolatin¡s srov¡s generatoriai gal¡io sukurti elektros srov iki 1 000 A esant 60–100 V ³tampai. Tokios galios visiskai pakako, kad synas galima bÌtÐ panaudoti kaip suvirinimo generatoriÐ elektros lankui maitinti. 1888 m. N. Slavianovas pademonstravo lankin³ suvirinim metaliniu elektrodu su išankstiniu metalo pakaitinimu. Savo išradim iis pavadino .elektriniu metalÐ lieiimu' ir tais paciais metais suvirino garo masinos velen. 1890– 1891 m. N. Slavianovas uzpatentavo elektrolankin³ suvirinimo bÌd daugumoie Europos valstybiÐ. Suvirinimas atliekamas metaliniu 101 elektrodu, prie kurio prijungiamas vienas maitinimo šaltinio polius, o prie suvirinamo gaminio – kitas. Tekant elektros srovei suzadinamas elektros lankas, kuriam veikiant išsilydo elektrodo ir gaminio metalas. Lankui nutrÌkus iis gsta, islydytas metalas sustingsta (kristalizuojasi) ir gaunamas neišardomas suvirintasis sujungimas. 1888 m. N. Slavianovas pirmasis lankui maitinti panaudojo elektros generatoriÐ (7 pav.). Specialiai suvirinimui skirtas generatorius buvo sukurtas Austrijoje tik 1905 m. N. Slavianovas pirmasis sukonstravo ir panaudojo mechanizuot suvirinimo aparat .elektrin³ lydytuv' – automatinio suvirinimo prototip (8 pav.), kur³ naudoiant buvo galima automatiskai reguliuoti lanko ilg³. 7 pav. N. Slavianovo elektros generatorius 102 8 pav. N. Slavianovo suvirinimo pusautomatis Suvirinimo siÌl¡s metalo kokybei pagerinti N. Slavianovas pasiÌl¡ suvirinimo zon nuo ore esancio deguonies, azoto apsaugoti slaku. ² suvirinimo vonel buvo m¡tomas smulkintas stiklas (suvirinimo po fliusu prototipas). Stiklas išsilydydavo ir padengdavo metal slako plutele taip apsaugodamas siÌl nuo kenksmingo deguonies, azoto, vandenilio poveikio. N. Slavianovas pirmasis pritaik¡ siÌl¡s metalo redukavim prid¡damas ³ suvirinimo vonel feromangano, ferochromo ir ferosilicio. Vykstant chemin¡ms reakciioms oksidÐ pavidalu deguonis (MnO, SiO 2 ) pereidavo ³ slak. 1891 m. N. Slavianovas pasiÌl¡ .metalo lieiiniÐ elektrin³ sutankinimo' bÌd: iskart po lieiimo lieiinio virsutin¡ dalis pakaitinama elektros lanku, kad sumaz¡tÐ suslÌgimo tustumos ir gautÐsi vienalyt¡ metalo struktÌra. Siuo atveiu duios lengvai iseidavo is skysto metalo ir net labai dideliuose lieiiniuose (sverianciuose iki 103 12 t) suslÌgimo tustumÐ praktiskai nesusidarydavo. Taciau visiskai isvengti lieiimo deIektÐ nepavykdavo, ir iiems taisyti N. Slavianovas prad¡io taikyti elektrolankin³ aplydym ir piovim. Sis bÌdas placiausiai buvo taikomas lietÐ varpÐ deIektams taisyti. Nuo 1894 m. Perm¡s patrankÐ gamykloie veik¡ specialus lietÐ varpÐ deIektÐ taisymo lankinio suvirinimo bÌdu cechas (tokia technologija taikoma ir dabar). Tod¡l Rusiios Cerkv¡ viena is pirmÐiÐ ³vertino N. Slavianovo išradimus. Nemazas N. Slavianovo nuopelnas kuriant nauius patrankÐ sviedinius. Tuo metu buvo prad¡ti eksploatuoti nauii kariniai laivai, kuriÐ korpusai buvo sarvuoti metalin¡mis plokst¡mis. SIeriniai sviediniai nepramušdavo šarvuotojo laivo borto. Rusijoje gaminami grÌdinti sviediniai, atsitrenkdami ³ sarvuotlaiv³, patys sutrup¡davo n¡ kiek nepakenkdami laivui. Padedant N. Slavianovui buvo sukurta ir pagaminta partiia sIeriniÐ sviediniÐ is specialaus lieiamoio plieno, kuriuos isband¡ Motovilichino poligone. Rezultatai gauti geresni, nei buvo tik¡tasi: nauiasis sviedinys pramus¡ sesiÐ coliÐ (15,2 cm) storio sarvo plokst. To meto amerikieciÐ spauda apskritai teigiamai ³vertino N. Slavianovo isradimus, taciau buvo rasoma, kad toks suvirinimo bÌdas netinka spalvotiesiems metalams (neva siÌl¡ bus labai nepatvari, o sujungti spalvotuosius metalus su juodaisiais visai ne³manoma). Atsakydamas ³ tai N. Slavianovas uzvirino vienas ant kito 8 skirtingus metalus. Buvo suvirinta: varpÐ bronza, tombakas (vario ir cinko (3–10 %) lydinys), nikelis, plienas, ketus, varis, naujasidabris (sidabro spalvos vario – nikelio (5–35 %) ir cinko (13– 45 %) lydinys), bronza. Is siÐ suvirintÐ lydiniÐ buvo pagamintos dvi po penkis kilogramus sveriancios stiklin¡s (21 cm aukscio). Viena is iÐ buvo demonstruoiama Peterburgo ketvirtoioie elektrotechnikos parodoie (1892 m.), kita nusiÐsta ³ Pasaulin elektrotechnikos parod (1893 m. JAV, Cikaga). Ji buvo ³vertinta aukso medaliais. Dabar viena is siÐ stikliniÐ saugoma Sankt Peterburgo politechnikos instituto muziejuje (7 pav.), o kita – Perm¡s krastotyros muzieiuie. 104 9 pav. Is ³vairiarÌsiÐ metalÐ sulydyta stiklin¡ 4.2.6. Elektrolankinio suvirinimo raida SuvirintÐiÐ suiungimÐ, atliktÐ N. Slavianovo israstu suvirinimo bÌdu metaliniu elektrodu, kokyb¡ buvo gana prasta d¡l nepakankamos suvirinimo zonos apsaugos. 1907 m. svedÐ inzinierius O. Kelbergas tyrin¡io lubiniÐ siÌliÐ atlikimo galimybes. Kad isvengtÐ skysto metalo nutek¡iimo, metalin³ elektrod iis padeng¡ specialia danga ir pasteb¡io, kad padid¡io lanko stabilumas d¡l geresn¡s suvirinimo zonos apsaugos. Danga, lydydamasi kartu su metalu, apsaugo i³ nuo zalingo oro poveikio (oksidavimo, azotinimo) ir stabilizuoia lanko degim. Taip buvo israstas suvirinimo glaistytaisiais elektrodais bÌdas. 1917 m. amerikieciÐ inzinieriai O. Andrus ir D. Stresau sukÌr¡ elektrod, kurio plieninis strypas 105 buvo apsuktas natrio silikatu (skystuoju stiklu) priklijuota popieriaus iuostele. DÌmai, kurie issiskirdavo degant popieriui, gerindavo suvirinimo zonos apsaug, o lanko iskrovoie esantis natris tur¡io zem ionizaciios laipsn³, didino lanko stabilum. Buvo prad¡ta masin¡ glaistytÐiÐ elektrodÐ gamyba. Svediski bei amerikietiški elektrodai ir dabar vieni is geriausiÐ pasaulyie (pvz., pagaminti svedÐ firmos ESAB). Rusijoje (Leningrade) 1938 m. buvo sukurti populiarÌs elektrodai MHGB-13, kuriÐ ³vairios modiIikaciios gaminamos ir siuo metu. SiuolaikiniÐ elektrodÐ glaistas yra sudarytas is triiÐ rÌsiÐ komponentÐ: redukuoianciÐiÐ (siekiant is suvirinimo vonel¡s pasalinti deguon³); gaminanciÐ apsaugines duias bei sudaranciÐ slak; legiruoianciÐiÐ (nes dalis bÌtinÐ siÌl¡s cheminiÐ elementÐ isdega). Glaistytieii elektrodai rankiniam lankiniam suvirinimui gaminami ir Lietuvoie (.AnyksciÐ varis'). Nauii elektrodai labai pagerino suvirintÐiÐ suiungimÐ kokyb, ir rankinis lankinis suvirinimas greitai paplito daugumoie issivysciusiÐ saliÐ. XX a. pirmoio ketvircio pabaigoie rankinis lankinis suvirinimas lydziuoiu elektrodu tapo pagrindiniu metalÐ suvirinimo bÌdu, iis placiai taikomas ir dabar, ypac statybose, remonto ir montavimo darbuose. Suvirinimo technologiios, ³rangos, suvirintÐiÐ konstrukciiÐ stiprumo tyrimo srityse daug nuveik¡ Rusiios mokslininkai, dirb ³vairiuose salies regionuose: Vladivostoke N. Rykalinas (siluminiÐ procesÐ teoriia suvirinant), Maskvoie K. Chrenovas (lanko teoriia, be to, iis atliko suvirinim po vandeniu), G. Nikolaievas (Baumano technikos universiteto rektorius, Suvirinimo katedros ved¡ias, suvirintÐiÐ konstrukciiÐ stiprumo skaiciavimo autorius), Leningrade V. Nikitinas (1924 m. iis sukÌr¡ vien is pirmÐiÐ suvirinimo transIormatoriÐ CTH). 1929 m. Kiieve akademikas Jevgeniius Patonas (E. O. IZlhg) ³kÌr¡ suvirinimo laboratorii, kuri v¡liau isaugo ³ visame pasaulyie garsÐ Elektros suvirinimo institut. Jame 1939 m. buvo sukurtas nauias suvirinimo bÌdas – automatinis suvirinimas po fliusu. Elektrodin¡ viela mechanizuotai buvo tiekiama ³ suvirinimo zon po Iliuso sluoksniu (10 pav.), o pats suvirinimo 106 procesas buvo automatizuotas (vielos tiekimo mechanizmas su fliuso bunkeriu buvo ³rengtas ant specialaus vezim¡lio, kuris iud¡io automatiskai nustatytu reikiamu greiciu). Lankas deg¡ po granuliuotu fliuso sluoksniu, ir issilyds fliusas sudarvdavo labai ger skvsto metalo apsaug suvirinimo metu ir pacios siÌl¡s apsaug po suvirinimo (nes ii bÌna padengta slako plutele is issilydziusio Iliuso). 10 pav. Pirmasis laboratorinis suvirinimo po Iliusu ³renginys Taikant s³ bÌd buvo galima gerokai padidinti lanko galingum, procesas paspart¡io 5–10 kartÐ, siÌl¡ bÌna kokybiskesn¡ ir lygesn¡, be to, gaunama suvirinimo medziagÐ ir priemoniÐ ekonomiia |21| (n¡ra elektrodÐ likuciÐ, Iliusas naudoiamas 107 pakartotinai). JAV suvirinim po Iliusu viena is pirmÐiÐ prad¡io taikyti zymi ir dabar Linde firma. Antrojo pasaulinio karo metais J. Patonas ³dieg¡ automatizuoto suvirinimo po Iliusu bÌd Uralo gamyklose, ir tai leido daug greiciau gaminti galing karo technik. Liejamieji gaminiai (lieiiniai) buvo keiciami suvirintaisiais, kurie bÌdavo lengvesni ir patvaresni (pavyzdziui, rusÐ gamybos tankas T- -34 buvo lengvesnis ir manevringesnis, palyginti su vokieciÐ „Tigru“). Nuo 1948 m. ³vairiose salyse prad¡tas taikyti elektrolankinis suvirinimas apsaugin¡se inertin¡se duiose (Ag, He). ²sisavintas rankinis suvirinimas nelydziuoiu elektrodu (v¡liau pavadintas TIG suvirinimu (tai angliško pavadinimo tungsten inert gas „suvirinimas volIraminiu elektrodu inertin¡se duiose' santrumpa). Siek tiek v¡liau paplito suvirinimas pusautomaciais (mechanizuotas tik vielos tiekimas) ir automatinis suvirinimas lydziuoiu elektrodu (MIG suvirinimas – melting inert gas „suvirinimas lydomuoju elektrodu inertin¡se duiose'). 1950–1952 m. Centriniame masinÐ gamybos mokslo tyrimo institute (PGBBLF:R – Rusiia) buvo sukurtas ir iskart ³ gamyb ³diegtas lankinis suvirinimas anglies dvideginio duiÐ aplinkoie (v¡liau uzsienyie iis pavadintas MAG suvirinimu (melting active gas „suvirinimas lydomuoju elektrodu aktyviose duiose'). Sis bÌdas pasizymi universalumu (suvirinimas pusautomaciais ir automatinis), dideliu produktyvumu ir ekonomiškumu (CO 2 dujos kelis kartus pigesn¡s uz Ar ar He duias). 1958 m. Siunginiame elektros suvirinimo mokslo tyrimo institute (