Պողպատ

Պողպատը () - խառնուրդ), երկաթի համաձուլվածք է ածխածնի հետ։ Պողպատը պարունակում է 2,14 %-ից ոչ ավել ածխածին (ածխածնի ավելի մեծ պարունակության դեպքում ստացվում է թուջ)։ Ածխածինը երկաթի համաձուլվածքներին հաղորդում է ամրություն։ Ածխածնային պողպատներ կոչվում են այն երկաթածխածնային համաձուլվածքները, որոնք չեն պարունակում լեգիրող տարրեր՝ քրոմ, նիկել, մոլիբդեն, սակայն բոլոր պողպատներում, ինչպես ածխածնային, այնպես էլ լեգիրված, կան սահմանափակ քանակությամբ այսպես կոչված մշտական խառնուկներ՝ մանգան (Mn) մինչև 0,8% , սիլիցիում (Si) 0,4% , ֆոսֆոր (P)- 0,04% և ծծումբ (S)-0,05%։

Ֆոսֆորն ու ծծումբը հանդիսանում են վնասակար տարրեր։ Սառեցումից հետո պողպատը բաղկացած է ֆերրիտից և ցեմենտիտից։ Դրանց հարաբերությունից կախված է պողպատի շատ հատկություններ։ Սիլիցիումը բարձրացնում է հոսունության սահմանը և նվազեցնում պողպատի դրոշման ունակությունը, իսկ մանգանը բարձրացնում է ամրությունը։ Ծծումբն առաջացնում է շիկաբեկունություն, որը, փոխազդելով մանգանի հետ, նվազեցնում է նրա տոկոսը և առաջացնում է MnS, իսկ վերջինս դժվարահալ միացություն է և գործնականում բացառում է շիկաբեկունությունը։ Ֆոսֆորը պողպատում հանդիսանում է վնասակար տարր, քանի որ այն, լուծվելով ֆերրիտում, աղավաղում է բյուրեղային ցանցը և բարձրացնում սառնաբեկունության շեմը։

Դասակարգում 
Ըստ քիմիական կազմի պողպատները լինում են ածխածնային և լեգիրացված։ Ըստ ածխածնի պարունակության դասակարգման, լինում են ցածր ածխածնային (С-ն մինչև 0,25%), միջին ածխածնային (С-ն 0,25÷0,6%) և բարձր ածխածնային (С-ն 0,6—2%)։ Լեգիրացված պողպատներն ըստ լեգիրացնղ տարրերի լինում են ցածր լեգիրացված՝ մինչև 4% լեգիրացնող տարրեր, միջին լեգիրացված՝ մինչև 11% լեգիրացնող տարրեր և բարձր լեգիրացված՝ 11%-ից ավել լեգիրացնող տարրեր։ Բարձր լեգիրացված պողպատներն օգտագործվում են պարբերական հատվածքի ամրանային ձողերի արտադրության ժամանակ։

Ստացման եղանակից կախված պողպատները պարունակում են տարբեր քանակի ոչ մետաղական բաղադրիչներ։ Ըստ կողմնակի խառնուրդների պարունակության դասակարգման պողպատները լինում են սովորական որակի, որակյալ, բարձրորկ և առանձնապես բարձրորակ։

Պողպատները, ըստ ածխածնի պարունակության, դասակարգվում են 3 հիմնական խմբի.
Ցածրածխածնային, որտեղ ածխածնի պարունակությունը մինչև 0,3% է
Միջին ածխածնային՝ 0,3 % - 0,65%
Բարձրածխածնային ՝ 0.6% -ից ավել

Ըստ կիրառման բնագավառի՝ ածխածնային պողպատները բաժանվում են 2 խմբի՝ 
կոնստրուկցիոն 
գործիքային։ 
Կոնստրուկցիոն խմբին են դասվում ցածր և միջին ածխածնային պողպատները, իսկ գործիքային խմբին՝ բարձրածխածնային պողպատները։

Ըստ որակի՝ պողպատները բաժանվում են 3 խմբի՝ 
սովորական որակի, 
որակյալ 
 բարձրորակ։ 
Որակը որոշվում է նրա մաքրության աստիճանից։

Ընդհանուր բնութագիր 
Մինչև 2,14 % ածխածնի պարունակությամբ երկաթի համաձուլվածքները այլ տարրերի քիչ պարունակության դեպքում անվանվում են ածխածնային պողպատներ։

Ածխածնային պողպատների բյուրեղացումը եզրափակվում է աուստենիտի ձևավորմամբ։ Նրանց կառուցվածքում չկան էվտեկտիկաներ (լեդեբուրիտա), ինչի շնորհիվ նրանք օժտված են բարձր պլաստիկությամբ, հատկապես տաքացման դեպքում, ինչի արդյունքում էլ լավ են դեֆորմացվում։

Ածխածնային պողպատների հալումը կատարվում է էլեկտրական վառարաններում, մարտենյան վառարաններում և թթվածնային կոնվերտերներում։ Լավագույն հատկություններով է օժտված էլեկտրապողպատը. ավելի մաքուր է՝ ըստ վնասակար խառնուկների պարունակության՝ ծծմբի և ֆոսֆորի, ինչպես նաև գազերի և ոչ մետաղական միացությունների։ Այն օգտագործվում է առավել պատասխանատու դետալների պատրաստման համար։

Ըստ թթվեցման եղանակի տարբերում են՝
 եռացող, 
կիսահանգիստ 
 հանգիստ պողպատներ։

Ածխածնի նույն պարունակության դեպքում եռացող, կիսահանգիստ և հանգիստ պողպատներն ունեն ամրության հատկություների մոտ արժեքներ և տարբերվում են պլաստիկության բնութագրիչ նշանակություններով։ Սիլիցիումի պարունակությունը հանգիստ պողպատում կազմում է 0,15-0,35, կիսահանգիստում՝ 0,05-0,15, եռացողում՝ մինչև 0,05%։

Եռացող պողպատի թթվեցման համար սիլիցիում և ալյումին չեն կիրառում, նրան թթվեցնում են մանգանով։ Ձուլվածքում եռացող պողպատն ունի կտրուկ արտահայտված քիմիական տարասեռություն։ Նրա հիմնական առավելությունն է հանդիսանում բարձր (ավելի քան 95%) պիտանի արտադրանքի թողարկման ցուցանիշը։ Շնորհիվ սիլիցիումի և ածխածնի ցածր պարունակության՝ եռացող պողպատները սառը վիճակում լավ են դրոշմվում։ Թթվածնի կոնցենտրացիայի բարձրացման պատճառով եռացող պողպատներն ունեն համեմատաբար բարձր սառնաբեկունության շեմ, և խորհուրդ չի տրվում նրանց կիրառել հյուսիսային կատարողականության ապրանքների համար։

Թթվայնացված մանգանով և ալյումինով շերեփ վառարանում կիսահանգիստ պողպատների մոտ պիտանի արտադրանքի թողարկման ցուցանիշը կազմում է 90-95%։
Հանգիստ պողպատը թթվեցվում է սիլիցիումով, մանգանով և ալյումինով։ Հանգիստ պողպատի ձուլակտորների պիտանի արտադրանքի թողարկման ցուցանիշը շուրջ 85% է, բայց մետաղը զգալիորեն ավելի խիտ է և ունի ավելի միատարր քիմիական կազմություն։

Ածխածնային պողպատների հատկությունները կախված են հիմնական տարրի պարունակությունից՝ ածխածնից, ինչպես նաև մշտական և թաքնված խառնուկների պարունակությունից։

Ածխածնի ազդեցությունը պողպատի հատկությունների վրա

Ածխածինը հանդիսանում է այն կարևորագույն տարրը, որը որոշում է ածխածնային պողպատի կառուցվածքն ու հատկությունները։ Նույնիսկ ածխածնի պարունակության մի փոքր փոփոխությունը նկատելի ազդեցություն է թողնում պողպատի հատկությունների վրա։ Պողպատի կառուցվածքում ածխածնի ավելացման հետ կապված աճում է ցեմենտիտի պարունակությունը։

Մինչև 0,8% C-ի պարունակության դեպքում պողպատը կազմված է ֆերրիտից և պեռլիտից, 0,8 %-ից ավելի C–ի պարունակության դեպքում պողպատի կառուցվածքում պեռլիտից բացի հայտնվում է կառուցվածքայնորեն ազատ երկրորդային ցեմենտիտ։

Ֆերրիտն ունի ցածր ամրություն, բայց համեմատաբար պլաստիկ է։ Ցեմենտիտը բնութագրվում է բարձր կարծրությամբ, բայց փխրուն է, այդ իսկ պատճառով ածխածնի պարունակության աճի հետ մեծանում են կարծրությունն ու ամրությունը, և նվազում են պողպատի կպչունությունն ու պլաստիկությունը։

Ամրության աճը տեղի է ունենում պողպատում 0,8-1,0 % C պարունակության դեպքում։ 1,0 %-ից ավելի ածխածնի պարունակության աճի դեպքում նվազում է ոչ միայն պլաստիկությունը, այլ նաև պողպատի ամրությունը. դա կապված է ծանրաբեռնվածության դեպքում հեշտ ոչնչացող պեռլիտային մանրահատիկների շուրջ փխրուն ցեմենտիտի ցանցի ձևավորման հետ։ Այդ պատճառով հիպերէվտեկտոիդային պողպատները ենթարկում են հատուկ շիկամշակման, որի արդյունքում ստանում են հատիկավոր պեռլիտի կառուցվածքը։ Ածխածինը էական ազդեցություն է թողնում պողպատի տեխնոլոգիական հատկությունների՝ զոդելիության, կտրմամբ և ճնշմամբ մշակելիության վրա։

Ածխածնի պարունակության աճի հետ վատթարանում են զոդելիությունը, ինչպես նաև տաք, և հատկապես սառը վիճակում, դեֆորմացվելու ունակությունը։ Ամենից լավ կտրմամբ մշակվում են 0,3-0,4 % C պարունակող միջածխածնային պողպատները։

Ցածրածխածնային պողպատները մեխանիկական մշակման դեպքում տալիս են վատ մակերևույթ և դժվար հեռացվող տաշեղ։

Բարձրածխածնային պողպատները ունեն բարձր կարծրություն, որն իջեցնում է գործիքի դիմացկունությունը։

Խառնուկների ազդեցությունը պողպատի վրա
Ածխածնային պողպատներում մշտական խառնուկներն են մանգանը, սիլիցիումը, ծծումբն ու ֆոսֆորը, իսկ թաքնված խառնուկներն են գազերը՝ թթվածինը, ազոտը և ջրածինը։

Օգտակար խառնուկներ են հանդիսանում մանգանն ու սիլիցիումը։ Նրանց պողպատ են ներմուծում ձուլման պրոցեսսում թթվեցման համար.

FeO + Mn ⟶ MnO + Fe;
2FeO + Si ⟶ SiՕ_2+ 2Fe.

Ածխածնային պողպատում պարունակվում է մինչև 0,8 % Mn։ Մանգանով, անկախ թթվեցումից, այդ քանակություններում լիովին լուծվում է ֆերրիտում և ամրապնդում է նրան, մեծացնում է պողպատի շիկացումը, ինչպես նաև նվազեցնում է ծծմբի ազդեցությունը՝ նրան կապելով՝

FeS + Mn ⟶ MnS + Fe։

Լիովին թթվեցված ածխածնային պողպատում պարունակվում է մինչև 0,4 % Si։ Սիլիցիումը հանդիսանում է օգտակար խառնուկ, քանի որ արդյունավետ թթվեցնում է պողպատը և ամբողջովին լուծվում է ֆերրիտում, խթանում է նրա ամրությանը։

Պողպատում վնասակար խաոնուկներ են հանդիսանում ծծումբն ու ֆոսֆորը։ Պողպատում ծծմբի հիմնական աղբյուրն է ելքային հումքը (թուջ)։ Ծծումբն իջեցնում է պողպատի պլաստիկությունն ու մածուցիկությունը, ինչպես նաև գլանման և կռման դեպքում պողպատին հաղորդում է շոգեփխրունություն։

Ծծումբը պողպատում լուծելի չէ։ Այն երկաթի հետ ձևավորում է երկաթի սուլֆիդ (FeS) միացությունը, որը մետաղում լավ է լուծվում։ Մանգանի քիչ պարունակության դեպքում, շնորհիվ պողպատում ծծմբի բարձր լիկվացիացման, կարող է ձևավորվել Fe – FeS (t_հլ = 988 °C) դյուրահալ էվտեկտիկան։ Էվտեկտիկան զետեղվում է հատիկների սահմաններով։

Պողպատային կիսահումքերի մինչև դեֆորմացման թեժ ջերմաստիճանների տաքացման դեպքում էվտեկտիկայի միացությունները պողպատին հաղորդում են դյուրաբեկություն, իսկ որոշակի պայմանների ժամանակ նույնիսկ կարող են հալվել և դեֆորմացման դեպքում գոյացնել պատռվածքներ և ճեղքեր։ Մանգանը վերացնում է շոգեփխրունությունը, քանի որ մանգանի սուլֆիդները հատիկների սահմաններում ցանց չեն ձևավորում և նրանց հալման ջերմաստիճանը շուրջ 1620 °C է, որը բարձր է թեժ դեֆորմացման ջերմաստիճանից։ Սրա հետ միասին մանգանի սուլֆիդները, ինչպես և այլ ոչ մետաղական միացություններ իջեցնում են նաև մածուցիկությունն ու պլաստիկությունը, նվազեցնում պողպատի ամրության հոգնածությունը, այդ իսկ պատճառով պողպատում ծծմբի պարունակությունը պետք է լինի որքան հնարավոր է քիչ։

Ծծմբի պարունակության ավելացումը (մինչև 0,2%) թույլ է տրվում միայն ավտոմատային պողպատներում ոչ պատասխանատու նշանակության ամրացնող դետալների պատրաստման համար։ Ծծումբը բարելավում է պողպատի մշակելիությունը։

Ֆոսֆորի հիմնական աղբյուրն է հանքաքարերը, որոնցից ձուլվում է ելքային թուջ։ Ֆոսֆորը հանդիսանում է վնասակար խառնուկ, որը մինչև 1,2% քանակությամբ ունակ է լուծվել ֆերրիտում։ Լուծվելով ֆերրիտում՝ ֆոսֆորը նվազեցնում է նրա պլաստիկությունը։ Ֆոսֆորը կտրուկ տարբերվում է երկաթից բյուրեղացանցի տեսակով, ատոմների տրամագծով և նրանց կառուցվածքով։ Այդ իսկ պատճառով ֆոսֆորը զետեղվում է հատիկների սահմանների մոտ և նպաստում է նրանց փխրեցմանը՝ բարձրացնելով սառնաբեկունության ջերմաստիճանային շեմը։

Թաքնված խառնուկները՝ թթվածինը, ազոտը, ջրածինը, պողպատում ներկա են կամ ֆերրիտում պինդ լուծույթի տեսքով, կամ քիմիական միացություններում (նիտրիդներ, օքսիդներ) , կամ մետաղի ծակոտիներում ՝ գտնվելով ազատ վիճակում։ Թթվածինն ու ազոտը ֆերրիտում քիչ լուծվող են։ Նրանք պողպատը աղտոտում են դյուրաբեկ ոչ մետաղական միացումներով, ինչը իջեցնում է պողպատի մածուցիկությունն ու պլաստիկությունը։ Ջրածինը գտնվում է պինդ լուծույթում և հատկապես ուժեղ փխրեցնում է պողպատը։ Ջրածնի պարունակության ավելացումը, հատկապես քրոմային և քրոմ-նիկելային պողպատներում, բերում է ներքին ճեղքերի՝ ֆլոկենների, ձևավորմանը։

Նույնիսկ գազերի ոչ մեծ կոնցենտրացիաները կտրուկ բացասական ազդեցություն են ցուցաբերում հատկությունների վրա՝ վատթարացնելով պողպատի պլաստիկ և մածուցիկ բնութագրերը։ Այդ իսկ պատճառով վակուումացումը կարևոր գործողություն է հանդիսանում պողպատի հատկությունների բարելավման համար։

Բացի այդ, ածխածնային պողպատներում ներկա են այնպիսի պատահական խառնուկներ, ինչպիսիք են Cr-ը, Ni-ը, Cu-ը, որոնց առկայությունը պայմանավորված է բովախառնուրդի աղտոտվածությամբ։

Կիրառություն
Լայնորեն կիրառվում է ամենատարբեր բնագավառներում՝
 20-դ դարի 30-ական թվականներից Նյու-Յորքի երկնաքերների կմախքների կոնստրուկցիաներ ստանալու համար սկսել են կիրառվել պողպատե շինվածքներ՝ փոխարինելով երկաթբետոնին։ Երկաթբետոնե կոնստրուկցիաների համեմատ հիմնական առավելությունն այն է, որ միևնույն կրողունակության դեպքում պողպատե կոնստրուկցիաները գրավում են շատ ավելի քիչ տարածություն։ 
 Պողպատից են պատրաստվում էլեկտրահաղորդման գծերի հենասյուները, հեռուստաաաշտարակներ և այլ տեսակի աշտարակներ։
 Կիրառվում է ճոպանների արտադրության համար, որոնք օգտագործվում են կամուրջների և ճոպանուղիների կառուցման ժամանակ։
 Շինարարական կոնստրուկցիաներում օգտագործելու համար պատրաստվում են պողպատե պրոֆիլային շինվածքներ՝ շվելերներ, երկտավրներ, անկյունակներ և այլն։
 Ջրագծերի համար օգտագործվող խողովակների պատրաստման համար մինչև վերջին ժամանակներս որպես նյութ կիրառվում էին միայն պողպատ և թուջ։ Ներկայումս, հիմնականում փոքր տրամագծի խողովակներ արտադրելու համար կիրառվում են պլաստիկ զանգվածներ։

Բնութագրական տվյալներ

 Խտությունը՝ 7700÷7900 կգ/մ³
 Առաձգականության գործակիցը՝ 200000÷210000 ՄՊա
 Տեսակարար ջերմունակությունը 20 °C-ի դեպքում՝ 462 Ջ/(կգ·°C)
 Հալման ջերմաստիճանը՝ 1451÷1522 °C
 Տեսակարար էլեկտրական դիմադրությունը 0,103 Օհմ·մմ²/մ

Արտադրություն
Թուջը պողպատի վերամշակման պրոցեսի էությունը ածխածնի և պողպատը փխրուն և բեկուն դարձնող վնասակար խառնուրդների՝ ֆոսֆորի և ծծմբի պարունակությունը պահանջվող քանակությանը հասցնելու մեջ է։

Պողպատ արդադրող երկրների վարկանիշային աղյուսակը

Չժանգոտող պողպատ 

Չժանգոտող պողպատը մթնոլորտում և ագրեսիվ միջավայրերում կորոզիային դիմացող լեգիրացված պողպատ է։ Թթվային կորոզիային դիմադրելու քրոմի բարձր պարունակություն ունեցող պողպատի հատկությունը 1913 թվականին բացահայտել է Հարրի Բրեարլին։

Ծանոթագրություններ

Գրականություն 
Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И., Материаловедение

Պողպատ
Շինարարական նյութեր
Պողպատի արտադրություն
Երկաթի համաձուլվածքներ