თუჯისწარმოადგენს რკინა-ნახშირბადის შენადნობების ჯგუფს ნახშირბადის შემცველობით 2%-ზე მეტი.მისი სარგებლიანობა გამომდინარეობს მისი შედარებით დაბალი დნობის ტემპერატურიდან.შენადნობის კომპონენტები გავლენას ახდენენ მის ფერზე გატეხვისას: თეთრ თუჯს აქვს კარბიდური მინარევები, რომლებიც ბზარებს საშუალებას აძლევს პირდაპირ გაიარონ, ნაცრისფერ თუჯს აქვს გრაფიტის ფანტელები, რომლებიც ახდენენ გამავალ ბზარს და წარმოქმნიან უამრავ ახალ ბზარს მასალის მსხვრევისას, ხოლო დრეკადი თუჯს აქვს სფერული. გრაფიტის „კვანძები“, რომლებიც აჩერებენ ბზარის შემდგომ განვითარებას.

ნახშირბადი (C) 1,8-დან 4 წონით, და სილიციუმი (Si) 1-3 wt%, არის თუჯის მთავარი შენადნობი ელემენტები.რკინის შენადნობები დაბალი ნახშირბადის შემცველობით ცნობილია როგორც ფოლადი.

თუჯის ტენდენცია მტვრევადია, გარდა დრეკადი თუჯისა.შედარებით დაბალი დნობის წერტილით, კარგი თხევადობით, ჩამოსხმის უნარით, შესანიშნავი დამუშავების უნარით, დეფორმაციისადმი გამძლეობით და აცვიათ წინააღმდეგობის გამო, თუჯები გახდა საინჟინრო მასალა ფართო სპექტრით და გამოიყენება მილებში, მანქანებში და საავტომობილო ინდუსტრიის ნაწილებში, როგორიცაა ცილინდრი. თავები, ცილინდრის ბლოკები და გადაცემათა კოლოფის კოლოფები.მდგრადია დაჟანგვის შედეგად დაზიანების მიმართ.

ადრეული თუჯის არტეფაქტები თარიღდება ძვ.თუჯას იყენებდნენ ძველ ჩინეთში ომის, სოფლის მეურნეობისა და არქიტექტურისთვის.მე-15 საუკუნეში თუჯი გამოიყენებოდა ქვემეხისთვის ბურგუნდიაში, საფრანგეთში და ინგლისში რეფორმაციის დროს.ქვემეხისთვის გამოყენებული თუჯის რაოდენობა მოითხოვდა ფართომასშტაბიან წარმოებას. პირველი თუჯის ხიდი აშენდა 1770-იან წლებში აბრაამ დარბი III-ის მიერ და ცნობილია როგორც რკინის ხიდი შროპშირში, ინგლისი.თუჯი გამოიყენებოდა შენობების მშენებლობაშიც.

შენადნობი ელემენტები

თუჯის თვისებები იცვლება სხვადასხვა შენადნობი ელემენტების, ანუ შენადნობების დამატებით.ნახშირბადის გვერდით სილიციუმი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი შენადნობი, რადგან ის აიძულებს ნახშირბადს ხსნარიდან გამოვიდეს.სილიციუმის დაბალი პროცენტი საშუალებას აძლევს ნახშირბადს დარჩეს ხსნარში, წარმოქმნის რკინის კარბიდს და წარმოიქმნება თეთრი თუჯის წარმოება.სილიციუმის მაღალი პროცენტი აიძულებს ნახშირბადს ამოიღოს ხსნარიდან გრაფიტის წარმოქმნით და ნაცრისფერი თუჯის წარმოებაში.სხვა შენადნობის აგენტები, მანგანუმი, ქრომი, მოლიბდენი, ტიტანი და ვანადიუმი ეწინააღმდეგება სილიციუმს, ხელს უწყობს ნახშირბადის შეკავებას და ამ კარბიდების წარმოქმნას.ნიკელი და სპილენძი ზრდის სიმტკიცეს და დამუშავებას, მაგრამ არ ცვლის წარმოქმნილი გრაფიტის რაოდენობას.ნახშირბადი გრაფიტის სახით იწვევს უფრო რბილ რკინას, ამცირებს შეკუმშვას, ამცირებს სიმტკიცეს და ამცირებს სიმკვრივეს.გოგირდი, ძირითადად დამაბინძურებლის არსებობისას, წარმოქმნის რკინის სულფიდს, რომელიც ხელს უშლის გრაფიტის წარმოქმნას და ზრდის სიმტკიცეს.გოგირდის პრობლემა ის არის, რომ იგი ბლანტად აქცევს თუჯს, რაც იწვევს დეფექტებს.გოგირდის ზემოქმედების საწინააღმდეგოდ, მანგანუმს ემატება, რადგან ეს ორი წარმოიქმნება მანგანუმის სულფიდში, რკინის სულფიდის ნაცვლად.მანგანუმის სულფიდი უფრო მსუბუქია, ვიდრე დნობა, ამიტომ ის მიდრეკილია დნობისგან და წიდაში ცურვისკენ.გოგირდის გასანეიტრალებლად საჭირო მანგანუმის რაოდენობაა 1,7 × გოგირდის შემცველობა + 0,3%.თუ ამ რაოდენობაზე მეტი მანგანუმი დაემატება, მაშინ წარმოიქმნება მანგანუმის კარბიდი, რომელიც ზრდის სიმტკიცეს და გაციებას, გარდა ნაცრისფერი რკინისა, სადაც მანგანუმის 1%-მდე ზრდის სიმტკიცე და სიმკვრივე.

ნიკელი არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული შენადნობის ელემენტი, რადგან ის აუმჯობესებს პერლიტისა და გრაფიტის სტრუქტურას, აუმჯობესებს სიმტკიცეს და ათანაბრებს სიხისტის განსხვავებას მონაკვეთების სისქეებს შორის.ქრომს ემატება მცირე რაოდენობით, რათა შეამციროს თავისუფალი გრაფიტი, წარმოქმნას გაციება და რადგან ის არის ძლიერი კარბიდის სტაბილიზატორი;ნიკელს ხშირად ემატება ერთად.0,5% ქრომის შემცვლელად შეიძლება დაემატოს მცირე რაოდენობით კალის.სპილენძს უმატებენ ლანგარში ან ღუმელში, 0,5–2,5%-ის რიგითობით, რათა შემცირდეს გაციება, დახვეწოს გრაფიტი და გაიზარდოს სითხე.მოლიბდენს ემატება 0,3–1% რიგის მიხედვით, რათა გაიზარდოს გაციება და დახვეწოს გრაფიტისა და პერლიტის სტრუქტურა;მას ხშირად ემატება ნიკელთან, სპილენძთან და ქრომთან ერთად მაღალი სიმტკიცის უთოების შესაქმნელად.ტიტანს ემატება როგორც გამწმენდი და დეოქსიდიზატორი, მაგრამ ის ასევე ზრდის სითხეს.0,15–0,5% ვანადიუმი ემატება თუჯას ცემენტიტის სტაბილიზაციისთვის, სიხისტის გაზრდის და ცვეთა და სითბოსადმი წინააღმდეგობის გაზრდის მიზნით.0,1–0,3% ცირკონიუმი ხელს უწყობს გრაფიტის წარმოქმნას, დეოქსიდიზაციას და სითხის გაზრდას.

ელასტიური რკინის დნობის დროს ბისმუტს ემატება 0,002–0,01% მასშტაბით, რათა გაიზარდოს სილიციუმის დამატება.თეთრ რკინაში ბორი ემატება, რათა დაეხმაროს ელასტიური რკინის წარმოებას;ის ასევე ამცირებს ბისმუტის უხეში ეფექტს.

ნაცრისფერი თუჯის

რუხი თუჯი ხასიათდება მისი გრაფიკული მიკროსტრუქტურით, რაც იწვევს მასალის მოტეხილობას ნაცრისფერ იერს.ეს არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული თუჯის და ყველაზე ფართოდ გამოყენებული თუჯის მასალა წონის მიხედვით.თუჯის უმეტესობას აქვს 2,5–4,0% ნახშირბადის, 1–3% სილიციუმის და დანარჩენი რკინის ქიმიური შემადგენლობა.რუხი თუჯის აქვს ნაკლები დაძაბულობის ძალა და დარტყმის წინააღმდეგობა, ვიდრე ფოლადი, მაგრამ მისი კომპრესიული ძალა შედარებულია დაბალი და საშუალო ნახშირბადიანი ფოლადისაგან.ეს მექანიკური თვისებები კონტროლდება მიკროსტრუქტურაში არსებული გრაფიტის ფანტელების ზომისა და ფორმის მიხედვით და შეიძლება დახასიათდეს ASTM-ის მიერ მოცემული მითითებების მიხედვით.

თეთრი თუჯის

თეთრი თუჯი აჩვენებს თეთრ გატეხილ ზედაპირებს რკინის კარბიდის ნალექის არსებობის გამო, რომელსაც ეწოდება ცემენტიტი.სილიციუმის დაბალი შემცველობით (გრაფიტიზატორული აგენტი) და უფრო სწრაფი გაგრილების სიჩქარით, ნახშირბადი თეთრ თუჯის ნალექში დნება, როგორც მეტასტაბილური ფაზის ცემენტიტი, Fe.₃C, ვიდრე გრაფიტი.ცემენტიტი, რომელიც დნობისგან გროვდება, შედარებით დიდ ნაწილაკებად იქმნება.რკინის კარბიდის ნალექის გამო, ის ამოიღებს ნახშირბადს თავდაპირველი დნობიდან, მოძრაობს ნარევისკენ, რომელიც უფრო ახლოსაა ევტექტიკასთან, ხოლო დარჩენილი ფაზა არის ქვედა რკინა-ნახშირბადის აუსტენიტი (რომელიც გაციებისას შეიძლება გარდაიქმნას მარტენზიტად).ეს ევტექტიკური კარბიდები ძალიან დიდია იმისათვის, რომ უზრუნველყონ ის, რასაც ნალექის გამკვრივება ჰქვია (როგორც ზოგიერთ ფოლადში, სადაც გაცილებით მცირე ცემენტიტის ნალექები შეიძლება დათრგუნონ [პლასტიკური დეფორმაცია] დისლოკაციების გადაადგილების შეფერხებით სუფთა რკინის ფერიტის მატრიცაში).პირიქით, ისინი ზრდიან თუჯის მოცულობითი სიმტკიცეს უბრალოდ საკუთარი ძალიან მაღალი სიხისტისა და მათი მნიშვნელოვანი მოცულობის ფრაქციის გამო, ისე, რომ ნაყარი სიხისტე შეიძლება მიახლოებული იყოს ნარევების წესით.ნებისმიერ შემთხვევაში, ისინი სიმტკიცეს სთავაზობენ სიმტკიცის ხარჯზე.ვინაიდან კარბიდი წარმოადგენს მასალის დიდ ნაწილს, თეთრი თუჯის გონივრულად შეიძლება კლასიფიცირებული იყოს როგორც კერმეტი.თეთრი რკინა ზედმეტად მყიფეა ბევრ სტრუქტურულ კომპონენტში გამოსაყენებლად, მაგრამ კარგი სიხისტისა და აბრაზიას წინააღმდეგობის და შედარებით დაბალი ღირებულების გამო, ის გამოიყენება ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა ცვეთის ტუმბოების აცვიათ ზედაპირები (იმპულერი და ღუმელი), ჭურვის ლაინერები და ამწევი ზოლები ბურთულაში. წისქვილები და ავტოგენური საფქვავი ქარხნები, ბურთულები და რგოლები ნახშირის საფქვავებში და თხრილის თხრიან ვედროს კბილები (თუმცა ჩამოსხმული საშუალო ნახშირბადის მარტენზიტული ფოლადი უფრო გავრცელებულია ამ გამოყენებისთვის).

ძნელია სქელი ჩამოსხმის საკმარისად სწრაფად გაცივება, რომ დნობა თეთრი თუჯის სახით გამაგრდეს მთელი გზა.თუმცა, სწრაფი გაგრილება შეიძლება გამოყენებულ იქნას თეთრი თუჯის გარსის გასამაგრებლად, რის შემდეგაც ნარჩენი უფრო ნელა გაცივდება ნაცრისფერი თუჯის ბირთვის შესაქმნელად.შედეგად ჩამოსხმა, ე.წგაცივებული ჩამოსხმა, აქვს მყარი ზედაპირის უპირატესობა გარკვეულწილად მკაცრი ინტერიერით.

მაღალი ქრომის თეთრი რკინის შენადნობები მასიური ჩამოსხმის საშუალებას იძლევა (მაგალითად, 10 ტონიანი იმპერატორის) ქვიშის ჩამოსხმა, რადგან ქრომი ამცირებს გაციების სიჩქარეს, რომელიც საჭიროა კარბიდების წარმოებისთვის მასალის უფრო დიდი სისქის მეშვეობით.ქრომი ასევე აწარმოებს კარბიდებს შთამბეჭდავი აბრაზიული წინააღმდეგობით.ეს მაღალი ქრომის შენადნობები თავის უმაღლეს სიმტკიცეს მიაწერენ ქრომის კარბიდების არსებობას.ამ კარბიდების ძირითადი ფორმაა ევტექტიკური ან პირველადი M₇C₃კარბიდები, სადაც "M" წარმოადგენს რკინას ან ქრომს და შეიძლება განსხვავდებოდეს შენადნობის შემადგენლობის მიხედვით.ევტექტიკური კარბიდები ქმნიან ღრუ ექვსკუთხა ღეროების შეკვრას და იზრდება ექვსკუთხა ბაზალური სიბრტყის პერპენდიკულურად.ამ კარბიდების სიმტკიცე 1500-1800 HV-ის ფარგლებშია.

მოქნილი თუჯის

მოქნილი რკინა იწყება თეთრი რკინის ჩამოსხმის სახით, რომელიც შემდეგ სითბოს მუშავდება ერთი ან ორი დღის განმავლობაში დაახლოებით 950 °C (1740 °F) ტემპერატურაზე და შემდეგ გაცივდება ერთი ან ორი დღის განმავლობაში.შედეგად, რკინის კარბიდში შემავალი ნახშირბადი გარდაიქმნება გრაფიტად და ფერიტად, პლუს ნახშირბადად (ოსტენიტად).ნელი პროცესი საშუალებას აძლევს ზედაპირულ დაძაბულობას შექმნას გრაფიტი სფეროიდულ ნაწილაკებად და არა ფანტელებად.მათი ქვედა ასპექტის თანაფარდობის გამო, სფეროიდები შედარებით მოკლეა და შორს არიან ერთმანეთისგან და აქვთ ქვედა ჯვარი განყოფილება გამავრცელებელი ბზარის ან ფონონის მიმართ.მათ ასევე აქვთ ბლაგვი საზღვრები, ფანტელებისგან განსხვავებით, რაც ამსუბუქებს ნაცრისფერ თუჯის სტრესის კონცენტრაციის პრობლემებს.ზოგადად, დრეკადი თუჯის თვისებები უფრო ჰგავს რბილი ფოლადის თვისებებს.არსებობს შეზღუდვა, თუ რამდენად დიდი ნაწილი შეიძლება ჩამოსხმა დრეკად რკინაში, რადგან ის მზადდება თეთრი თუჯისგან.

დრეკადი თუჯის