Summary
Samenvatting How to build a ship
- Course
- Institution
samenvatting van scheepsbouw opv notities, powerpoint en eigen studie
[Show more]
Seller
Follow
jannesserrien
Content preview
1. ConstructiemateriaalA: Productie van staal
Knee /Bracket
Functie van de knee is een versteviging die ervoor dient om spanningen op te vangen. Spanningslijnen
gaan zich verzamelen in bepaalde punten van de constructie. Een knee dient ervoor om deze
spanningslijnen beter te begeleiden. Dit voorkomt scheurvorming en metal fatigue.
Evolutie staalbouw
Knees / brackets waren een van de eerste elementen die uit staal werden vervaardigd. Ook de Girder: een
langsscheepse versteviging, werd vrij snel uit staal vervaardigd. In deze tijd waren de meeste schepen
composite schepen, bestaande uit stalen elementen in het frame, met een houten bekladding.
Toen men leerde hoe staal geplooid kon worden, is men de romp van de schepen gaan bekladden met
staal. (tijdens wereldoorlogen). Dit vanwege betere weerbaarheid tegen beschadigingen aan de romp. Kort
daarna is de houten romp volledig vervangen door een stalen huid.
De eerste schepen werden geklonken. Lassen is pas later gebruikelijk geworden. Enkele aandachtspunten:
- Geklonken verbindingen zijn sterker dan lassen, want bij lassen komt warmte vrij die de kristalstructuur
van staal aantast;
- Lassen is sneller daardoor goedkoper;
- Lassen geeft een meer effen huidoppervlak, dus minder weerstand in het water.
I: Staal
Staal is een legering van ijzer en een of meerdere andere elementen.
Legeringen zijn producten waar twee of meerdere metalen zijn vermengd. Het metaal met de hoogste
concentratie noemen we het solvent, de andere de opgeloste stoffen. De meeste legeringen zijn mengsels
van metalen.
Koolstof & staal
Koolstof is geen legeringselement bij staal. Koolstof wordt aan ijzer toegevoegd om stevigheid te creëren.
Een laag koolstofgehalte geeft zacht staal dat weliswaar bewerkelijk is, maar weinig krachten kan dragen.
Dit wordt vaak gebruikt vanwege de magnetische eigenschappen.
De staaltypes die in de industrie worden gebruikt worden onderscheiden op koolstofgehalte:
- Industrieel ijzer en zacht staal : < 0,05 % koolstof;
Gemakkelijk te lassen,
Zacht geen constructiedoeleiden
Magnetisch elektriciteitsindustrie
- Staal : tussen 0,05 en 2,1 % koolstof;
- Gietijzer : tussen 2,1 en 6,67 % koolstof.
lager smeltpunt - gemakkelijk te gieten - minder stevig en sterk dan staal
Binnen staal (0,05 en 2,1%) wordt ook onderscheid gemaakt:
Obv koolstofconcentratie;
obv legeringsconcentratie: ongelegeerd staal (maximaal 1,5% aan legeringselementen) -
laaggelegeerd staal (van 1,5% tot 5% aan legeringselementen bv Ni, Cu, Cr,
Mn)
hooggelegeerd staal (meer dan 5% aan legeringselementen)
Mogelijke toepassingen en voordelen van het gebruik van legeringen zijn dan ook:
- verhogen van: de duurzaamheid, de taaiheid, de elasticiteit
- vergemakkelijken van: het lassen, het smeden, het gieten, het verwerken, het polijsten,
het anodisch oxideren
,- verhogen van de corrosieweerstand
- het bekomen van heel precieze werkstukken, exacte afmetingen met heel gladde oppervlakten
- aanpassen van: de thermische en/of elektrische geleidbaarheid, het magnetisme
- aanpassen van: de kleur, specifiek volume
- verlaging van het smeltpunt
- opheffen van de poreusheid
Legeringselementen:
•Koolstof: Het verhogen van het koolstofgehalte verhoogt de hardheid enigszins en de slijtvastheid
aanzienlijk.
•Mangaan: Kleine hoeveelheden mangaan verminderen de brosheid en verbeteren de smeedbaarheid.
Grotere hoeveelheden mangaan verbeteren de hardbaarheid, maken olieblussing mogelijk en verminderen
blusvervorming.
•Silicium: Verbetert sterkte, taaiheid en schokbestendigheid.
•Wolfraam ( tungsten): Verbetert "hete hardheid" - gebruikt in snelstaal. (gereedschap: boormachines/…)
•Vanadium: Verfijnt de carbide structuur en verbetert de smeedbaarheid, wat ook de hardheid en
slijtvastheid verbetert.
•Molybdeen: Verbetert diep harden, taaiheid, en in grotere hoeveelheden, "hete hardheid". Wordt gebruikt
in snelstaal omdat het goedkoper is dan wolfraam.
•Chroom: Verbetert de hardbaarheid, slijtvastheid en taaiheid.
•Nikkel: Verbetert de taaiheid en slijtvastheid in mindere mate.
Staalproductie: ijzer wordt vrijgemaakt uit het ijzererts dmv reductie (= het verwijderen van zuurstof)
Input:
1. Ijzererts (grondstof);
2. Kalk - Onzuiverheden vormen samen met kalk een stof met een andere
dichtheid dan ijzer, waardoor men dit
makkelijk kan separeren;
3. Kool - Om thermisch te behandelen (zuiveren) zodat deze tot cokes worden
gevormd. Steenkool krijgt een speciale warmtebehandeling om van
verontreinigingen te worden ontdaan teneinde een meer zuivere brandstof te
maken. Cokes ontstaat door de thermolyse van vermalen steenkool. De cokes
leveren warmte + het reducerende gas dat de zuurstofatomen uit het ijzeroxide
haalt.
Voorbehandeling:
4. Pelletiseren - Materiaal dat niet geschikt is voor sinteren (zeer fijn gemalen
ertspoeder (0,01 – 0,1 mm)), of hergebruik van restmateriaal uit sinterproces
wordt met bindmiddelen en water gevormd tot knikkers n 10 – 30 mm diameter, die vervolgens worden
gebakken in een doorloopoven, waardoor ze een voldoende sterkte en poreusheid verkrijgen om in de
hoogoven te worden geladen
5. Sinteren: na het breken tot korrelgrootten < ongeveer 6 mm worden de ertsen gemengd met brandstof
(fijn antraciet of cokes) en toeslagstoffen (o.a. kalksteen). Dit mengsel wordt op de lopende band van een
doorloopoven gebracht en aangestoken. Door de verbranding van de kool wordt de temperatuur hoog
genoeg om de ertsen aan elkaar te laten bakken (sinteren) tot een poreuze massa. Deze wordt, na
afkoeling, gebroken tot de voor de hoogoven meest geschikte brokgrootte (5 – 40 mm).
6. Vergruizen - kalk wordt vergruisd: verontreinigingen (silicaten) verwijderen uit het ijzererts → vormt slak
Hoogoven
,7. Hete lucht langs onder ingeblazen komt in contact met de cokes
exotherme reactie: vorming CO gas nog heter
CO reageert met de pellets en sinter: onttrekking zuurstof ontstaan
vloeibaar ijzer
Slak (= kalk en silicaten) blijven bovenop vloeibaar ijzer drijven
verwijderen: terreinophoging/ toeslagstof in beton
Transport
8. Het ijzer afkomstig uit de hoogoven is zeer bros omdat er in het
verbrandingsproces cokes (koolstof) is gebruikt. Het koolstofgehalte is
dus heel hoog. (moet nog gezuiverd worden)
Raffinageprocessen
Blast Furnaces
9 Convertor voor het oxystaalproces: Zuurstoflansen blazen zuurstof met
hoge snelheid in de gesmolten lading tot het koolstofgehalte tot het gewenste niveau is afgenomen.
(er wordt ook 25% schroot toegevoegd)
10. Open haardoven of Siemens-Martin proces: schroot tot soms 50% +gesmolten staal
Hierover wordt zuurstof aangebracht voor het oxideren van de koolstof in het te raffineren metaal.
Zuurstoflansen bevorderen het proces
11. Elektro-oven. Een zuurstofvrij verbrandingsproces dat alleen geschikt is
voor het toevoegen van legeringsstoffen. Dit is dus alleen geschikt voor
schrootstaal. In vergelijking met een open haardoven zijn de voordelen hier
de afwezigheid van vlammen en rook. We verkrijgen dan ook een verhoogde
zuiverheid door de zeer hoge temperaturen en een hogere
gebruiksvriendelijkheid. Door de mogelijkheid om nog andere componenten
tijdens de behandeling toe te voegen leent dit type van oven zich zeer goed
voor de bewerking van speciale staalsoorten en metaallegeringen.
Nabehandeling
, 1. Volledige thermische behandeling:
=Elke warmte-operatie met als doel de structuur van het metaal aan te passen om het nieuwe kwaliteiten te
geven. Het kristalrooster wordt omgezet en het in het staal aanwezige koolstof wordt belet.
Afschrikken (quenchen) = het snel koelen van het metaal na het te hebben verhit, om het in de hardst
mogelijke toestand te krijgen
2. Thermische behandeling (oppervlak)
=Het inbrengen van vreemde elementen in de oppervlakte van het staal door chemische reacties via
verschillende processen met als doel het harden van het staal
Cementeren: Dit proces bestaat erin koolstof in de oppervlakte van een koolstofarm staal te verspreiden. –
Carbonitreren: Gedurende het cementeerproces wordt een aangepaste hoeveelheid ammoniak
toegevoegd, dit laat absorptie toe van stoffen aan het oppervlak.
Nitreren: Het traditionele nitreerproces is gebaseerd op het gebruik van een ammoniakgas om stikstof in
de oppervlakte te brengen.
B: Structuur van staal
Staal is geschikt in kubusvormige kristallen, met ijzeratomen op de hoekpunten. Wanneer het staal wordt
verwarmd veranderd deze structuur. De hoekpunten blijven bestaan uit ijzer, maar in het centrum van de
vlakken gaan zich koolstofatomen positioneren. Het koolstof is afkomstig uit de interkristallaire regio’s.
De koolstofatomen kunnen zich op twee plaatsen plaatsen:
Ze kunnen zich plaatsen in het ruimtelijk centrum van de kubussen, we spreken dan van een
ferritische structuur (a body-centered cubic). Ferriet is zuiver ijzer (Fe). Het is smeedbaar en
gemakkelijk verwerkbaar, maar heeft een zwakke resistentie
Ze kunnen zich ook plaatsen in het centrum van de zijvlakken van de kubussen, we
spreken dan van een austenitische structuur. Hier zijn de kubussen groter; dit betekent
dat we twee totaal verschillende structuren zullen hebben.
De gewone staalsoorten hebben een ferristische structuur bij kamertemperatuur maar
zetten zich om in een austenitische structuur boven 720°C.
Een metaalmassa bestaat echter uit een groot aantal kleine aaneengekoekte kristallen. Tussen deze
kristallen bevinden zich een groot aantal ongeordende onzuiverheden, die we de intergranulaire of
interkristallijne massa noemen.
De interkristallaire regio’s belemmeren vrije beweging van de ijzerkristallen. Grote interkristallaire regio’s
geven een brozer, stijver materiaal (gietijzer). Men kan dit verminderen door het koolstof niveau naar
beneden te brengen in het raffinageproces. Flexibel staal is wenselijk in scheepsbouw omdat het beter is in
het opvangen van dynamische en statische krachten op zee.
Om alle plaatsen in ferritische kristallen te bezetten is een koolstofgehalte van 0,07% voldoende. Meer
koolstof heeft een negatieve invloed op de elasticiteit. Het koolstofgehalte in constructiestaal wordt daarom
beperkt tot 0,2%
Het ijzer-koolstof diagram
Bij het produceren en verwerken van staal wordt deze verwarmd tot ver boven de gebruikstemperaturen
en vervolgens afgekoeld. Dit beïnvloedt:
- materiaal eigenschappen
- chemische samenstelling
- vorm: verandering ijzerrooster
Deze veranderingen worden in het ijzer-koolstof diagram weergegeven.
Vervorming van een kristal
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller jannesserrien. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $5.94. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
57114 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now