Mõisted (1)

1 Hindamata

Lõik failist

Metalsed materjalid

Rauasüsinikusulamid

Teras
Lisandid terases
Raud on metallidest tähtsaim, kuid puhtal kujul kasutatakse teda vähe. Põhilised tehnomaterjalid valmistatakse rauasulamitest. Nende kasutusala on umbes kümme korda laiem kui teistel metallidel ja nende sulamitel . Suurem osa rauasulamitest on süsinikku sisaldavad sulamid – rauasüsinikusulamid, mis jagunevad järgmiselt:

terased, mille süsinikusisaldus on kuni 2,14%;
malmid , mille süsinikusisaldus on üle 2,14% (tavaliselt kuni 4%).

Peale süsiniku on terastes ja malmides alati teisi lisandeid, mis on jäänud sulameisse nende saamise käigus – need on tavalisandid, ja spetsiaalselt lisatud – need on legeerivad elemendid. Nii sisaldab süsinikteras tavalisandeina mangaani , räni, fosforit , väävlit. Nende mõju võib olla märkimisväärne, kuigi süsinikteraste omadused on määratud eelkõige nende süsinikusisaldusega.
Omaette lisandite rühma moodustavad sellised elemendid nagu hapnik, vesinik ja lämmastik , mis satuvad teraste koostisse vähesel määral teraste tootmisel sõltuvalt kasutatud toormest ja valmistamismeetodist – need on juhulisandid. Nende lisandite üsnagi suurt mõju võetakse terase tootmi-sel arvesse.
Teraste ja malmide kõrval on leidnud tehnikas kasutust mitmed sellised rauasulamid , mis ei sisalda süsinikku. Ühtkokku valmistatakse tööstusele tohutul hulgal erinevaid rauasulameid - üle 10 000 eri sordi. Raua ja rauasulamite tähtsus ei põhine mitte ainult nende rohkel kasutusel ja nende omaduste mitmekesisusel, vaid ka nende suhteliselt madalal hinnal . Sulatamise ja erinevate töötlemis -meetodite abil saavutatakse üha erinevamaid oma-duste kombinatsioone. Selle teeb võimalikuks eel-kõige raua polümorfism .
Süsinik
C-sisalduse suurenedes kasvab terase kõvadus , tõmbetugevus ja voolavuspiir ning vastupanu väsimuspurunemisele; vähenevad aga plastsus - ning sitkusnäitajad.
Süsinik avaldab mõju ka terase külmahapruslävele, soodustades terase haprumist madalatel temperatuuridel.
C-sisalduse suurenemisega kaasneb terase tiheduse vähenemine (puhta raua korral on see 7840 kg/m3, 1,5% C-sisaldusega terase korral 7640 kg/m3), kasvab eritakistus , vähenevad soojus juhtivus ja mõned magnetiliste omaduste näitajad.
Tavalisandid
Räni ja mangaan . Tavalisandina räni sisaldus süsinikterases ei ületa 0,5%, mangaani sisaldus 1,0%. Lisandid viiakse terasesse selle desoksüdee rimise käigus; ühinedes terases oleva hapnikuga lähevad nad räbusse. Lahustudes rauas parandavad nad terase omadusi.
Räni lahustununa rauas tõstab terase voolavuspiiri, mis aga halvendab terase külmdeformeeritavust (stantsimisel, tõmbamisel). Seetõttu kasutatakse deformeerimise teel valmistatavate detailide puhul väikese ränisisaldusega teraseid.
Mangaan tõstab märgatavalt terase tugevust, alandamata seejuures plastsust , ning samal ajal vähendab väävlisisaldusest tingitud kahjulikku mõju.
Malmidele on peale suurema süsinikusisal duse omane ka suur ränisisaldus (1...3%). Räni peamine mõju on selles, et koos süsinikuga soodustab ta grafiidi eraldumist.
Väävel ja fosfor . Väävel ja fosfor on terases kahjulikeks lisandeiks. Rauaga moodustab väävel keemilise ühendi – raudsulfiidi FeS, mis tardolekus praktiliselt rauas ei lahustu, kuid lahustub vedelmetallis. Keemiline ühend FeS moodustab rauaga kergsulava eutektikumi , mis terase kuumtöötluse temperatuuril (1000...1200 °C) sulab, muutes terase hapraks teradevaheliste sidemete nõrgenemise tõttu. Seda nähtust nimetatakse punahapruseks e. kuumhapruseks.
Mangaani olemasolu terases soodustab väävliga rasksulava ühendi MnS teket, millega on peaaegu välistatud punahapruse võimalus.
Väävel vähendab terase löögisitkust, plastsust ja ka väsimustugevust.
Fosfor tõstab terase tugevus- ja voolavuspiiri, kuid vähendab plastsust ja sitkust ning halvendab keevitatavust ja korrosioonikindlust. Sitkuse vähenemine on seda märgatavam, mida suurem on terase C-sisaldus. Fosfori eraldumine põhjustab terase haprumist toatemperatuuril. Seda nähtust nimetatakse külmahapruseks.
Väävli- ja fosforisisaldus terases on rangelt piiratud – sõltuvalt terase kvaliteedist ei ületa see 0,06%. Malmid sisaldavad võrreldes terastega rohkem fosforit (0,1...0,2%), mis parandab malmide valuomadusi, eelkõige vedelvoolavust.
Tabel 1.8. Tavalisandid terastes
Lisand
Sisaldus %, kuni
Mõju terases
Si
Mn
P
S
0,5
1,65
0,05
0,05
Viiakse terasesse valmistusprotsessis desoksüdeerijana
Viiakse terasesse valmistus-protsessis desoksüdeerijana
Kahjulik lisand. Põhjustab terase külmahaprust
Kahjulik lisand. Põhjustab terase punahaprust
Lämmastik, hapnik ja vesinik. Need lisandid esinevad terases mittemetalsete ühendi-tena (näiteks oksiididena FeO, Fe2O, MnO, SiO2, Al2O3 jt.), tardlahustena või vabas olekus (kaha-nemistühikutes, pragudes jm.). Mittemetalsed lisan-did määravad terase nn. metallurgilise kvaliteedi, tõstavad terase mehaaniliste omaduste (plastsus ja sitkus) anisotroopsust, kuid olles pingekontsentraa-toreiks, alandavad nad väsimustugevust ja purune-missitkust.
Eriti kahjulikuks lisandiks on terases lahustunud vesinik. See muudab terase hapraks. Lisaks haprusele soodustab vesinik terase valtsimisel ja sepistamisel mikropragude teket. Keevitamisel mõjub vesinik kaasa pragude tekkimisele põhi- ja keevismetallis. Pinnakihi rikastamine vesinikuga (näiteks galvaan-pindamisel) soodustab samuti terase haprumist; eriti ohtlik on see terase töötamisel kontaktis vesinikuga kõrgetel rõhkudel. Sellist nähtust tuntakse vesinikhaprusena.
Legeerivad elemendid
Peale süsiniku viiakse terastesse vajalike omaduste saamiseks mitmesuguseid spetsiaalseid lisandeid – legeerivaid elemente - Cr, Ni, W, V, Mo, Co jt., sealhulgas ka Mn ja Si, kui nende sisaldus ületab tavalisandina terasesse viidu oma (s.o. Mn korral 1,65% ja Si korral üle 0,5%).
Legeerivate elementide mõju terastes avaldub eelkõige järgmises:

nad mõjutavad raua polümorfsete muutuste ning eutektoidmuutuse temperatuure ja eutek toidi süsinikusisaldust terastes,
nad tõstavad ferriidi ja sellega terase tugevust,
nad avaldavad mõju muutustele terase termo töötlusel (austeniiditera kasvule, austeniidi lagunemisele ja läbikarastuvusele).

Teraste liigitus
Kooskõlas eurostandardiga EN 10020 liigitatakse terased kahte suurde gruppi:

mittelegeerterased (tuntud ka süsinikterastena),

legeerterased .
Terase legeerituse määrab lisandite sisaldus. Kui see on tabelis 1.9 toodud piirnormidest allpool, siis on tegemist mittelegeerterasega, kui kõrgem, siis legeerterasega.
Mittelegeerterased jagunevad alagruppides-se eelkõige kahjulike lisandite (P, S) sisalduse järgi:
Legeerterased jagunevad
a) tavakvaliteetterased e. tavaterased,
b) mittelegeerkvaliteetterased,
c) mittelegeervääristerased
samade tunnuste järgi kahte gruppi:
a) legeerkvaliteetterased,
b) legeervääristerased.
Legeerteraste kasutusalad on samad mis mittelegeerterastel, kuid legeerterased erinevad valmistusviisi ja elementide sisalduse poolest. Legeerkvaliteetteraste hulka kuuluvad keevitatavad konstruktsiooniterased, surveotstarbelised terased, eriterased (magnetterased) jt. Legeervääristeraste gruppi kuuluvad roostevabad, kuumuspüsivad ja kuumuskindlad terased, kuullaagri-, tööriista- ning eriomadustega terased.
Kasutusotstarbe järgi liigitatakse nii mitte legeer - kui ka legeerterased kolme suurde gruppi: konstruktsiooniterased, tööriistaterased ja eri-omadus tega terased (roostevabad jt.).
Konstruktsiooniterased
Konstruktsiooniteraste all mõeldakse eelkõige masina- ja aparaadiosade ning metalltarindite valmistamiseks kasutatavaid teraseid. Keemiliselt koostiselt jagunevad konstruktsiooniterased nagu terased üldiselt mittelegeer- ja legeerterasteks. Süsinikkonstruktsiooniterased sisaldavad harilikult kuni 0,6% süsinikku ja need liigitatakse omakorda tava- ja kvaliteetsüsinikkonstruktsiooniterasteks. Esimesi kasutatakse profiilmetallina eelkõige metall konstruktsioonide korral, millelt ei nõuta suurt tugevust ( tõmbetugevus kuni 600 N/mm2) ega eriomadusi. Kvaliteetsüsinikkonstruktsiooniteraseid kasutatakse peamiselt masina- ja aparaadiehituses, kui on täpsemalt piiritletud nõuded keemilise koos tise ja paremate mehaaniliste omaduste suhtes. Sellised terased tavaliselt termotöödeldakse. Legeerkonstruktsiooniteraseid kasutatakse vastutusrikaste ja raskkoormatud detailide korral. Nende teraste tõmbetugevus termotöödeldult ulatub kuni 2000 N/mm2.
Tabel 1.9. Legeerivad elemendid terastes
Ele-ment
Sisaldus %, üle
Mõju terastes
Si
0,5
Tõstab voolavuspiiri, halvendades plastsust. Trafoterastes kuni 4%
Mn
1,8
Tõstab terase tugevust ja kõvadust, suurendab läbikarastuvust ning soodustab austeniitstruktuuri teket. Kulumiskindlates terastes ca 13%
Cr
0,5
Tõstab terase tugevust ja kõvadust (moodustuvad karbiidid), suurendab läbikarastu vust , soodustab ferriitstruktuuri teket, tagab korrosioonikindluse (>12%Cr). Konstruktsiooniterastes 1…2%, tööriistaterastes ca 12%
Ni
0,5
Tõstab terase sitkust, kasut. koos kroomiga; soodustab austeniitstruktuuri teket. Konstruktsiooniterastes kuni 5%, roostevabades terastes 8…10%
Mo
0,1
Alandab terase külmahaprusläve, vähendab noolutus rabe dust, tõstab tõmbetugevust
W
0,1
Tõstab terase kõvadust ja kulumiskindlust. Põhilisand kiirlõiketerastes
Co
0,1
Tugevdab terast; parandab selle magnetomadusi. Sideaine kõvasulameis
V
0,12
Tõstab terase kõvadust. Kasutatakse tera peenendajana
Ehitusterased
Ehitusterastena kasutatakse suhteliselt väikese süsiniku (kuni 0,2%) ja legeerivate elementide sisaldusega (Si ja Mn 1…2%) teraseid. Reeglina kasutatakse ehitusteraseid mitmesuguse ristlõikega profiil metallina ( nurkteras , talad, latid, armatuur jt.) ning valmistaja väljastatud olekus. Seetõttu ehitusterased ei kuulu täiendavale termotöötlusele. Hea keevitatavus on peamine tehnoloogiline omadus: keevisõmbluses ei tohi tekkida külm- ega kuumpragusid ja selle mehaanilised omadused peavad olema lähedased põhimetalli omadustele.
Kuna paljud ehituskonstruktsioonid töötavad tihti madalatel temperatuuridel ja dünaamilistel koormustel, siis üheks tähtsamaks omaduste näitajaks on külmahapruslävi.
Ehitusterastena kasutatakse:

tavasüsinikteraseid,
mangaanteraseid,
peenterateraseid,
parendatud teraseid,
boorteraseid.

Külmvormitavad kõrgvoolavad terased
Kuna paljude konstruktsioonielementide valmista misel kasutatakse survetöötlust, peavad need terased olema hästi deformeeritavad.
Teraste hea deformeeritavuse (stantsitavuse) tagamiseks peab olema suhe Rp0.2/Rm piires 0,5...0,65 ja plastsus vähemalt 40%. Stantsitavus on seda halvem, mida suurem on terase C-sisaldus. Räni tõstab voolavuspiiri, halvendades terase stantsitavust. Seetõttu kasutatakse C-terastest eelkõige väiksema Si-sisaldusega keevteraseid. Külmdeformatsioonist tingitud kalestumisefekti suuren damiseks lisatakse mikrolegeerivaid elemente (Al, V), mis sidudes lämmastikku ja moodustades nitriide (AlN, VN) soodustavad tugevnemist.
Terased
Konstruktsiooniterased

Ehitusterased
Masinaehitusterased

Tööriistaterased

Lõike- ja mõõteriistaterased
Stantsiterased (külm- ja kuumstantsiterased)
Kiirlõiketerased

Eriterased

Roostevabad terased
Kuumuskindlad terased
Kulumiskindlad terased

Tabel 1.10. Tavaehitusterased (EN10025)
Margi-tähis
Koostis %, max
Omadused, min
C1)
Si

M
ReH N/mm2
KU
T, °C/J
S185
175
S235JR
S235J2
0,2
1,4
235…175
+20
-20
27
27..23
S275JR
S275J2
0,2
1,4
275…205
+20
27..23
27..23
S355JR
S355J2
0,22
1,6
355…275
+20
-20
27..23
27..23
1) keskmine

Tabel 1.11. Kuumvaltsteras (leht) (EN 10137)
Margitähis
TT1)
Koostis %, max
Omadused, min
Muu
ReH
N/mm2
KU 27J
t°-l
S235J2
S275J2
N
N
1,4 Mn
1,4 Mn
235
275
-20
-20
S500 QL1
S690 QL1
P
P
2 Ni
1,5 Cr
0,7 Mo
0,5 Cu
0,12 V
500
690
-40
-60
1) N – normaliseeritult, P – parendatult
2) C-sisaldus 0,2%
Tabel 1.12. Külmvormitav külmvaltsteras (leht,
riba) (EN 10130)
Margi-tähis
Koostis %, max
Omadused, min
C1)
Mn
Muu
ReH N/mm2
Rm N/mm2
A%
DC01
DC04
DC06
S355MC
S500MC
S700MC
0,12
0,08
0,02
0,12
0,12
0,12
1,5
1,7
2,1
Al, V
Nb
Ti
280
210
180
355
500
700
410
350
350
430
550
750
28
38
38
19
12
10
1) keskmine
Masinaehitusterased
Tsementiiditavad terased
Tsementiiditavate terastena kasutatakse madalsüsinikteraseid (0,1...0,25%C), mille kõvadus peale tavakarastust on väike. Peale tsementiitimist (pinnakihi rikastamist süsinikuga, C-sisaldus viiakse ca 1%-ni), karastamist ja madalnoolutamist on nende pinnakõvadus 58...62 HRC, südamiku kõvadus aga 30...42HRC.
Tsementiiditavate teraste südamik peab olema heade mehaaniliste omadustega, eriti tähtis on kõrge voolavuspiir, mille tagab eelkõige peeneteraline struktuur. Ka pinnakihis on oluline peeneteraline struktuur – jämeteraline tsementiiditud kihi struktuur toob pärast termotöötlust pinnakihis kaasa väsimus tugevuse languse.
Tsementiiditud kihi paksus on tavaliselt 0,5…2 mm, mille struktuur sügavuti muutub sujuvalt südamiku struktuuriks. Tsementiiditavaist terastest valmistatakse selliseid masinaosi nagu hammas rattad , ketirattad, nukid jm.
Parendatavad terased
Masinaosade valmistamiseks kasutatavad terased peavad olema töökindlad, see tähendab, et nendel peavad olema kõrged tugevusnäitajad Rm ja Rp0,2, vastuvõetav külmahapruslävi ja löögisitkus KU.
Parendatavad terased on kesksüsinikterased (0,3...0,5%C), milles on 3...5% legeerivaid ele mente . Nende termotöötlus seisneb karastamises (reeglina õlisse, mõnikord sulasoolas või õhus) ja kõrgnoolutamises temperatuuril 550...600 °C. Peale sellist termotöötlust omandab teras struktuuri, mis talub hästi löökkoormusi.
Parendatavaist terastest valmistatakse enamik masinaosi: võllid , hoovad, teljed jms.
Termotöötlemine võimaldab oluliselt parandada mittelegeerkonstruktsiooniteraste mehaanilisi omadusi. Võrreldes ühekordse töötlemise – norma liseerimisega, mil moodustub perliitstruktuur, on kahekordse töötlemise – parendamise ( karastamine + kõrgnoolutamine) tulemusena tekkiv struktuur paremate omadustega.
Vedruterased
Keerd -, spiraal- ja lehtvedrusid ning teisi elastseid detaile iseloomustab see, et neis kasutatakse ainult terase elastsust ; plastne deformatsioon on lubamatu. Seega on vedrumaterjalile peamine nõue kõrge voolavuspiir ja elastsusmoodul . Kuna vedrud töötavad vahelduvtsüklilistel koormustel, siis on tähtis ka vedruteraste väsimuspiir; sitkus- ja ka plastsusnäitajad olulist rolli ei mängi.
Vedrud tehakse 0,5…0,7% süsinikusisaldusega terasest , mis on legeeritud räni ja mangaaniga. Vastutusrikaste vedrude korral kasutatakse teraseid, millele on lisatud kroomi ja vanaadiumi.
Tabel 1.13. Surveotstarbelised terased
(EN10028)
Margi-tähis
Ots- tarve
Koostis %, max
Omadused, min
C4)
Mn jt.
ReH
N/mm2
A %
P235GH
P355GH
P275N
P460N
TK1)
TK
KNP2)
KNP
0,16
0,22
0,18
0,20
1,2
1,7
1,4
1,7
235
355
275
460
25
21
24
17
P460Q
P690Q
KPP3)
KPP
0,18
0,20
1,7
2,0 Ni
1,5 Cr
0,7 Mo
1)TK – tööks kõrgendatud t°-l
2)KNP – keevitatavad normaliseeritud peenteraterased
3)KPP – keevitatavad parendatud peenteraterased
4)keskmine
Tabel 1.14. Masinaehitusterased
Margitähis
Omadused, min
ReH, N/mm2
Rm N/mm2
A%
E295
E335
E360
295
335
360
490
590
670
20
16
11
Vedrude termotöötlemine seisneb karastamises ja kesknoolutamises temperatuuril 300...400 °C.
Vedrude töökindlus sõltub oluliselt nende pinna kvaliteedist: praod , tagi, kriimud vähendavad tundu valt väsimustugevust. Seetõttu leiab laia kasutamist vedrude pinnakihi kalestamine kuulidega, rullidega jm. Selle tulemusena tekivad pinnakihis survepinged, mispuhul tõuseb väsimustugevus.
Tabel 1.15. Parendatavad terased (EN10083)
Margi-tähis
Koostis %, max
Omadused, min
C1)
Cr jt.
Rp0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
KU +20°CJ
C30E
C45E
28Mn6
34Cr4
34CrMo4
34CrNiMo6
0,3
0,45
0,28
0,34
0,34
0,34
1,6 Mn
1,2 Cr
1,2 Cr
0,3 Mo
1,7 Cr
1,7 Ni
0,3 Mo
300
370
440
460
550
800
500
630
650
700
800
1000
40
25
40
40
45
45
1) keskmine
Tabel 1.16. Tsementiiditavad terased (EN10084)
Margitähis
Koostis %, max
Omadused2), min
C1)
Cr jt.
ReL
N/mm2
Rm
N/mm2
C10E
C15E
15Cr3
20MnCr5
14NiCr14
0,1
0,15
0,15
0,2
0,14
0,7 Cr
1,3 Cr
1,4 Mn
0,95 Cr
2,75 Ni
295
355
440
540
685
490
590
690
780
880
1) keskmine
2) tsementiiditult ja karastatult (pinna kõvadus
62 HRC)
Kuullaagriterased
Rull- ja kuullaagrite töötingimuste iseärasus on kõr gest survest tingitud materjali lokaalne defor matsioon ja kuuli või rulli kontakt tsüklilisel koormusel.
Sellest tulenevalt peab kuullaagriteras olema suure kõvadusega (62HRC) ja väga ühtlase mikro struktuuriga. Selleks kasutatakse suure süsinikusisaldusega, eelkõige kroomiga legeeritud teraseid. Tuntumad sisaldavad ca 1% C ja 1,5% Cr. Nende teraste termotöötlus seisneb karastamises õlisse temperatuurilt 830...840 °C ja madalas noolutamises 150...160 °C 1...2 tunni jooksul. Saadakse peeneteraline struktuur, mis on kõva ja kulumiskindel ning hea vastupanuga väsimusele. Tavaliselt tehakse kuulid ja rullid veidi pehmemad kui veerevõrud.
Suur kõvadus ja kulumiskindlus lubab kasutada kuullaagriteraseid ka tööriistaterastena külmlõike- ja survetöötlusstantside, pressvormide jms. valmistamiseks.
Automaaditerased
Automaaditeraseks nimetatakse automaatpinkidel töödeldavate detailide materjalina kasutatavat terast, mis sisaldab kuni 0,4% C ja tavalisest rohkem väävlit ja fosforit (kuni 0,2%). Tänu väävlile on teras hästi lõiketöödeldav (annab lõikamisel lühikese murduva laastu, mida lõiketsoonist on kerge eemaldada). Ent väävel viib alla terase mehaanilised omadused, eelkõige sitkuse.
Tabel 1.17. Vedruterased
Margi-tähis
Koostis %, max
Omadused2), min
C1)
Muu
Rp0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
60SiMn5
55Si7
55Cr3
50CrV4
0,6
0,55
0,55
0,5
1,3 Si
1,1 Mn
1,8 Si
0,9 Cr
1,2 Cr
0,2 V
1130
1130
1175
1175
1320
1320
1320
1370
1) keskmine, 2) karastatult ja kesknoolutatult
Tabel 1.18. Automaaditerased
Margi-tähis
Koostis %, max
Omadused2), min
C1)
S
Muu
Rm
N/mm2
10S20
10SPb20
9SMn28
0,1
0,1
0,1
0,25
0,25
0,32
0,3 Pb
1,3 Mn
350
350
370
1) keskmine, 2) normaliseeritult
Sele 1.16. Konstruktsiooniteraste tugevus
Tööriistaterased
Tööriistaterased moodustavad teraste suure grupi, mida iseloomustavad suur kõvadus, tugevus ja kulumiskindlus, s.o. omadused, mis on vajalikud metallide lõike- ja survetöötlemisel, ja võime neid omadusi kuumenemisel säilitada – soojuskindlus . Eelkõige kõvaduse nõudest tulenevalt on tööriistateraste süsinikusisaldus võrreldes konstruktsiooniterastega suurem (reeglina 1…2%).
Soojuskindluse järgi liigitatakse tööriistaterased järgnevalt: mittesoojuskindlad (süsiniktööriistaterased), poolsoojuskindlad (peam. stantsiterased) ja soojuskindlad (kiirelõiketerased). Tabel 1.19. Tööriistaterased
Margitähis
Koostis %, max
Kõvadus
C
Mn
Cr
Mo
W
V
Muu
HRC
C-terased
C70W2
C105W2
0,7
1,05
-
-
-
63 MN2)
65 MN2)
Külmstantsiterased
100MnCrW4
X210Cr12
X165CrMoV12
1,0
2,1
1,65
1,2
0,7
12,0
12,0
0,7
0,7
0,6
0,5
63 MN2)
62 MN2)
61 MN2)
Kuumstantsiterased
X40CrMoV5-1
0,4
5,5
1,5
1,1
1,2 Si
42...46 KõN3)
Kiirlõiketerased
HS18-1-2-10
HS6-5-2-5
HS2-9-2-8
0,8
0,94
0,92
4,5
4,5
4,2
0,8
5,2
9,2
18,5
6,7
9,2
1,7
2,0
2,2
10 Co
5 Co
8,75 Co
64 KõN3)
64 KõN3)
64 KõN3)
1) keskmine, 2) madalnoolutus(~200 oC), 3)kõrgnoolutus (~600 oC)
Süsiniktööriistaterased
Süsiniktööriistateraste C-sisaldus on piires 0,7…1,3%. Peale karastamist vees on teraste kõvadus 62…64HRC. Nende teraste pinna suur kõvadus karastatult ja suur plastsus lõõmutatult võimaldavad valmistada tööriistu survetöötlemise teel, näit. keermepuure rullimise teel, viile täkkimise teel jne.
Stantsiterased
Lähtudes tööriistade töötingimustest ja kasutatavatele terastele esitatavatest nõuetest liigitatakse stantsiterased külmstantsi- ja kuumstantsiterasteks.
Külmstantsiterased on eelkõige kroomiga kõrglegeeritud terased, mis sisaldavad 12% Cr ja 1…2% C. Teraste kõvadus peale karastamist ja madalnoolutust on 60 HRC ja neid kasutatakse keeruka kujuga survetöötlustööriistade (tõmbesilmad, pressvormid jne.) valmistamiseks.
Kuumstantsiterased peavad, erinevalt külmstantsiterastest, säilitama omadused (kõvadus, tugevus) ja mõõtmed kokkupuutes kuuma metalliga. Nimetatud omaduste tagamiseks sisaldavad kuumstantsiterased tavaliselt 0,5…0,6% C – see annab hea sitkuse – ja 1…2% Ni või Mo, mis tagab hea läbikarastuvuse. Kasutatakse kuumstantside, valuvormide jms. valmistamiseks.
Kiirlõiketerased
Kiirlõiketerased on enimkasutatavaid tööriistateraste gruppe. Kiirlõiketerased sisaldavad üle 0,6% C ja reeglina volframit (kuni 18%), molübdeeni, vanaadiumit jt. lisandeid. Kiirlõiketeraste kõrge karastus temperatuuri (üle 1000 °C) ja sellele järgneva mitmekordse noolutamise (temperatuuril 550… 600 °C) tulemusena saadakse terase kõvaduseks 64…65HRC, mis säilib nende kasutamisel temperatuurideni 600…700 °C, jäädes alla ainult pulberkõvasulameile. Kiirlõiketerastest valmistatakse rauasaelehti, keermelõikureid, freese, stantse jpm.
Tööriistaterased
Mittesoojuskindlad
Tööks temperatuuridel kuni 200 °C

Süsiniktööriistaterased

Soojuskindlad terased
Tööks temperatuuridel kuni 300…500 °C

Kõrglegeeritud külmstantsiterased
Madallegeeritud kuumstantsiterased

Soojuskindlad terased
Tööks temperatuuridel kuni 500…600 °C

Kõrglegeeritud kiirlõiketerased
Karbiidterased

Eriterased
Konstruktsiooniterastest, mis töötavad spetsiifilistes tingimustes (kõrgetel ja madalatel temperatuuridel, abrasiivsetes või korrodeerivates keskkondades), moodustavad suure grupi eriterased. Nende talitlusomadused tagatakse spetsiaalse legeerimisega.
Eriomadustega legeerkonstruktsiooniterased on näit. korrosiooni-, kulumis- ja kuumuskindlad terased.
Roostevabad (korrosioonikindlad) terased
Korrosioonikindlatest terastest on enam levinud kroomi (vähemalt 12%), niklit jt. legeerivaid elemente sisaldavad terased.
Roostevabade terastena on tuntumad:

kroomterased (sisaldavad 13…27% Cr, kusjuures Cr-sisalduse kasvuga suureneb ka terase korrosioonikindlus ),
kroomnikkelterased (legeeritud lisaks kroomile nikliga ning võivad sisaldada titaani, nioobiumi, lämmastikku; viimaseid lisatakse terastele teradevahelise korrosiooni vältimiseks).

Roostevabast terasest valmistatakse korro deerivas keskkonnas töötavaid masinaosi, ehitusdetaile, arsti- ja köögiriistu jne.
Kulumiskindlad terased
Vastupanu kulumisele on otseselt seotud materjali pinnakõvadusega, millest tulenevalt kulumiskindluse tõstmiseks kasutatakse selliseid tugevdamise meetodeid nagu legeerimist, pindkarastamist, termokeemilist töötlemist ja pindamist.
Vähem tõhus on läbilegeerimine (sisseviidavatest legeerivatest elementidest on detaili läbimõõdu 100 mm korral toimetõhusad ainult 2...3%), eriti efektiivne on aga kõvade pinnete pealekandmine eri pindamismoodustega: leek-, plasma - ja detonatsioonpihustamise, pealesulatamise, - keevita mise , sadestamise jm. teel.
Legeerterastest kasutatakse kulumiskindlate terastena tsementiiditud ja suurema C-sisaldusega kroomi, mangaani, volframi jt. elementidega legeeritud teraseid. Tuntumad on mangaanterased Mn-sisaldusega ca 12%.
Kuumuskindlad terased
Terase kuumuskindluse (kuumuspüsivus+ kuumustugevus) tagab eelkõige kroomiga legeerimine . Kroom jt. legeerivad elemendid moodustavad tihedad oksiidid nagu Cr2O3 , Al2O3 või SiO2. Mida suurem on Cr-, Al- või Si-sisaldus rauas, seda kõrgem on selle kuumuspüsivus. Kuumuspüsivuse temperatuuril 900 °C annab ca 10% Cr, 1000 °C juures aga on vajalik Cr-sisaldus juba 25%.
Kuumustugevuse tagamiseks legeeritakse tera seid lisaks kroomile räni, molübdeeni, nikli jt. elementidega. Terastest, mis on mõeldud tööks kõrgetel temperatuuridel (350…500 °C), moodus tavad suure grupi katla- ja klapiterased. Esimesed on väikese C-sisaldusega (see tagab hea keevitatavuse) ja eelkõige Cr-ga legeeritud (1…6%) terased. Klapiterastena kasutatakse suurema C-sisaldusega (0,5…0,6%) kroomi (5…15%) ja räniga (1…3%) legeeritud teraseid.
Veel kõrgematel temperatuuridel kasutatakse suurema Cr ja Ni-sisaldusega teraseid või hoopiski nende baasil sulameid . Viimastest tuntumad on nikroomid, mis põhikomponendina sisaldavad niklit (60...80%) ja lisandina kroomi (40...20%) (vt. ka p. 1.2.4. Niklisulamid). Tabel 1.22. Roostevabad terased
Margitähis
Grupp
Koostis %, max
Omadused3), min
C1)
Cr
Ni
Muu
Rp0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
A
%
X12Cr13
X6Cr13
X3CrNiMoN27-5-2
X4CrNi18-10
X4CrNiN18-10
X4CrNiMo17-13-3
M
F
FA
A
A
A
0,12
0,06
0,03
0,04
0,04
0,04
14,0
14,0
28,0
19,0
19,0
18,5
6,5
11,6
11,0
14,0
2 Mo
2 Mn
2 Mn
2 Mn
3 Mo
2 Mn
250
4104)
250
450
195
270
220
400
590
400
600
500
550
490
20
16
20
20
45
40
45
1) keskmine, 2) lõõmutatult, 3) karastatult, 4) parendatult
Tabel 1.20. Roostevabade teraste struktuur
Struktuur
Koostis %, max
Omadused
Karas-tatavus
Magne-tiline
Korrosiooni- kindlus
Martensiit (M)
Ferriit (F)
Austeniit (A)
12…13 Cr
>13 Cr
18 Cr
8...10 Ni
ja
ei
ei
ja
ja
ei
Hea
Parem kui martensiit- terastel
Eriti kõrge korrosiooni-kindlus
Tabel 1.21. Valuterased
Margitähis
Koostis %, max
Omadused, min
C1)
Muu
Rm
N/mm2
A
%
Mittelegeer-terased
G-C25
G-28Mn6
0,25
0,28
0,9 Mn
1,65 Mn
440
480
22
17
Madallegeer-terased
G-25CrMo4
0,25
1,2 Cr
0,3 Mo
700
12
Kõrglegeer-terased
G-X6CrNiTi18-10
G-X120Mn12
0,06
1,2
19,0 Cr
12,0 Ni
0,8 Ti
12,0 Mn
450
750
25
20
1) keskmine
Terase struktuur
Terase puhul paigutuvad raua kristallivõresse süsiniku või legeerivate elementide aatomid . Seejuures tekkivad süsiniku tardlahused -rauas (Fe) ja -rauas (Fe); raua ja süsiniku omavahelise reageerimise tulemusena aga keemiline ühend – raudkarbiid. Fe aatomid rauas ja Fe ja C aatomid terases paiknevad kindla korra järgi, mida iseloomustab kristallivõre . Väga paljude kristallivõrede kogum moodustab kristalli (tera). Terase struktuuri moodustavad terad , mille ulatuses kristallivõre on orienteeritud üheselt. Tera suurus sõltub väga paljudest mõjuritest (kuumutustemperatuur ja kestus, jahutuskiirus, koostis jpt.) ja on piires 0,01…0,1 mm. Tera struktuuri mõjutab ka terase survetöötlus – terad venitatakse ühes suunas välja, mille tulemusena tekib kihtstruktuur ( tekstuur ) ja omaduste anisotroopsus .
Süsiniku ja raua kristallivõred
Terase erinevate struktuuride tekke eri termotöötlusviiside korral teeb võimalikuks eelkõige raua polümorfism – erinevate kristallivõrede esinemine erisugustel temperatuuridel. Raual on kaks polümorfset kuju: -raud (Fe) ruumkesendatud kuup võrega (tähistatakse K8) ja -raud (Fe) tahkkesendatud kuupvõrega (K12). Temperatuurid 911 °C (tähistatakse A3-ga) ja 1392 °C (A4) on raua polümorfse muutuse temperatuurid – toimub üleminek ühelt kristallivõrelt teisele. Raua polümorfismi mõju ulatub ka tema sulamitesse.
Süsinik võib esineda mitmel kujul, sh. teemandina ja grafiidina. Rauasüsinikusulamites on vabas olekus süsinik grafiidi kujul, mille kristallivõre on heksagonaalne ja seetõttu on grafiidi tugevus ja platsus väga väikesed.
Terastes esinevad järgmised faasid ja struk tuurivormid.

Ferriit (F) – süsiniku tardlahus -rauas. Temperatuuril 727 °C lahustub -rauas kuni 0,02% C (massi %), toatemperatuuril aga kuni 0,01%. Ferriidil on ruumkesendatud kuupvõre, väike tugevus ja kõvadus, kuid suur plastsus.

Austeniit (A) on süsiniku tardlahus -rauas. Süsiniku maksimaalne lahustuvus -rauas on 2,14% temperatuuril 1147 °C, temperatuuril 727 °C – 0,8%. Toatemperatuuril austeniiti süsinikterastes ei esine, sest ta laguneb 727 °C juures ferriidiks ja tsementiidiks e. perliidiks.

Perliit (P) on ferriidi ja tsementiidi eutektoidsegu süsinikusisaldusega 0,8%; esineb neis rauasüsinikusulamites, milles C>0,02%. Perliit tekib austeniidi (süsiniku-sisaldusega 0,8%) lagunemisel temperatuuril 727 °C:
A  P (F+T).
Feα(K8)
Feγ(K12)
Sele 1.17. -raua ja -raua kristallivõred
Sele 1.18. Aatomite paigutus raua-süsiniku tardlahuses
Fe
Tihedus 
Sulamistemperatuur Ts
Kristallivõre
Tõmbetugevus Rm
Joonpaisumistegur  Elektrijuhtivus 1/
Korrosioonikindlus
7800 kg/m3
1539 °C
0...911 °C K8
911...1392 C K12°
1392...1539 °C K8
Puhas Fe 250N/mm2
sulamid 3000 N/mm2
10,510-6 1/K
15% IACS
Hea

Sele 1.19. Fe-Fe3C faasidiagramm
d) Tsementiit (T) on raua ja süsiniku keemiline ühend raudkarbiid – Fe3C. Tema süsinikusisaldus on 6,67% ja ta on rauasüsinikusulamite struktuuriosadest kõige kõvem ja hapram. Austeniidist selle C-sisalduse vähenemisel tekkiv sekun daarne tsementiit on üleeutektoidses terases tavaliselt heleda võrguna või terakeste ahelana perliiditerade vahel või nõeltena nende sees.
Terase struktuur toatemperatuuril
Sulam on tasakaaluolekus siis, kui kõik faasimuutused temas on toimunud täielikult faasidiagrammi kohaselt. Selline olek saavutatakse ainult väga aeglasel jahtumisel. Rauasüsinikusulamite taskaaluliste struktuuride leidmise aluseks on Fe-Fe3C faasidiagramm (sele 1.19). Faasidiagrammi komponentideks on puhas raud (Fe) ja raudkarbiid (Fe3C) e. tsementiit.
Kooskõlas faasidiagrammiga koosneb terase struktuur normaaltemperatuuril ferriidist ja tsementiidist, kusjuures tsementiidi kogus terase struktuuris kasvab võrdeliselt selle C-sisaldusega. C-sisaldusest ja Fe-Fe3C faasidiagrammist lähtudes liigitatakse terased:

alaeutektoidseiks, C0,8%, struktuur P+T’’.

Kõvad ja haprad tsementiidiosakesed üleeutektoidterase struktuuris suurendavad selle vastupanu deformeerimisele, vähendades samal ajal terase plastsust ja sitkust.
Faasid ja struktuurivormid rauasüsinikusulameis
Tähis
Määratlus
Faasid
Vedelfaas
Ferriit
Austeniit
Tsementiit
L
F
A
T
C tardlahus rauas
C tardlahus -rauas
C-lahustuvus t°-l 727 °C on 0,02%, toat°-l 0,01%
C tardlahus -rauas
C-lahustuvus t°-l 1147 °C on 2,14%, t°-l 727 °C 0,8%
Fe ja C keemiline ühend – raudkarbiid (Fe3C). C-sisaldus 6,67%
Struktuurivormid
Ledeburiit

Perliit
Le

P
Eutektsegu C-sisaldusega 4,3%. Tekib vedelfaasi kristalliseerumisel t°-l 1147 °C. Kuni to-ni 727 °C koosneb A ja T-st, alla selle F ja T.
F ja T eutektoidsegu C-sisaldusega 0,8%. Tekib austeniidi lagunemisel t°-l 727 °C

Terase struktuur kõrgel temperatuuril
Kui puhta raua korral muutub kuumutamisel ainult selle kristallivõre, siis teraste kuumutamisel tekivad temperatuuridel üle 727 °C (jooned A1 ja A3 selel 1.19) erinevad struktuurid:

eutektoidterased on 100% austeniitstruktuuriga
alaeutektoidterased kas ferriitausteniit- või austeniitstruktuuriga
üleeutektoidterased kas austeniittsementiit- või austeniitstruktuuriga.

Terase kiire jahutamise ( karastamise ) tulemusena struktuuris olev austeniit ei lagune, vaid muutub martensiidiks, mis on süsiniku üleküllastatud tardlahus -rauas ja on terases väga kõva, kuid habras faas. Sele 1.20. Tera kasv kuumutamisel
Terase termotöötlus
Terase termotöötlus seisneb kuumutamises üle faasipiiri (de) ning järgnevas jahutamises kiirusel, mil faasimuutused kas toimuvad täielikult, osaliselt või üldse ei leia aset. Selle põhjal eristatakse kahte peamist terase termotöötluse moodust: Sele 1.21. Struktuurimuutused terase termotöötlusel

lõõmutamine ( kuumutamine aeglase jahutamisega – faasimuutused toimuvad täielikult),
karastamine (kuumutamine kiire jahutamisega – faasimuutused ei leia aset või toimuvad osaliselt).

Lõõmutamine
Karastamine
Plastsus suureneb
Sisepinged vähenevad
Survetöödeldavus paraneb
Struktuur peeneneb
Lõiketöödeldavus paraneb
Kõvadus tõuseb
Tugevus suureneb
Sitkus väheneb
Kulumiskindlus
suureneb
Terase lõõmutus
Lõõmutus on niisugune termotöötlemise viis, kus terast kuumutatakse üle faasimuutuse temperatuuri järgneva aeglase jahutamisega, tavaliselt koos ahjuga. Aeglane jahutamine peab kindlustama austeniidi lagunemise perliidiks. Lõõmutamine on tavaliselt esmane termotöötlusviis, mille eesmärgiks on kas kõrvaldada kuumtöötluse eelmiste operatsioonide (valamise, sepistamise jne.) defekte või valmistada struktuuri ette järgnevateks operatsioonideks (näiteks lõiketöötlemiseks või karastamiseks). Üsna sageli on aga lõõmutamine lõplikuks termotöötlemise viisiks ja seda siis, kui lõõmutatud terase mehaanilised omadused rahuldavad, s.t. pole vaja edaspidist parendamist (karastamist ja noolutamist).
Lõõmutuse peamine eesmärk on vajalike omaduste tagamine terase ümberkristalliseerimise ja sisepingete kaotamise tagajärjel. Selleks kasuta-takse difusiooon-, täis-, pool- ja madallõõmutust.
Difusioonlõõmutust e. homogeniseerimist kasutatakse eelkõige legeerterastest valuplokkide ja valandite keemilise koostise ühtlustamiseks – likvatsiooni kõrvaldamiseks. Keemilise koostise ühtlustamiseks kuumutatakse valuplokke või valandeid kõrge temperatuurini, misjuures valuploki või valandi keemiline koostis ühtlustub. Teraseid lõõmutatakse Sele 1.22. Pehmelõõmutamine
temperatuuril kuni 1100 °C, seisutusaeg 10...20 tundi. Kuumutus temperatuurini 1000...1100 °C ja pikaajaline seisutus sellel põhjustavad austeniiditera tunduvat kasvamist – struktuur muutub jämedateraliseks. Seetõttu on nõutav täiendav termotöötluse operatsioon struktuuri parandamiseks (täis- või poollõõmutus).
Täislõõmutuse e. täieliku lõõmutuse eesmärgiks on eelkõige sepiste ja valandite struktuuri peenen damine ja sisepingete kaotamine. Täislõõmutusel kuumutatakse terast üle faasipiiri Ac3. Terase ferriitperliitstruktuur muutub kuumutamisel austeniidiks ning jahutamisel tekib ümberkristalliseerumisel austeniidist uuesti ferriit ja perliit. Sellise termotöötluse abil saadakse valamisel ja sepistamisel tekkinud jämedateralisest ferriitperliitstruktuurist peeneteraline ferriitperliitstruktuur.
Poollõõmutust e. mittetäielikku lõõmutust kasutatakse muutmaks suurema süsinikusisaldusega (0,5% ja enam) terase struktuuri, mis on liiga kõva nii külm- kui ka lõiketöötlemiseks. Kuna sellise madalama termperatuuriga lõõmutamise peaeesmärk on terase kõvaduse vähendamine ja plastsuse suurendamine, siis nimetatakse seda ka pehmelõõmutuseks.
Poollõõmutust tehakse kõrgsüsinikteraste sisepingete kaotamiseks, kõvaduse vähendami-seks, plastsuse suurendamiseks ja lõiketöödelda-vuse parandamiseks. Poollõõmutusel kuumuta-takse terast tavaliselt üle faasipiiri Ac1, millele järgneb aeglane jahutus.
Rekristallisatsioonilõõmutus e. Rekristalli-seeriv lõõmutus on madalatemperatuurilise lõõmutuse üheks liigiks, mida kasutatakse eelneva plastse külmdeformatsiooni tagajärjel tekkinud kalestumise kõrvaldamiseks. Rekristallisatsioon-lõõmutamisel kuumutatakse terast faasipiirist Ac1 veidi madalamate temperatuurideni (kuni 650...700 °C), seisutatakse ja jahutatakse seejärel aeglaselt. Selle tulemusena toimub metalli sekundaarne kristallisee rumine – rekristalliseerumine, misjuures vanade deformeerunud terade asemele tekkivad uued ja deformeerunud struktuur kaob.
Terase normaliseerimine
Aeglase jahtumise tõttu on valandeis austeniiditera ja selle lagunemisel tekkinud perliiditera tavaliselt suur. Jämedateralist austeniitstruktuuri (ka perliitstruktuuri) saab parandada termotöötluse teel, mida nimetatakse normaliseerimiseks.
Normaliseerimine on selline termotöötluse viis, mille korral terast kuumutatakse 30...50 °C üle faasipiiri Ac3 (Acm), seisutatakse sellel temperatuuril ja jahutatakse siis õhus. Normaliseerimise tulemusel vähenevad sisepinged ja toimub terase faasiline ümberkristalliseerumine, mis muudab valandite, sepiste ja keevisõmbluste jämedateralise struktuuri peeneteralisemaks.
Normaliseerimine on lõõmutusega võrreldes odavam, sest ahju kasutatakse ainult kuumuta-miseks ja seisutamiseks antud temperatuuril,
Sele 1.23. Pehmelõõmutustemperatuuri valik
Sele 1.24. Pehmelõõmutamise mõju terase struktuurile ja lõiketöödeldavusele
Sele 1.25. Pingetuslõõmutamine
Sele 1.26. Pingestuslõõmutustemperatuuri valik
jahutamine toimub juba õhus.
Normaliseerimise tulemusena muutub teras peeneteralisemaks, tugevus ja kõvadus on suurem kui lõõmutatud terasel. Normaliseerimist kasutatakse terase lõiketöödeldavuse parandamiseks ning sageli karastamise eeloperatsioonina.
Terase karastus
Karastuseks nimetatakse termotöötluse viisi, mille tulemusel saadakse ebastabiilne (mittetasakaaluline) martensiitstruktuur, mille kõvadus on suur (kuni 65HRC).
Terase tavakarastamine eeldab järgmisi etappe :

terase kuumutamine üle faasipiiride Ac1 (poolkarastus) või Ac3 (täiskarastus), et tagada lähtestruktuuris vajaliku austeniidi teke;

seisutamine sellel temperatuuril, et tagada kogu detaili ulatuses antud temperatuurile vastava homogeense struktuuri teke;

jahutamine kiirusega, mis on karastatava terase kriitilisest jahtumiskiirusest suurem, et vältida austeniidi lagunemist (ferriidi ja tsementiidi) teket.
Karastustemperatuur . Süsinikteraste karastustemperatuuri valikul on aluseks Fe-Fe3C faasidiagrammi teraste osa (sele 1.30). Selle järgi võetakse alaeutektoidteraste (0,2...0,8% C) karastustemperatuur 30...50 °C üle faasipiiri Ac3 (s.o. täiskarastus), üleeutektoidterastel (C > 0,8%) 30...50 oC üle Ac1 (s.o. poolkarastus).
Alaeutektoidteraste karastustemperatuuri valikul on lähtutud asjaolust, et karastamisel teisiti – üle faasipiiri Ac1 (s.o. poolkarastus) säilib struktuuris kõrvuti martensiidiga ka ferriit, mis vähendab terase kõvadust pärast karastust.
Üleeutektoidterastel on seevastu optimaalne karastustemperatuur faasipiiride Ac1 ja Acm vahel (s.o. poolkarastus), mistõttu säilib struktuuris martensiidi kõrval sekundaarne tsementiit, mis suurendab terase kõvadust; teisiti karastades – üle faasipiiri Acm (s.o. täiskarastus), on oht jämedateralise struktuuri tekke oht; see teeb karastatud terase hapraks.
Jahutuskeskkond . Levinum jahutuskeskkond on vesi. Vee jahutusvõimele avaldavad mõju selles leiduvad lisandid. Nii näiteks destilleeritud vesi või vihmavesi , mis ei sisalda sooli, jahutavad kaks korda aeglasemalt kui kraanivesi . Vees lahustunud gaasid halvendavad vee jahutusvõimet, seetõttu keedetud vesi (või korduvalt kasutatud vesi) võrreldes toorega jahutab intensiivsemalt.
Õli jahutusvõime võrreldes veega on 3...4 korda väiksem. Õli kui karastuskeskkonna eeliseks on tema mittetundlikkus temperatuurile – õli jahutab ühesuguse intensiivsusega nii temperatuuril 20 °C kui ka 150...200 °C. Õli puuduseks on tema tuleohtlikkus (süttimistemperatuur sõltuvalt õli margist on 150...320 °C piires) ja karastusvõime kadumine aja jooksul (õli pakseneb). Peale selle õli põleb ja detaili pinnale moodustub oksiidikile.
Sele 1.27. Normaliseerimine
Sele 1.28. Normalisatsioonitemperatuuri valik
Sele 1.29. Terase karastamine
Sele 1.30. Terase karastustemperatuuri valik
Karastusviisid. Olenevalt terase koostisest, detaili mõõtmetest ja kujust ning termotöödeldud detaililt nõutavaist omadustest tuleb valida optimaalne karastusviis, mis on kõige lihtsamini läbiviidav kuid kindlustab ühtlasi ka vajalikud omadused.
Mida keerukama kujuga on termotöödeldav detail, seda hoolikamalt tuleb valida jahutamistingimused, sest keerukamal detailil on tavaliselt suurem ristlõigete erinevus ning seda suuremad sisepinged tekivad tema jahutamisel.
Mida rohkem sisaldab teras süsinikku, seda suuremad on karastamisel mahumuutused , ning mida madalamal temperatuuril muutub austeniit martensiidiks, seda suurem on oht deformatsioonide, pragude, pingete ja teiste karastusdefektide tekkeks ning seda hoolikamalt peab valima terase jahutamisrežiimi.
Lähtudes jahutuskiirusest ja jahutuskeskkon nast (vesi, õli või kombineeritud moodus – läbi vee õlisse) eristatakse mitmeid karastusviise: tavakarastus, katkendkarastus, astekarastus, isotermkarastus jt.
Tavakarastus e. ühes keskkonnas (vannis) karastus (vees või õlis) on lihtsamaid karastusviise. Vajaliku temperatuurini kuumutatud detail jahutatakse karastusvedelikus kuni täieliku mahajahtumiseni. Seda viisi kasutatakse süsinik- ja legeerterastest lihtsate detailide karastamisel.
Katkendkarastuse e. kahes keskkonnas karastuse korral jahutatakse detaili alguses kiirelt, seejärel aeglaselt jahutavas keskkonnas. Tavaliselt jahutatakse esmalt vees, et vältida austeniidi lagu nemist, seejärel aga õlis või õhus, mis tagab detaili aeglase jahtumise martensiidi tekke piirkonnas. Sellist karastusviisi kasutatakse süsinikterastest tööriistade valmistamisel.
Astekarastuse korral jahutatakse detaili keskkonnas, mille temperatuur on antud terase martensiitmuutuse algtemperatuurist kõrgem.
Selles keskkonnas jahutamisel ja seisutamisel peab karastatav detail kogu ristlõike ulatuses omandama karastuskeskkonna temperatuuri. Sellele järgneb lõplik, tavaliselt aeglane jahutamine, mille jooksul tegelikult toimubki karastamine, s.t. austeniidi muutumine martensiidiks.
Isotermkarastuse e. beiniitkarastuse korral jahutatakse terast martensiitmuutuse algtemperatuurist kõrgemal temperatuuril (250...350 °C) seisutusega kuni austeniidi lagunemiseni ferriidi ja tsementiidi seguks – beiniidiks.
Pindkarastamist kasutatakse selleks, et an-da detaili pinnakihile suur kõvadus, mis annab suure kulumiskindluse; samal ajal säilib sitke südamik, mis ühtlasi tagab detaili vastupanu dünaamilisele koormusele. Sel eesmärgil kasutatakse ka termokeemilist töötlust (tsementiitimist, nitriitimist jt.), kuid viimasega võrreldes on pindkarastus märksa kiirem.

Sele 1.31. Mitteläbikarastunud terasdetaili ristlõige
Sele 1.32. Terase parendamine
Sele 1.33. Terase astekarastus
Sele 1.34. Pindkõvendamine tsementiitimisega
Pinnakihi kuumutamine võib toimuda
a) atsetüleenihapnikuleegiga,
b) induktsioon - e. kõrgsagedusvooluga,
c) elektrolüüdis ,
d) sulametallis või -soolas,
e) laser - või elektronkiirega.

Terase noolutus
Terase karastamisel, mil austeniit muutub martensiidiks, saavutatakse suur kõvadus – see on ka karastuse põhieesmärk. Ühelt poolt jahtumisel tekkivad termopinged, teiselt poolt martensiidi suur kõvadus tingivad karastatud terase vähese vastupanu löökkoormustele ja deformatsioonidele. Neid omadusi aga on võimalik karastatud terase järgneva töötlemisega – noolutamisega – parandada.
Noolutus seisneb terase kuumutamises temperatuurini alates 200 °C, seisutamises sellel (vähemalt tunni) ja jahutamises (tavaliselt õhus). Selline noolutus sobib eriti tööriistaterastele, millelt nõutakse suurt kõvadust. Noolutus tõstab märga tavalt terase sitkust.
Erinevalt tööriistaterastest (eesmärgiks on maksimaalne kõvadus) püüeldakse konstruktsiooniteraste korral suure sitkuse ja tugevuse poole. See saavutatakse noolutusega suhteliselt kõrgel temperatuuril (450...650 °C, jahutus õhus). Sellist karastust järgneva kõrgnoolutusega nimetatakse paren damiseks (sele 1.32). Saadakse ferriidipõhjal teraline tsementiidiosakestega struktuur – sorbiitstruktuur. Vedruteraste korral kasutatakse kesknoolutust (300…400 °C), saades elastse troostiitstruktuuri.

Sele 1.35. Pindkõvendamine nitriitimisega
Sele 1.36. Leekkarastamine
Sele 1.37 Induktsioonkarastamine
Malm
Malmideks nimetatakse terastega võrreldes suurema süsinikusisaldusega (üle 2,14%) rauasüsinikusulameid. Malmid liigitatakse süsiniku oleku järgi kahte gruppi:

malmid, kus kogu süsinik on seotud olekus tsementiidis (Fe3C). Need on seotud süsinikuga malmid e. valgemalmid;

malmid, kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus grafiidina. Need malmid on tuntud grafiitmalmidena (tuntumad neist on hallmalmid).
Suure süsinikusisalduse tõttu on malmi struktuuris kõva ja habras eutektikum – ledeburiit (valge malmis ) või süsinik grafiidina (libleja, keraja või pesajana). Nii ledeburiit kui ka grafiit teevad malmi hapraks, mistõttu ei saa ühtki malmiliiki survetöödelda – sepistada, valtsida jne. Seepärast kasutatakse malmi valusulamina. Kõige rohkem kasutatakse selleks otstarbeks alaeutektoidse koostisega hallmalmi . Sellisel malmil on suure süsinikusisalduse tõttu terasega võrreldes madalam sulamistemperatuur ja väiksem kristalliseerumise vahemik (seda väiksem, mida lähem on malmi koostis eutektoid ). See soodustab valuomadusi: malmil on hea vedelvoolavus, väike kahanemine, vähene külgepõlemine.
Sulamalm võib paljude mõjurite (jahtumiskiirus, keemiline koostis jt.) tõttu kristalliseeruda nii ebastabiilse (Fe-Fe3C) kui ka stabiilse (Fe-C) faasidiagrammi kohaselt. Esimesel juhul (lisandite puudumisel ning aeglasel jahtumisel) saame kristalliseerumisel valgemalmi struktuuri. Nii saadud valgemalmi kasutatakse enamasti tempermalmi tootmiseks. Teisel juhul (Fe-C faasidiagrammi kohaselt) kristalliseerub grafiit räni olemasolul vahetult vedelfaasist ja nii saame vaba grafiidiga malmid.
Rohkem kasutatavate malmiliikide (libleja ja keraja grafiidiga malmid, tempermalm ) struktuuris on grafiit. Grafiidi tekkimist soodustavad malmi aeg jahtumine (valamine liivsavivormi) ja malmi suur ränisisaldus. Mida rohkem on malmis süsinikku ja räni, seda rohkem tekib ka struktuuri grafiiti . Malmvalandi jahtumiskiiruse suurenemine aga takistab grafiidi eraldumist ja mõjutab soodsalt tsementiidi (Fe3C) tekkimist.
Räni on malmi tähtsamaid lisandeid, mille toime avaldub nii sulamalmi kristalliseerumisel kui ka faasimuutustel tardolekus. Räni on põhiliseks elemendiks, mille abil on võimalik saada vajaliku struktuuriga malmi, kuna süsinikusisaldust on võimalik muuta vaid väga vähestes piirides. Kõrgetel temperatuuridel soodustab räni tsementiidi lagunemist, mille tulemusena tekib grafiit. Sel juhul osutub räni elemendiks, mis nõrgestab raua ja süsiniku aatomite vahelist sidet nende ühendis – tsementiidis.
Kristalliseerumise käiku on võimalik ka muuta, lisades sulamalmile lisandeid, mis ei lahustu või moodustavad lahustumatuid osi ning osutuvad grafiidi eraldumisel kristalliseerumiskeskmeteks. Selle tulemusena on võimalik saada peenemate grafiidiosakestega tugevamat malmi. Sellist protsessi nimetatakse modifitseerimiseks, lisandeid modifikaatoriteks ja vastavaid malme modifitseeritud malmideks.
Malmi mehaanilised omadused olenevad suurel määral grafiidiosakeste kujust ja mõõtmetest – mida väiksemad on grafiidiosakesed, seda paremad on mehaanilised omadused. Teiselt poolt mõjutab omadusi metalse põhimassi struktuur.
Jahtumisel laguneb temperatuuril 727 °C malmi struktuuris olev austeniit ja tekib ferriiditsementiidi segu – perliit. Sõltuvalt malmi keemilisest koostisest, (eelkõige ränisisaldusest) ja jahtumise kiirusest võib malmi metalne põhimass koosneda kas ferriidist, ferriidist ja perliidist või perliidist.
Hallmalm
Tavaliselt on kristalliseerumisel tekkinud grafiit liblejas. Niisuguse grafiidiga malmi tema murdepinna hallist värvusest tulenevalt nimetatakse hallmalmiks. Grafiidiosakeste kuju, vaadelduna mikroskoobi all, on esitatud selel 1.38a. Liblegrafiit vähendab malmi tõmbetugevust ning eriti plastsust (katkevenivus A on peaaegu null, sõltumata metalse põhimassi struktuurist). See-eest sõltuvad survetugevus ja kõvadus peamiselt metalse põhimassi struktuurist.
Kuna hallmalmi struktuur kujuneb malmi kristalliseerumisel ja valandi jahtumisel vormis, siis on hallmalm kõige odavam ja seda kasutatakse tööstuses laialdaselt.
b)
c)
d)
Sele 1.38. Grafiitmalmide ja valgemalmi struktuur
Grafiidiosakeste kuju mõju malmi tugevusele ja plastsusele
Rm, N/mm2
A, %
Liblegrafiit
Keragrafiit
Pesagrafiit
350
1000
800
0
2...20
2...12
Hallmalmi metalne põhimassi struktuur võib olla perliit, perliit+ferriit või ferriit. Vastavalt sellele nimetatakse malmi perliit-, ferriitperliit- või ferriithallmalmiks.
Suurima tugevusega on perliithallmalm (nimetatakse ka kvaliteetmalmiks). Kõigi libleja grafiidiga hallmalmide plastsus (sitkus) on aga väga väike – katkevenivus ei ületa 0,5%.
Keragrafiitmalm
Keraja grafiidiga malmid saadakse sulamalmi modifitseerimisel magneesiumi või tseeriumiga, mida lisatakse 0,1…0,2 massiprotsenti.
Selel 1.38b on näha grafiidiosakeste tüüpiline kuju keragrafiidiga malmis. Metalse põhimassi struktuur võib olla keraja grafiidiga malmil analoog selt liblegrafiidiga malmiga kas ferriit, ferriit+perliit või perliit.
Keragrafiit nõrgestab metalset põhimassi tunduvalt vähem kui pesaline või libleline ja seetõttu on keragrafiidiga malmid heade mehaaniliste omadustega.
Keragrafiidiga malmide plastsus (katkevenivus A 15…20% ferriitsetel, 2…3% perliitsetel malmidel) on tunduvalt suurem kui liblegrafiidiga malmil.
Valgemalm
Kui malmis on grafitiseerivaid lisandeid (näiteks Si) vähe või on jahtumiskiirus suur, siis kulgeb kristalliseerumine ebastabiilse Fe-Fe3C faasidiagrammi järgi ja grafiiti üldse ei eraldu. Niisugust malmi nimetatakse tema heleda murdepinna pärast valge malmiks . Valgemalmi struktuuris (eelkõige pinnakihis) on palju tsementiiti (peamiselt ledeburiidis) ja seetõttu on valgemalmist valandid suure kõvaduse tõttu raskesti lõiketöödeldavad. Valgemalmi struktuuriga valandeid (sele 1.38d) kasutatakse tehnikas harval vajadusel, näiteks valtsirullide tarvis. Mõnikord peavad detaili teatud kohad olema kõvemad (kulumiskindlamad). Siis jahutatakse metallvormi neid kohti valamisel, et valand seal kiiresti jahtuks ja pinnakihis tekiks valgemalmi struktuur. Sellist malmi nimetatakse valgendatud malmiks. Näiteks võivad automootori nukkvõlli nukid olla valgendatud malmist .
Struktuurilt (faasidiagrammi järgi) jagunevad valgemalmid kolme rühma:

eutektoidsed, C=4,3%, struktuur Le;

alaeutektoidsed, C4,3%, struktuur Le+T.
Tabel 1.23. Malmid
Malmi liik ja margitähis
Omadused, min
Kasutus-omadused
Rm N/mm2
A %
Liblegrafiitmalm
(EN1561)
GJL-100
GJL-200
GJL-350
100
200
350
Head antifriktsioonomadused, hea vibratsioonisummutavus ja vastupanu väsimusele
Keragrafiitmalm
(EN1563)
GJS-350-22
GJS-600-3
GJS-900-2
350
600
900
22
3
2
Suur tugevus ja sitkus
Tempermalm
(EN1562)
GJMB -300-6
GJMB-700-2
GJMW-350-4
GJMW-550-4
300
700
350
550
6
2
4
4
Vastupanu dünaamilistele koormustele, kulumiskindlad, keevitatavad
Tempermalm
Valgemalmide struktuuri kujunemine on jälgitav Fe-Fe3C faasidiagrammil. Valgemalmi süsinikusisaldusega 2,2…3,0% ja ränisisaldusega 0,7…1,5% kasutatakse tempermalmist valandite tootmiseks. Vastav tehnoloogiline protsess seisneb selles, et valgemalmi struktuuriga valandeid lõõmutatakse pikka aega temperatuuril 950…1050 °C. Nendel temperatuuridel koosneb malmi struktuur austeniidist ja tsementiidist. Viimane laguneb pikaajalisel seisutamisel ja tekib vaba süsinik – grafiit. Kuna siin on iseärasuseks grafiidi tekkimine tardolekus, siis on tal ka iseloomulik kuju – pesajas (sele 1.38c). Sellist grafiiti nimetatakse ka lõõmutussüsinikuks ja ta on tempermalmi struktuuri iseloomulikumaks tunnuseks
Kui jahutada malmi mõõduka kiirusega alla 727 °C, laguneb austeniit perliidiks ning saame perliitmalmi; aeglasel jahutamisel temperatuuri-vahemikus 740…710 °C või seisutamisel temperatuuril 700…710 °C laguneb tekkinud perliidi koostises olev tsementiit. Vastavalt sellele tekib ferriitstruktuuriga metalne põhimass ja saadud malmi nimetatakse ferriittempermalmiks. Toodetakse ja kasutatakse nii perliit- kui ka ferriittempermalme.
Tempermalmi tugevusomadused on võrreldavad keraja grafiidiga malmi omadustega. Nii temper malm kui ka keragrafiidiga malm on suhteliselt sitked (vastupidavad löökkoormustele), mistõttu neid kasutatakse selliste valandite valmistamiseks, mis töötavad dünaamilisel koormusel .
Kõige paremate plastsusnäitajatega (katkevenivus A on kuni 10…12%) on ferriittempermalm, mis küllaldase tugevuse juures on perliitsest tunduvalt sitkem.
Tempermalmidel on head mehaanilised omadused, kuid vajadus valandeid pikka aega lõõmutada (30…40 tundi ja isegi rohkem) teeb tehno loogilise protsessi keerukaks ja malmi kalliks. See on termpermalmide suurim puudus. Tavaliselt valmistatakse tempermalmist valandeid seinapaksusega kuni 30…40 mm. Tänapäeval leiavad tempermalmide asemel kasutamist üha enam sulametalli otsemodifitseerimise teel saadud keragrafiidiga malmid.
Malmi valu
Malmi toodetakse kõrgahjudes. Saadakse toormalm, mida kasutatakse terase tootmiseks. Malmvalandite valmistamiseks kasutatakse masinaehituses peamiselt hallmalmi, vastutusrikkamate masinaosade korral ( vänt - ja jaotusvõllid, hammasrattad, kepsud jms.) kasutatakse aga keragrafiitmalmi ning dünaamilisel koormusel töötavate põllumasinate ja autode osade tarvis ka tempermalmi. Valuviisidest kasutatakse peamiselt liivsavivormi ja metallvormi (kokilli) valu (sele 1.39 ja 1.40)
Sele 1.39. Malmi liivsavivormi valu
Sele 1.40. Malmi kokillvalu

Alumiinium ja alumiiniumisulamid

Alumiinium
Alumiinium on enamlevinumaid elemente maa koores , kuid olles väga aktiivne hapniku suhtes, esineb ta looduses ühendeina. Põhiliselt saadakse alumiiniumi mineraalist – boksiidist. Tootmisprotsess seisneb sellest alumiiniumoksiidi saamises ja järg nevas sulas krüoliidis lahustatud alumiiniumoksiidi elektrolüüsis . Sel menetlusel saadud alumiiniumi puhtus on 99,5…99,8% ja põhilisteks lisanditeks raud, räni ja mangaan. Suurema puhtusega alumiiniumi (kuni 99,9%) saadakse sulaalumiiniumi rafineerimise teel.
Alumiiniumil on rida niisuguseid omadusi (näit. hea korrosioonikindlus, väike tihedus), mis teevad ta äärmiselt kasulikuks tehnomaterjaliks. Puhas alumiinium on küll väga madala tõmbetugevusega, kuid seda saab tõsta külmdeformeerimise (kalestamise) teel või teiste elementidega legeerimise teel; tugevus tõuseb märgatavalt (kuni 500 N/mm2-ni). Alumiinium on väga plastne ja vormitav paljude moodustega. Alumiiniumi hea elektrijuhtivus (60% puhta vase elektrijuhtivusest) soosib tema kasutamist paljudes elektrotehnika valdkondades.
Al
Tihedus 
Sulamistemperatuur Ts
Kristallivõre
Tõmbetugevus Rm
Joonpaisumistegur  Elektrijuhtivus 1/
Korrosioonikindlus
2700 kg/m3
660 °C
K12
Puhas Al
80…135 N/mm2,
sulamid 600 N/mm2
2410-6 1/K
60% IACS1)
Väga hea
1)IACS – rahvusvaheline lõõmutatud vase etalon; näitab elektrijuhtivust vase suhtes (%)
Alumiinium on väga aktiivne hapniku suhtes ja metalli värske pind oksüdeerub kiiresti. Moodustub ainult mõne aatomkihi paksune tihe oksiidikiht , mis kaitseb pinda edaspidise korrosiooni eest. Alumiiniumi hea korrosioonikindlus ongi tingitud sellest oksiid pindest. Alumiiniumi korrosioonikindlust saab tõsta anodeerimisega, mille eesmärgiks on paksema oksiidikihi aga ka kõva pinde saamine.
Kõrge puhtusastmega alumiinium (99,5% Al ja enam) on väikese tugevusega ja teda kasutatakse peamiselt keemia- ja toiduainetetööstuses mahutite ja torustike valmistamiseks. Elektrijuhtmeina kasutatav tehniline alumiinium sisaldab kuni 0,5% rauda, olles tegelikult alumiiniumirauasulam.
Alumiiniumisulamid võivad olla legeeritud paljude elementidega. Nii saadakse paljusid kasulikke konstruktsioonimaterjale. Alumiiniumisula-meid liigitatakse tavaliselt toodete saamise (töö-deldavuse) ja termotöötluse alusel. Tabel 1.24. Alumiiniumi deformeeritavad sulamid (leht, riba, profiilid )
EN tunnusnr.
Margitähis
Al
%
Olek1)
Rp0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
A
%
HV
Kasutus
Puhas alumiinium
AW-1050
AW-1200
Al99.5
Al99.0
99,5
99,0
L
Kal.
Kal.
35
105
115
80
125
125
42
10
9
20
36
38
Toiduainetetööstus
Pakendimaterjal
Alumiiniumisulamid – mittevanandatavad
AW- 5052
AW- 5083
AlMg2.5
AlMg4.5Mn
97,2
94,6
Kal.
Kal.
200
275
250
360
14
16
75
105
Plekk keeviskonstruktsioonide tarvis
Alumiiniumisulamid – vanandatavad
AW-2024
AW- 6082
AW-7020
AlCu4Mg1
AlSi1MgMn
AlZn4.5Mg1
93,4
97,4
93,6
K+LV
K+KV
K+LV
K+KV
K+KV
275
425
170
310
335
430
485
260
340
380
18
12
24
11
13
120
150
75
100
125
Kõrgtugevad lennuki konstruktsioonid Kõrgtugevad
transpordivahendite konstruktsiooniosad
Lennukikonstruktsioonid
1)L – lõõmutatult, Kal. – kalestatult, K+LV – karastatud ja loomulikult vanandatult,
K+KV – karastatud ja kunstlikult vanandatult
Tabel 1.25. Alumiiniumi valusulamid
EN tunnusnr.
Margi-tähis
Al
%
Valu-viis
Olek1)
Rp0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
A
%
HB
Kasutus ja
omadused
Alumiiniumisulamid – mittevanandatavad
AC-44100
AC-51400
AlSi12
AlMg5Si1
88
94
LiV,KoV
LV, KV
VO
VO
90
100
180
170
5
2
55…75
55…75
Mitmesugused valandid
Hea korrosioonikindlus
Alumiiniumisulamid – vanandatavad
AC-21100
AC-42100
AC-71000
AlCu4Ti
AlSi7Mg
AlZn5Mg
95
93
93
LiV
LiV,KoV
LiV,KoV
K+KV
K+LV
K+KV
K+LV
260
120
200
180
280
200
250
230
5
8
4
4
90…115
60…85
80…110
70…100
Kõrgtugevad, kuumuskindlad
Väga head valusulamid
Lennukikonstruktsioonid
1) LiV – liivsavivormivalu, KoV – kokillvalu, VO – valmistamisolekus,
K+KV – karastatud ja kunstlikult vanandatult, K+LV – karastatud ja loomulikult vanandatud
Toodete saamise (valmistamise) mooduse järgi liigitatakse alumiiniumisulamid kahte gruppi:
a) deformeeritavad (survetöödeldavad) sulamid,
b) valusulamid.
Lähtudes termotöödeldavusest liigitatakse sulamid samuti kahte gruppi:
a) vanandatavad sulamid,
b) mittevanandatavad sulamid.
Enamik deformeeritavaid alumiiniumisulameid on vanandatavad, misläbi saab suurendada nende tugevust ja kõvadust. Deformeeritavatel vananda mise teel tugevdatud alumiiniumisulamitel on väikese tiheduse juures küllaltki suur tugevus, mistõttu sellised sulamid on masina- ja aparaadiehituses teraste järel üks põhilisemaid konstruktsiooni mater jale. Tugevuse tõstmise eesmärgil sulameid karastatakse ja seejärel vanandatakse kas loomulikult (s.o. toatemperatuuril) või kunstlikult (s.o. kõrgendatud temperatuuril). Seejuures saavutatakse tugevus mitte karastamisega nagu terastel, vaid vanandamisega.
Alumiiniumi deformeeritavad sulamid
Deformeeritavad alumiiniumisulamid liigitatakse termotöötluse põhjal järgmiselt:
a) sulamid, mida termotöötlusega ei tugevdata
(mittevanandatavad);
b) termotöötlusega tugevdatavad sulamid
(vanandatavad).
Esimesse gruppi kuuluvad eelkõige Al-Mn-, Al-Mg-sulamid, teise Al-Cu-Mg-, Al-Mg-Si-sulamid.
Deformeeritavatest, mittevanandatavatest sulamitest tuntumad Al-Mn- ja Al-Mg-sulamid sisaldavad 1…5% Mn või Mg, olles ca 15% tugevamad puhtast alumiiniumist ja veidi suurema korrosioonikindlusega.
Deformeeritavatest vanandatavatest sulamitest tuntuim on duralumiinium (Al-Cu-Mg- sulam ), mille termotöötlus on võimalik tänu vase lahustuvuse muutusele alumiiniumis temperatuuri alanedes (väheneb 5,7%-lt 0,2%-ni). Karastamisele järgneva vanandamise tulemusel (sele 1.42) tõuseb duralu miiniumi kõvadus ja tugevusnäitajad, vähenevad aga plastsusnäitajad.
Alumiiniumi valusulamid
Alumiiniumi valusulamite tüüpilised esindajad on Al-Si-sulamid - silumiinid, mis ei moodusta ega mille koostises ei ole keemilisi ühendeid. Sulamites esineb eutektmuutus temperatuuril 577 °C ja ränisisaldusel 11,7% moodustub eutektikum. Tänu eutektsulami heale vedelvoolavusele (Si suurendab ka puhta Al vedelvoolavust) kasutatakse sulameid
Alumiinium ja alumiiniumisulamid
Puhas Al Al-sulamid Pulberalumiinium
Deformeeritavad Valusulamid
sulamid
Vananda - Mitte- Vananda- Mitte-
tavad vanan- tavad vanan-
datavad datavad
valusulameina, valatuna liivsavi - või metallvormi. Enam kasutatakse Al-valusulameid, mis sisaldavad 10…13% Si, need on eutektkoostisele ligilähedased sulamid. Reeglina on eutektstruktuur jämedateraline, tehes sulami hapraks. Sulami struktuuri peenendamiseks sulameid modifitseeritakse – lisatakse vedelmetalli väikeses koguses (ca 0,01%) naatriumi, mille tulemusena saadakse peeneteraline haprate ränikristallideta struktuur.
Alumiiniumisulamite termotöötlus
Alumiiniumisulamite tugevdamiseks rakendatakse karastamist ja vanandamist, struktuuri ühtlustamiseks ja kalestumise kõrvaldamiseks ka lõõmutamist.
Lõõmutamine. Rakendatakse homogeni-seerivat kui ka rekristalliseerivat lõõmutamist. Esi-mest kasutatakse esmajoones sulami likvatsiooni (metalli kristallide koostise ebaühtluse) kõrvalda-miseks. Lõõmutatakse temperatuuril 450…520 °C kümneid tunde, jahutatakse õhu käes või koos ahjuga. Rekristalliseeriv lõõmutamine viiakse läbi sõltuvalt sulami koostisest temperatuuril 350…500 °C kestusega kuni paar tundi kalestumise kõrvaldamise ja tera peenendamise eesmärgil.
Sele 1.41. Alumiiniumi pehmelõõmutamine
Karastamine seisneb kuumutamises temperatuurini, mil sulamis lisandid lahustuvad alumiiniumis kas täielikult või osaliselt, sellel temperatuuril seisutamises ja seejärel kiires jahutamises üleküllastatud tardlahuse saamiseks. Karastamine toimub vees. Pärast karastamist on tardlahuse struktuuriga sulam madalate tugevusomadustega, ent on suure plastsusega.
Vanandamine seisneb karastamisele järgnevas seisutamises toatemperatuuril mõne ööpäeva kestel (loomulik vanandamine) või kõrgendatud temperatuuril alates mõnest tunnist (kunstlik vanandamine). Vanandamise käigus toimuvad üleküllastunud tardlahuses muutused (eraldub CuAl2), mille tulemusena sulam tugevneb. Vanandamisel tõuseb sulami kõvadus, tõmbetugevus ja voolavus piir. Seejuures väheneb aga plastsus ja sitkus.
Tabel 1.26. Alumiiniumisulamite pehme-
lõõmutus
EN tunnusnr.
Tlõõm
°C
Kestus
min
AW-1050
AW-1200
AW-2014
AW-5052
AW-5083
AW-6082
AW-7020
380…450
380…450
380…420
380…450
410…450
380…420
400…420
30
30
30 (30°/min) kuni 250 °C
30
30
30 (30°/min) kuni 250 °C
30
Tabel 1.27. Alumiiniumisulamite
termotöötlusrežiimid
EN tunnusnr.
Tkar
°C
Loomulik vanan-damine päev
Kunstlik vanandamine
°C
min
AW-2024
AW-6082
AW-7020
5205
53010
48020
5
2
30
1755
1805
1205
6
5
24

Sele 1.42. Duralumiiniumi termotöötlus (karastamine + vanandamine)

Vask ja vasesulamid

Vask
Vask on üks vanimaid inimkonnale teadaolevaid metalle , mis sulameina (koos tinaga pronksidena) on olnud kasutusel enam kui 5000 aastat. Tänapäeval on palju väga kasulikke vasesulameid, kuid metalli kõrgest hinnast tingituna on need paljudel juhtudel asendumas odavamate materjalidega nagu alumiinium ja plastid .
Põhilised vasemaagid on kompleksmaagid vask- ja raudsulfiitidest. Vase tootmine neist toimub sulatusmetallurgia (pürometallurgia) ja elektro metallurgia meetoditega. Sulatuse teel saadakse toorvaske, mis sisaldab 98,5…99,5% Cu ja lisandeina rauda, väävlit, hapnikku jt. Toorvask rafineeritakse elektrolüütiliselt, mille tulemusena saadakse puhas elektrolüütiline vask e. katoodvask vasesisaldusega 99,2…99,7%.
Lõõmutatud vase elektrijuhtivus (1/) temperatuuril 20 °C on 58 mm2/m, mis on võetud elektrijuhtivuse standardväärtuseks ja võrdub 100%-ga IACS järgi (International Annealed Copper Standard).
Puhta vase nagu alumiiniumigi mehaanilised omadused sõltuvad suuresti külmdeformeerimisest ja kalestumisest ning metalli järgnevast lõõmutamisest. Lõõmutamisel väheneb tõmbetugevus, suurenevad plastsusnäitajad, aga märgatavalt ka tera suurus. Puhta vase kasutusaladeks elektrotehnikas on igasugused elektrimähised ja -juhtmed, arhitektuuris pindade katmine , koduses majapidamises , toiduainete- ja keemiatööstuses mitmesuguste nõude ja mahutite valmistamine, soojusvahetid jm.
Vaske legeeritakse mitmesuguste elementidega, saades erisulameid, millistest peamised on:

vasetsingisulamid e. messingid (tuntud ka kui valgevased),
vasetina-, vasealumiiniumi- jt. sulamid e. pronksid ,
vaseniklisulamid .

Messingid
Kuna vask annab tsingiga tardlahuse tsingi lahustuvusega kuni 39%, on messingid plastsed ja sobivad külmsurvetöötluseks.

Lae alla, et näha rohkem ▪ ▪ ▪

100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.

~ 32 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2009-09-19 Kuupäev, millal dokument üles laeti

70 laadimist Kokku alla laetud

1 arvamus Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

wirx911 Õppematerjali autor

Metalsed materjalid,Rauasüsinikusulamid ,Alumiinium ja alumiiniumisulamid ,Vask ja vasesulamid
,Nikkel ja niklisulamid
,Titaan ja titaanisulamid
,Magneesium ja magneesiumisulamid
,Tsink, plii, tina ja nende sulamid
,Metallide markeerimine

metalsed materjalid rauasüsinikusulamid alumiinium ja alumiiniumisulamid vask ja vasesulamid nikkel ja niklisulamid titaan ja titaanisulamid magneesium ja magneesiumisulamid tsink plii tina ja nende sulamid metallide markeerimine

Sarnased õppematerjalid

pdf

Materjalid

Autorid: Priit Kulu Jakob Kübarsepp Enn Hendre Tiit Metusala Olev Tapupere Materjalid Tallinn 2001 © P.Kulu, J.Kübarsepp, E.Hendre, T.Metusala, O.Tapupere; 2001 SISUKORD SISSEJUHATUS ................................................................................................................................................ 4 1. MATERJALIÕPETUS.............................................................................................................................. 5 1.1. Materjalide struktuur ja omadused ...................................................................................................... 5 1.1.1. Materjalide aatomstruktuur........................................................................................................... 5 1.1.2. Materjalide omadused ..........................

Kategoriseerimata

pdf

Metallide Tehnoloogia 1 Referaat

TTÜ EESTI MEREAKADEEMIA Üld- ja alusõppe keskus MATERJALIÕPETUS Referaat õppeaines Metallide tehnoloogia, materjalid I Kadett: Andrei Lichman Õppejõud: Paul Treier Rühm: MM42 Tallinn 2015 SISUKORD 1. Metallide kristalliline struktuur ............................................................................. 3 2. Kristallvõre tüübid ....................................................................................................... 3 3. Kristalliseerumine ....................................................................................................... 4 4. Materjalide füüsikalised, tehnoloogilised ja mehaanilised omadused ...... 5 4.1. Materjalide füüsikalised omadused ............................................................................ 5 4.2. Materjalide tehnoloogil

Metalliõpetus

docx

Tehnomaterjalide stenogramm

Tallinna Tehnikaülikool 2014/2015 õ.a Materjalitehnika instituut Materjaliõpetuse õppetool Stenogramm aines tehnomaterjalid Üliõpilane: Üliõpilaskood: Rühm: Materjalide füüsikalised ja mehaanilised omadused Metallide ja sulamite liigitus tiheduse järgi:  ρ< 5000 kg/m3 – kergmetallid ja –sulamid;  5000 < ρ < 10000 kg/m3 - keskmetallid ja –sulamid;  ρ > 10000 kg/m3 - raskmetallid ja -sulamid. Metallide ja sulamite liigitus sulamistemperatuuri järgi:  kergsulavad metallid ja sulamid - TS ≤327°C (Pb sulamistemperatuur) - Pb, Sn, Sb;  kesksulavad metallid ja sulamid - TS =327-1539°C - Mn, Cu, Ni, Ag jt;  rasksulavad metallid ja sulamid - TS >1539°C (Fe sulamistemperatuur) – Ti, Cr, V, Mo, W. Plastsusnäitajad Plastsus on materjali võime purunemata muuta talle rake

tehnomaterjalid

docx

Metallide tehnoloogia, materjalid eksam 2015

1. Aatomi ehituse skeem suhtena. Kõvaduse määramine Rockwelli meetodil Kõvadus Rockwelli meetodil määratakse sissesurumise jälje sügavuse järgi: teraskuul läbimõõduga 1,6 mm ja jõud 980 N (100 kgf) – skaala B; teemantkoonus tipunurgaga 120° ja jõuga 580 N (60 kgf) või kõvasulamkoonus jõuga 1470 N (150 kgf). Kõvadust iseloomustab kuuli või koonuse

Materjaliõpetus

docx

Metallide tehnoloogia kontrolltöö kordamiseks

1 Kristallivõre tüübid primitiivsed e. lihtsad aatomid paiknevad ainult võreelemendi sõlmpunktides (tippudes); b) ruumkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paikneb üks aatom võre- elemendi sees; Cr a, Fe a, Mna, Mo, V, W a ; c) tahkkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid iga tahu keskel; Ag, Al, Cu, Coy , Cu, Fey, Ni, Pb, Pt, Sny d) põhitahkkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid põhitahkude keskel. kompaktne heksagonaalvõre: Be, Cd, Co, Cr , Mg, Ti, Zn. KRISTALLVÕRET ISELOOMUSTAVAD SUURUSED · Võre periood · Võre baas · Võre koordinatsiooniarv · Aatomiraadius · Võre kompaktsusaste Polümorfism. Mõnedel metallidel on sõltuvalt temperatuurist enam kui üks kristallivõre t üüp. Metallid o

Materjalitehnika

doc

Alumiinium ja Alumiiniumsulamid

Alumiinium ja alumiiniumisulamid Alumiinium Alumiinium on enamlevinumaid elemente maakoores, kuid olles väga aktiivne hapniku suhtes, esineb ta looduses ühendeina. Põhiliselt saadakse alumiiniumi mineraalist boksiidist. Alumiiniumil on rida niisuguseid omadusi (näit. hea korrosioonikindlus, väike tihedus), mis teevad ta äärmiselt kasulikuks tehnomaterjaliks. Puhas alumiinium on küll väga madala tõmbetuge- vusega, kuid seda saab tõsta külmdeformeerimise (kalestamise) teel või teiste elementidega legeerimise teel; tugevus tõuseb märgatavalt (kuni 500 N/mm 2-ni). Alumiinium on väga plastne ja vormitav paljude moodustega. Alumiiniumi hea elektrijuhtivus (60% puhta vase elektrijuhtivusest) võimaldab tema kasutamist paljudes elektrotehnika valdkondades. Al Tihedus 2700 kg/m3 Sulamistemperatuur Ts 660 °C Krista

Kategoriseerimata

rtf

Exami piletite vastused

Exami küsimuste vastused ! ! ! 1) Rauasüsiniksulamid ja tavalisandite mõju sulamile. terased, mille süsinikusisaldus on kuni 2,14%; malmid, mille süsinikusisaldus on üle 2,14% (tavaliselt kuni 4%). Tavalisandid terastes Lämmastik, hapnik ja vesinik. Need lisandid esinevad terases mittemetalsete ühendi-tena (näi- teks oksiididena FeO, Fe2O, MnO, SiO2, Al2O3 jt.), tardlahustena või vabas olekus (kaha-nemistühikutes, pragudes jm.). Mittemetalsed lisan-did määravad terase nn. metallurgilise kvaliteedi, tõstavad terase mehaaniliste omaduste (plastsus ja sitkus) anisotroopsust, kuid olles pingekontsentraa-toreiks, alandavad nad väsimustugevust ja purune-missitkust. Eriti kahjulikuks lisandiks on terases lahustunud vesinik. See muudab terase hapraks. Lisaks haprusele soodustab vesinik terase valtsimisel ja sepistamisel mikropragude teket. Keevitamisel mõjub vesinik kaasa pragude tekkimisele põhi- ja keevismetallis. Pinnakihi rikastamine vesinikuga (nä

Kategoriseerimata

odt

Materjaliõpetus

1. -2. MALMID, STRUKTUUR, TOOTMINE, LIIGITUS Malm toodetakse kõrgahjudes rauamaagist raua taandamisega. Taandamine toimub kivisöekoksi põlemisel tekkivate gaasidega. Vedelas rauas lahustub 3,5-4% C, samuti Mn, Si ja kahjulike lisandeina ka S ja P. Kõrgahjus toodetakse: 1) toormalmi, mis läheb terase sulatamisel (kuni 90% kogutoodangust); 2) valumalme, mis sulatatakse ümber, et saada valandeid (valatud esemeid) 3) ferrosulameid – suure Mn või Si sisaldusega rauasulameid, mida kasutatakse valumalmide ümbersulatamisel koostise reguleerimiseks ning terase taandamiseks. Koostise järgi eristatakse legeerimata malme, mis on põhiliselt raudsüsiniksulamid ja eriomadustega legeermalme, mille koostisse on lisatud täiendavalt teisi elemente. Malmis sisalduva süsiniku oleku järgi eristatakse: 1. Valgemalmid, kus kogu süsinik on rauaga seotud olekus tsementiidi ( F e 3 C ) kujul. Selline

Materjaliõpetus

Rohkem sarnaseid