Ehitusmaterjalid ja konstruktsioonid, Metallmaterjalid (2)

Tartu Kutsehariduskeskus
Iseseisev töö
Ehitusmaterjalid ja konstruktsioonid
Koostaja :
Juhendaja :
Tartu 2009
Metallmaterjalid
Metallidest ehitusmaterjalid on väga tugevad, elastsed ja mitmeti töödeldavad ning seetõttu väga laialdaselt kasutatavad.
Ehitusmetallid jagunevad must- ja värvilisteks metallideks. Mustmetallid koosnevad rauast ja peamiseks lisandiks on süsinik. Süsiniku sisalduse järgi jagunevad nad malmideks ja terasteks. Malmides on süsinikku tunduvalt rohkem.
Värvilistest metallidest kasutatakse ehitusel kõige rohkem vaske ja alumiiniumit, vähemal määral niklit , tsinki, tina, seatina, kroomi jne.
Malm
Malm on rauasulam , kus on vähemalt 2,14% süsinikku. Süsiniku protsent sulamis ei ole tavaliselt suurem kui 4. Malmi ja terase erinevus seisneb selles, et malmi pole võimalik toatemperatuuril plastselt deformeerida, kuna malm puruneb. Malm on heade valuomadustega ning seejuures ka odavam kui teras. Malmil on ka omadus summutada lööke. Samas on malmil halb keevitatavus. Malmi külmkeevitamisel kasutatakse spetsiaalseid elektroode, traate, kaitsegaase ja töövõtteid. Vaatamata sellele on külmkeevitamisel saadud liide kerge purunema , kuna temperatuuride vahest tekkivad malmi kergesti praod. Seetõttu soovitatakse malmi enne kuumutada kuni 600°C ning alles seejärel keevitada.
Malmi toodetakse kõrgahjudes ja tema tooraineks on rauamaak , koks ja räbustaja.
Teras
Teras on sulam , mille põhikomponent on raud ning mis muude elementide (väävel, fosfor jne) kõrval sisaldab kuni 2,14% süsinikku.
Kui rauasulamis on üle 2,14 % süsinikku, nimetatakse seda malmiks . Malmil ja terasel on oluline erinevus: terast on võimalik plastselt deformeerida, kuid malmil jääkdeformatsioone ei esine, kuna malm puruneb. Süsinikterased on kõige laiemalt kasutatavad sulamid üldse, kuid vastavalt otstarbele on terase koostis erinev. Kristallstruktuuri järgi võib süsiniku ja raua sulam olla: tsementiit , austeniit, martensiit või perliit. Ühes tükis terases on tavaliselt esindatud kõik kolm.
Süsinikusisaldus teeb raua kõvemaks ja suurendab tunduvalt tõmbetugevust, kuid teras on rauast rabedam.
Legeerterased
Legeerterased sisaldavad peale raua ja süsiniku veel legeerivaid lisaaineid, mis parandavad mitmeid terase omadusi. Enamkasutatavad legeerivad terased on : nikkel , kroom , mangaan, räni, vask ja volfram.
Vask
Keemiline element vask ( Cuprum , Cu), kristallstruktuur – tahkkeskendatud kuubiline võre.
Punakas-kollaka värvusega metall , tihedus 8920 kg/m3 , hea elektri- ja soojusjuht ( eritakistus 1.7·10-8 Wm). Sulamistemperatuur 1084.62 °C. Välistingimustes tekib vase pinnale aja jooksul rohekas kattekiht (paatina) [15.08.04], mis kujutab endast erinevate vase hüdraatsoolade segu ( sulfaat , karbonaadid).
Vase sulamitest on peamised messing ja pronks. Messing on vase ja tsingi sylam. Pronks on vase ja inglistina sulam, harvem on ta vase ja alumiiniumi sulam. Vase sulamid on puhtast vasest tunduvalt tugevamad.
Alumiinium
Alumiinium on keemiline element järjenumbriga 13.
Alumiinium on hõbevalge metall tihedusega 2,7 g/cm³ ja sulamistemperatuuriga 660 °C.
Alumiiniumi keemilise aktiivsuse tõttu teda looduses lihtainena ei esine.
Alumiinium reageerib paljude lihtainete ja hapetega. Hapetest tõrjub ta välja vesinikku ning tekib sool.
Amfoteersuse tõttu reageerib alumiinium ka leelistega, tõrjudes nende lahustest vesinikku välja ja moodustades aluminaate.
Kõigis püsivamates ühendites on alumiiniumi oksüdatsiooniaste +3. Alumiiniumoksiid on amfoteerne oksiid .
Alumiiniumi saadakse boksiidist. Alumiiniumi sulatus on üks kõige energiamahukamaid tootmisi. Sellepärast rajati alumiiniumi tootmist tehaseid hüdroenergiajaamade lähedusse. Tänapäeval rajatakse tehaseid rohkem sadamate lähedale.
Tootmine
Metalltoodete valmistamisel kasutatakse peamiselt järgmisi meetodeid :

• valamine - valmistatakse kõik malmtooted, osaliselt teras, pronks ja alumiiniumtooted;
  
• kuumalt valtsimine - valmistatakse suur osa teras, alumiinium ja vasktooteid;
  
• tõmbamine - toodetakse traate jms;
  
• sepistamine - kasutatakse keerukama kujuga toodete valmistamisel;
  
• lõiketöötlus - sellega antakse toorikule lõplik kuju (treimine, freesimine , puurimine jne).
  

Valtsmetalltooted
Valtsmetalltooted moodustavad suurema osa ehitusel kasutatavatest metallmaterjalidest.
Valtsitud tooted valmistatakse peamiselt terastest, vähem alumiiniumi ja vase sulamitest.
Keerukama ristlõikega valtsteraseid nimetatakse – profiilterasteks.
Tähtsamad profiilterased on:

• ümarteras (d>= 5 mm);
  
• ruut-teras;
  
• latt -teras;
  
• leht-teras (paksus >=4 mm)
  
• plekk (paksus
• torud;
  
• võrdkülgne nurkteras ;
  
• erikülgne nurkteras;
  
• karpteras;
  
• topelt T-teras;
  
• rööpad;
  
• eriprofiilid.
  

Sarrusterased
Sarrusteraseks nimetatakse terasvardaid, -võrke või -karkasse, mis betooni valamisel asetatakse tema sisse, saades uue materjali – raudbetooni.
Sarruse põhiülesandeks on vastu võtta tõmbejõude ja sellega kõrvaldada üks betooni peamine puudus – haprus.
Sarrusena kasutatakse kas sileda või reljeefse pinnaga ümarterast.
Reljeefse pinnaga sarruse külge nakkub betoon tunduvalt paremini.
Korrosioon
Korrosiooniks nimetatakse metalli riknemist või hävinemist ümbritseva keskkonna mõjul.
Korrosioon võib olla:

• keemiline;
  
• elektrokeemiline.
  

Levikulaadi järgi eristatakse järgmisi korrosiooniliike:

• pindkorrosioon levib ühtlase õhukese kihina pinnal, paistab hästi välja, alul ei nõrgesta metalli;
  
• kohalik korrosioon esineb üksikute laikudena, tungib sügavale metalli, ohtlik;
  
• kristallidevaheline korrosioon tekib metalli sisemises kristallide pinnal, raskesti avastatav, üliohtlik.