Exami piletite vastused (1)

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 (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.
2) Rauasüsiniksulamid ja legeeribate elementide mõju sulamile.
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 eutek­toidi süsinikusisaldust terastes,
  
• nad tõstavad ferriidi ja sellega terase tugevust,
  
• nad avaldavad mõju muutustele terase termo­töötlusel (austeniiditera kasvule, austeniidi lagunemisele ja läbikarastuvusele).
  

3) Konstruktsioonterased ja nende omadused. Kasutamine.
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 koos­tise ja paremate mehaaniliste omaduste suhtes. Sellised terased tavaliselt termotöödeldakse. Legeer ­konstruktsiooniteraseid kasutatakse vastu­tus­rikaste ja raskkoormatud detailide korral. Nende teraste tõmbetugevus termotöödeldult ulatub kuni 2000 N/mm2.
4) Ehitusterased ja nende omadused. Kasutamine.
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: keevis ­õmbluses 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.
  

5) Masinaehitusterased ja nende omadused. Kasutamine.
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 peene­ tera ­line struktuur. Ka pinnakihis on oluline peeneteraline struktuur – jämeteraline tsementiiditud kihi struktuur toob pärast termotöötlust pinnakihis kaasa väsimus­tugevuse languse.
Tsementiiditud kihi paksus on tavaliselt 0,5…2 mm, mille struktuur sügavuti muutub sujuvalt südamiku struktuuriks. Tsementiiditavaist terastest valmistatakse selliseid masinaosi nagu hammas­rattad, 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 ele­mente. 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 – norma­liseerimisega, 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 .
6) Tööriistaterased ja nende omadused. Kasutamine.
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).
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.
7) Lõike- ja mõõteriistaterased ja nende omadused. Kasutamine.
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.
8) Stantsiterased ja nende omadused. Kasutamine.
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.
9) Kiirlõketerased ja nende omadused. Kasutamine.
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.
10) Eriterased ja nende omadused. Kasutamine.
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.
11) Roostevabad terased ja nende omadused. Kasutamine.
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.
12) Kuumuskindlad terased ja nende omadused. Kasutamine.
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 tera­seid lisaks kroomile räni, molübdeeni, nikli jt. ele­men­tidega. Terastest, mis on mõeldud tööks kõrgetel temperatuuridel (350…500 °C), moodus­tavad 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).
13) Kulumiskindlad terased ja nende omadused. Kasutamine.
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, -keevita­mise, 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%.
14) Legeerkvaliteetterased ja nende omadused. Kasutamine.
Legeerkvaliteetteraste hulka kuuluvad keevitatavad konstruktsiooniterased, surveotstarbelised terased, eriterased (magnetterased) jt.
15) Legeervääristerased ja nende omadused. Kasutamine.
Legeervääristeraste gruppi kuuluvad roostevabad, kuumuspüsivad ja kuumuskindlad terased, kuullaagri-, tööriista- ning erioma­dustega terased.
16) Enemlevinud teraste margitähised GOST , DIN, EN järgi
EN
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.
DIN
Kõige süsteemsemaks võib pidada Saksa­maa pika traditsiooniga DIN-standardeid. Terast mar­keeritakse nende järgi kahel viisil: tunnus­numbriga või margitähisega. DIN-i tunnusnumbrite süsteem oli aluseks vastavale EN- standardile ja langeb niisiis sellega kokku. Pisierinevusi on vaid lõpptöötluse märkimisel. Margitähis koosneb tähte­dest ja numbritest, mille järgi saab määratleda terase keemilist koostist (ka kvaliteeti) või mehaa­nilisi omadusi. Näiteks kõrglegeeritud roostevaba terase märgitähis: DIN 17440 – X10 CrNiTi18 10. Ehitus- ja konstruktsiooniteraste puhul määratlevad numbrid materjali tugevuse (näit. mittelegeer­ehitus­teras: DIN EN 10025 – Fe490-2) . DIN- või DIN EN-standardite järgi markeerimist rakendavad ka mitmed metalli tarnijad väljaspool Saksamaad
GOST
Venemaa teraste puhul kehtib enamikule teraseliikidele igaühele oma riiklikud standardid (GOST või GOST-R), mis määratlevad margitähise ja ühtlasi konkreetse terase keemilise koostise või mehaanilised omadused. Sellised standardid on olemas süsinik- ja legeerkonstruktsiooniteraste, vedru­teraste, tööriistateraste, valuteraste jt. kohta. Mõned viimase aja GOST-id (näit. ehitusteraste puhul) on osaliselt ühtlustatud EN või ISO standar­ditega.
17) Lõõmutamine kui terase termilise töötlemise üks viisidest.
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.
18) Karastamine kui terase termilise töötlemise üks viisidest.
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.
19) Noolutamine kui terase termilise töötlemise üks viisidest.
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 märga­tavalt 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 paren­da­miseks (sele 1.32). Saadakse ferriidipõhjal tera­line tsementiidiosakestega struktuur – sorbiit­struk­tuur. Vedruteraste korral kasutatakse kesknoolutust (300…400 °C), saades elastse troostiitstruktuuri.
20) Valgemalmid ja nende omadused. Kasutamine.
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 valge­malmiks. 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.
21) Hallmalmid ja nende omadused. Kasutamine.
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.
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%.
22) Tempelmalmid ja nende omadused. Kasutamine.
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 tehno­loogilise 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.
23) Malmide margitähised GOST, DIN , EN järgi.
24) Alumiinium ja tema deformeeritavad sulamid . Kasutamine.
Alumiinium on enamlevinumaid elemente maa­koores, kuid olles väga aktiivne hapniku suhtes, esi­neb ta looduses ühendeina. Põhiliselt saadakse alumiiniumi mineraalist – boksiidist. Tootmisprotsess seisneb sellest alumiiniumoksiidi saamises ja järg­nevas 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.
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 duralu­miiniumi kõvadus ja tugevusnäitajad, vähenevad aga plastsusnäitajad.
25) Alumiinium ja tema valusulamid . Kasutamine.
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 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.
26) Termotöötlemise mõju alumiiniumsulamiltele.
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.
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 vanan­ damine ). Vanandamise käigus toimuvad ülekül­lastunud tardlahuses muutused (eraldub CuAl2), mille tulemusena sulam tugevneb. Vanandamisel tõuseb sulami kõvadus, tõmbetugevus ja voolavus­piir. Seejuures väheneb aga plastsus ja sitkus.
27) Vask ja tema sulamid. Kasutamine.
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 elektro­metallurgia 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/r) tempe­ra­tuuril 20 °C on 58 W×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 .
  

28) Messingid ja nende omadused. Kasutamine.
Kuna vask annab tsingiga tardlahuse tsingi lahus­tu­vusega kuni 39%, on messingid plastsed ja sobivad külmsurvetöötluseks. Suurema Zn-sisaldusega sula­mid on samuti survetöödeldavad, ent seda kõrge­matel temperatuuridel. Nad on reeglina ka valatavad.
Tsingi lisamine vasele soodustab sulami tuge­vuse suurenemist eelkõige tänu tsingi lahustumisele vases; samuti suureneb ka plastsus, mis on eba­harilik. Suure plastsusega sulamina on tuntud 30% Zn-sisaldusega messing , nn hülsimessing. Defor­mee­ritavate messingite Zn-sisaldus piirdub tavaliselt 35%-ga. Edasine Zn-sisalduse tõus toob kaasa messingi plastsuse vähenemise, kuna struktuuris moodus­tub väga kõva ja habras faas.
Väikestes kogustes Sn ja Al lisamine parandab messingi korrosioonikindlust merevees , Pb lisamine parandab aga lõiketöödeldavust. Tuntumad hea survetöödeldavusega messingid sisaldavad 10…20% Zn, hästi lõiketöödeldav ja automaadimessingina tuntud sulam sisaldab aga ca 40% Zn ja 1…2% Pb.
29) Pronksid ja nende omadused. Kasutamine.
Põhilisandi järgi eristatakse tinapronkse, alumiinium­pronkse, ränipronkse, berülliumpronkse jt.
Tinapronkside Sn-sisaldus ei ületa 20%, sest vastasel korral tuleksid struktuuri haprad faasid . Valusulameis tuleb struktuuri mõningal määral habras faas siiski juba alates 5% Sn-sisaldusest. Selli­ne valamisel tekkiv struktuur sobib laagri­materjalile. Kahefaasiline struktuur on neile sobiv, kuna ühelt poolt tagab laagri hea sissetöötavuse ja vastupanu löökidele ja teiselt – väga kõvad ja haprad osakesed kannavad koormust ja tagavad hea kulumiskindluse. Sulami keemilise koostise ebaühtlus – likvatsioon – on kõrvaldatav pikaajalise lõõmutamisega. Survetöödeldavate sulamite Sn-sisaldus tavaliselt ei ületa 7%. Neid sulameid kasu­tatakse mitterauasulameist vedrude, müntide ja dekoratiivse pronkspleki valmistamiseks. Fosforit sisal­davaid suurema tugevusega tinapronkse nime­tatakse ka fosforpronksideks.
Alumiiniumpronkside omadused on ana-loog­sed tinapronkside omadega. Need sulamid on eelkõige ühefaasilised ja hea külmsurvetöödelda­vu­sega, kusjuures kahefaasilisi sulameid kasutatakse eelkõige valatult või kuumsurvetöödeldult. Alumii­nium­pronkside peamisteks omadusteks on suure­pärane korroskoonikindlus, sealhulgas ka merelistes tingimustes. Neid kasutatakse pleki , soojusvahetite torustiku jms. valmistamiseks.
Alumiiniumpronkse Al-sisaldusega ca 10% kasu­tatakse laeva sõukruvide, klappide , pumpade jms. merelistes tingimustes töötavate seadmete või nende osade valmistamiseks.
Ränipronksid. Tehnikas kasutatavad räni­pronksid sisaldavad tavaliselt 3% Si ja on homo­geense ühefaasilise struktuuriga. Enamasti on räni­pronksid legeeritud väikestes kogustes Mn-ga (kuni 1%). Ühefaasilisest struktuurist tulenevalt on räni­pronksid hästi survetöödeldavad nii külmalt kui ka kuumalt . Ränipronkside omadused on ligilähedased tinapronksidele, ent nad on odavamad, mistõttu neid kasutatakse sageli tinapronkside asemel.
Berülliumpronksid on suurima tugevusega vasesulamid. Sulamid on termotöödeldavad (karas­ta­tavad ja vanandatavad) analoogselt Al-Cu-sula­meile, mille tulemusena saavutatakse tugevus kuni 1400 N/mm2. Enimkasutatav berülliumpronks sisal­dab 2% Be. Berülliumpronksi kasutatakse vedrude, membraanide, sädet mitte andvate tööriistade jm. valmistamiseks.
30) Vaseniklisulamid ja nende omadused. Kasutamine.
Vaseniklisulamid on tugevad ja plastsed ning suurepärase korrosioonikindlusega ja heade elektri­liste omadustega.
Cu-Ni-sulamite joonpaisumistegur Ni-sisaldu­sel 40…50% on nullilähedane, samas elektrieri­takistus aga maksimaalne. Väga väike joonpaisu­mis­tegur peaegu ei muutu kuni temperatuurini 500 °C, mistõttu konstantaanina tuntud Cu-Ni-sula­mit (55% Cu, 45% Ni) kasutatakse elektri- ja täppis­seadmeis, kus esinevad suured temperatuuri­kõiku­mised.
Korrosioonikindlad vaseniklisulamid sisalda­vad ca 30% Ni ja vähesel määral Fe ning Mn, mis­tõttu nad on püsivad merevees.
Vaseniklisulam CuNi25 on tuntud mündi­metallina – mündimelhiorina. Teisteks nimetatud vase­niklisulami kasutusvaldkondadeks on soojus­vahetid jms. Tsingi lisamisel Cu-Ni-sulamitesse saadakse sulam (45…75% Cu, 10…20% Ni, 20…35% Zn), mis on tuntud uushõbedana e. alpakana. Uushõbe on väga plastne sulam, mille põhiline kasutusvaldkond on juveelitööstus.
31) Nikkel ja tema sulamite omadused. Kasutamine.
Nikkel
Puhas nikkel on plastne hästi töödeldav metall. Suur osa niklist (u. 15% kogu kasutatavast niklist) kasu­tatakse legeeriva elemendina terastes ja mal-mides, aga ka mitterauasulamites. Niklit kasutatakse ka puhta metallina ja ta on paljude tehnomaterjalide põhikomponent.
Puhas nikkel on väga hea korrosiooni­kind­lu­sega aluste ja hapete suhtes, seetõttu kasutatakse teda keemiatööstuse seadmeis ja toiduainete­tööstuses. Niklit kasutatakse sageli õhukese lehena süsinikterasest pleki katmisel aga ka elektrolüüt­pindena paljude teiste metalsete materjalide puhul (nikeldamisel).
Niklisulamid
Kuigi niklil on suurepärane korrosioonikindlus, on see veelgi parem vase, kroomi või molübdeeniga legeeritud niklisulamitel. Parima korrosioonikindlu­sega on Ni-Cu-sulamitest tuntud monelmetall, mil-les nikli ja vase vahekord on 2:1. Monelmetalli head omadused ilmnevad eriti merevees. Lisaks korro­sioonikindlusele iseloomustab monelmetalli ka hea tugevus ja sitkus, need säilivad laias temperatuuri­vahemikus: ta ei muutu hapraks madalatel tempe­ratuuridel ja tugevusomadused säilivad ka suhte­liselt kõrgetel temperatuuridel (kõrgematel kui messingitel).
Ni-Cr-sulamid on tuntud eelkõige kuumus­püsi­vate materjalidena, mida suure elektrieri­takistuse tõttu kasutatakse palju kütteelementides. Nikroomina tuntud materjalid sisaldavad 80…60% Ni ja vastavalt 20…40% Cr. Co, Ti ja Al-ga täien­davalt legeeritud Ni-Cr-sulamid on tuntud nimonik­kidena, mida kasutatakse kuumustugevate sula­mitena gaasitrubiinide ja muude kõrgel temperatuuril töötavate masinaosade materjalina. Eriti kuumus­püsivad ja kuumustugevad Ni-sulamid on lisaks kroomile legeeritud rauaga , mis on tuntud inkonelli ja inkolloina. Samasse gruppi kuuluvad ka lisaks rauale molübdeeniga legeeritud Ni-sulamid, mida nimetatakse hastelloidideks.Eelpooltoodud sulamid (inkonell, hastelloi ja nimonik), mis on eelkõige ette nähtud tööks kõrgetel temperatuuridel, on tuntud ka supersulameina. Nende kasutus on eelkõige seotud reaktiivlennukite ja kosmosetehnikaga.
32) Titaan ja tema sulamite omadused. Kasutamine.
Titaan on üks levinumaid elemente looduses. Tema suhteline sisaldus maakoores on ca 0,6%; see on vähem ainult alumiiniumi (7,5%), raua (4,2%) ja magneesiumi (2,1%) sisaldusest. Kõiki teisi tehnikas kasutatavaid metalle, sh. ka ammu kasutusel olnuid (Cu, Pb, Zn, väärismetallid jt.) leidub looduses titaaniga võrreldes oluliselt väiksemas koguses.
Titaanil on suhteliselt väike tihedus (1,7 korda väiksem kui raual). Titaani tugevus ja kõvadus sõltuvad suurel määral ta puhtusest. Kõik lisandid, eriti lahustunud gaasid ja süsinik suurendavad oluliselt tugevust ja kõvadust.
Toatemperatuuril tekib titaani pinnal väga tihe ja inertne TiO2 kiht, mistõttu nii titaan kui ka ta sulamid ei korrodeeru atmosfääris, mage - ja mere­vees, peaaegu üheski orgaanilises ega ka paljudes anorgaanilistes hapetes, leeliste lahustes. Nad on vastupidavad kavitatsioonile ja pingekorrosioonile. Metalsetest lisanditest avaldavad titaanisulamite tuge­vusele olulist mõju tina, alumiinium ja vanaa­dium, mistõttu kasutatakse neid titaanisulameis legeerivate elementidena.
Vaatamata titaani polümorfismile ja sellega seotud lisandite lahustuvuse muutusele mõjutab titaanisulamite termotöötlus (karastamine) mehaa­nilisi omadusi vähem kui nende legeerimine.
Puhas titaan ja titaanisulamid on plastsed ning kergesti külmalt deformeeritavad; kuumsurve­tööt­lemisel tuleb aga kasutada toorikute kuumutamisel ahjudes kaitsekeskkonda (tavaliselt argoon ). Samuti saab titaani keevitada ainult argooni keskkonnas. Õhus muutub kuum keevisõmblus hapraks hapniku ja lämmastiku lahustumise tõttu selles. Titaani­sulamitest valandite saamine on seotud raskustega ja seda mitte ainult vajadusest metalli sulatada kaitsekeskkonnas (veel parem vaakumis ), vaid ka seetõttu, et sulametall reageerib energiliselt pea­aegu kõikide vormimaterjalidega (ainukesena sobib selleks tsirkooniumoksiid).
Titaanisulameid kasutatakse rohkesti (tänu nen­de suurele eritugevusele) lennukiehituses. Kõrge korrosioonikindlus teeb nad heaks materjaliks laevaehituses, toiduainete- ja keemiatööstuse sead­meis ning meditsiinis (kirurgiliste implantaatide val­mis­tamiseks).
33) Magneesium ja tema sulamite omadused. Kasutamine.
Magneesiumi iseloomustab väike tihedus ja madal sulamistemperatuur , suur kalduvus kalestumisele plastsel deformatsioonil, mistõttu ta tugevus ei sõltu ainult puhtusest (nagu titaanil), vaid ka mikro­struk­tuurist. Õhus kuumutamisel süttib magneesium ker­gesti, mistõttu teda kasutatakse pürotehnikas ja keemiatööstuses. Korrosioonikindluse poolest jääb magneesium alla alumiiniumile, kuna magneesiumi pinnal tekkiv oksüüdikiht on põhimetallist tihedam ja kergesti pragunev. Magneesium on hästi lõike­töö­del­dav ja keevitatav , kuid ta pole nii plastne ja ka nii hästi külmsurvetöödeldav kui alumiinium.
Magneesiumisulameid legeeritakse alumiiniu­miga, tsingiga, mangaaniga ja tsirkooniumiga. Tehni­kas kasutatavad magneesiumisulamid on kas hästi kuumvormitavad või valatavad: selle järgi liigi­ta­takse magneesiumisulamid deformeeritavaiks ja valusulameiks.
Magneesiumi deformeeritavad sulamid kuulu­vad madaltugevate sulamite gruppi, kuid nad on hea plastsusega, keevitatavad ja korrosioonikind-lad. Magneesiumisulameid kasutatakse tänu suurele eri­tuge­vusele lennukiehituses, rattavelgede mater-jalina jm. Neist valmistatakse kuumvaltsimise teel profiile, latte jms., sepiseid ja stantsiseid.
Magneesiumi valusulamid on hea vedelvoo­la­vu­sega, mis tagab valandite suure tiheduse ja kor-ro­sioonikindluse. Sulamid on kuumustugevad: nad võivad töötada pikaajaliselt temperatuuril 250 °C, lühiajaliselt ka 350 °C juures. Valusulamite mehaa­ni­lised omadused sõltuvad suuresti sulami struk­tuu­rist: mida peeneteralisem on valand, seda paremad on omadused.
Magneesiumisulamite valamisel tuleb raken­dada meetmed metalli süttimise vältimiseks. Sulatus tehakse raudtiiglites räbukihi all, metalli valamisel puistatakse sellele väävlipulbrit, mis moodustab väävelgaasi ja hoiab ära metalli süttimise.
34) Termoplastid , termoplastide omadused. Kasutamine.
Plastid on polümeermaterjalid, mille põhi­kom­ponent on polümeerid. Mitmekomponentse süstee­mina sisaldavad need põhipolümeerile lisaks mit­meid lisandeid ja abiaineid, mille ülesanne on polümeeride tehnoloogiliste ja talitlusomaduste mitmekesistamine:

• füüsikaliste, mehaaniliste või elektriliste oma­duste modifitseerimine ,
  
• termo- ja valguskindluse suurendamine,
  
• hinna alandamine,
  
• värvuse, läbipaistvuse jt. optiliste omaduste muutmine,
  
• töödeldavuse parandamine.
  

Plastide liigitus ja omadused
Termoplastid muutuvad kuumutamisel voola­vaks, jahtudes aga taastuvad esialgsed omadused; nende makromolekulidel on enamasti lineaarne või veidi hargnenud struktuur (sele 1.43).
35) Termoreaktiivid, termoreaktiivide omadused. Kasutamine
Termoreaktiivid muutuvad kuumutamisel või kõvendi toimel ruumilise struktuuriga võrestik­polü­meerideks, mis ei sula ega lahustu.
36) Tehnokeraamika olemus. Saamistehnoloogia.
Tehnokeraamika all mõeldakse rasksulavate ühen­dite baasil saadud tööriista- ja eriomadustega konst­ruksioonimaterjale. Sellega eristatakse tehno­ke­raa­mika ehituskeraamikast (tellised, põrandaplaadid, drenaažitorud jt) ja tarbekeraamikast (fajanss-, portselan - savinõud jt).
Keraamika on vanim konstruktsioonimaterjal (põletatud savist tellised), mida inimkond hakkas valmistama looduslikust toorainest. Tehnokeraamika algab 1930. aastaist, kui Saksamaal püüti kasutada keraa­mikat (Al2O3) terase puhastreimisel. Keraa­mika väikese tugevuse ja suure hapruse tõttu ei leid­nud ta laiemat kasutamist. Tänu eriti puhaste (>99,99%) ja ülipeenete pulbrite valmistamise tehno­loogia väljatöötamisele ning kuumpressimise rakendamisele on viimastel aastakümnetel saadud keraamikat piisavalt heade mehaaniliste oma­dus­tega (tugevus, löögisitkus), mis on teinud nad konku­rentsivõimelisteks ja mõningates olukor­da­des (kõrged temperatuurid, agressiivsed kesk­konnad) asendamatuteks materjalideks.
Tööstusriikides on viimasel aastakümnetel toimunud “ keraamiline plahvatus”, millega on kaas­nenud miljarditesse dollaritesse ulatuvad inves­teeringud keraamikatööstusesse, on välja töötatud kümneid uusi keraamilisi materjale, tehnoloogiaid ja tooteid. Tehnokeraamikat peetakse XXI sajandi materjaliks.
Tehnokeraamilised materjalid on väga eri­ne­vate omadustega sõltuvalt nende koostisest ja valmistamise tehnoloogiast . Nende seas on häid elektrijuhte ( keraamilised ülijuhid) kui ka peaaegu ideaalseid dielektrikuid .
Tehnokeraamika üldisteks positiivseteks oma­dusteks on:

• suur kuumus- ja termopüsivus (keemilise
  

koostise stabiilsus),

• korrosioonikindlus,
  
• suur kõvadus ja kulumiskindlus,
  
• väike tihedus,
  

Tehnokeraamika puudusteks on:

• väike painde- ja tõmbetugevus,
  
• suur haprus,
  
• omaduste suur hajuvus ,
  
• halb töödeldavus,
  
• kõrge hind.
  

37) Tehnokeeraamika liigitus. Kasutamine.
Tehnokeraamika liigitus
Tehnokeraamilisi materjale liigitatakse mitmeti. Enamtuntud on liigitamine keemilise koos­tise ja kasutusalade järgi.
Keemilise koostise järgi jaotatakse tehnoke­raa­mika kolme gruppi: oksiid -, mitteoksiid- ja sega­keraamika; kasutusala järgi: konstruktsiooni-, töö­riista- ja elektrokeraamika.
Tehnokeraamilised materjalid koosnevad põhi­liselt rasksulavaist ühendeist (ok­siidid, karbiidid , nitriidid jne), mille sula­mis­temperatuur on üle 1500 °C. Rasksulavate ühendite omadused sōltu­vad kristallide omadustest ja nendevahelistest side­metest. Monokristallide omadused sõltuvad oma­korda aatomitevahelistest keemilistest sideme­test ja kristallivõre struktuurist.
Rasksulavad ühendid jaga­takse hapnikku sisal­­davaiks ja hapnikku mit­tesisaldava­teks ning kombi ­neerituiks, s.o. nad koosnevad mitmest ühendist. Hapnikku sisaldavad rasksulavad ühendid on oksii­did. Hapnikku mittesisaldavad rasksulavad ühendid, mida kasutatakse tehnokeraamikas, on karbiidid, boriidid , nitriidid ja silitsiidid.
Üleminekugrupi metallide rasksulavail ühen­deil – karbiididel ja nitriididel on reeglina sisendus ­tüüpi ruum- või tahkkesendatud kuupvõre vōi kompaktne heksagonaalvōre. Mittemetalli aato­mid asetsevad metalli kristallivōre sees. Mittemetalli aato­mite sisenemine metalli­aatomite võresse kutsub esile tugevate keemiliste sidemete moodustumise metalli ja mittemetalli aatomite vahel, mis muudab oluliselt komponentide füüsi­kalisi omadusi. Ühendeil on märksa kõrgem sulamistemperatuur, elastsus­moodul, kōvadus ja väiksem joon­paisumisetegur.
38) Metallkomposiitmaterjalid ja nende omadused.
Metallkomposiitmaterjalides (MKM) kasutatakse maat­rik­sina kõige sagedamini alumiiniumi, magnees-iumi, titaani, niklit ja koobaltit, armatuurina aga kõrg-tugevat ja jäika teras- või süsinikkiudu.
Kuna maatriksi ja armatuuri eri liikide mehaa­ni­lised ja tehnoloogilised omadused on suuresti erine­vad, siis on rakendatavad tehnoloogilised võimalused väga laiad . Metallkomposiitmaterjalides valmistamisel kasutatakse praktiliselt kõiki metallide tehnoloogias tuntud tehnoloogilisi meetodeid: survetöötlemist, keevi­ta­mist, valamist, pulbermetallurgiat jt. Metall­kompo­siitmaterjalide konkreetse valmistamisviisi vali­kul peab arvestama seda, et armatuur oleks maat­riksis ühtlaselt jaotatud; armatuuri ei tohi tehno­loogiliste operatsioonide käigus vigastada. Silmas tuleb pidada armatuuri ja maatriksi sobivust. Kuna arma ­tuur on tavaliselt juba ette valmistatud (lõigatud, orienteeritud; vilt, võrk jne), siis on metallkompo­siitmaterjalide valmistamise tehnoloogia määratud sellega, mis kujul on maatriksit parem armatuuriga ühen­dada. Lähtudes maatriksi kujust (olekust) kasu­tatakse metallkomposiitmaterjalide valmistamisel järgmisi meetodeid:

tardfaasilist meetodit – maatriks on pulber, õhuke leht ( foolium ) või kompaktne metall,

vedelfaasilist meetodit – maatriksi materjal sula­tatakse ja sellega immutatakse armatuuri või kasvatatakse sulami suundkristalliseerimise teel armatuuris kiulised armeerivad kristallid ,
sadestusmeetodit – maatriks sadestatakse arma­tuurile soolalahustest, auru- või plasmafaasist.
39) Plastkomposiitmaterjalid ja nende omadused.
Plastkomposiitmaterjalideks (PKM) nimetatakse mater­jale, mis koosnevad polümeersest maatriksist (põhimaterjalist) ja tugevdavast komponendist kiulisel või pulbrilisel kujul.
Käesoleval ajal valmistab tööstus erinevaid plastkomposiite (klaasplastid, metalloplastid jt.) ja teeb neist konstruktsioonidetaile: raketikeresid, nafta­tsis­terne, lennukipropellereid, torusid , spordiriistu, elek­troo­nika mikroskeeme jt. Üks põhjus, mis viimase ajani takistas klaasplastide kasutamist raskkoormatud detailide valmistamisel, oli nende suhteliselt väike jäikus. Viimastel aastatel on kasutusele võetud boor- ja süsinikkiudarmatuur ja seeläbi saanud võimalikuks valmistada piisavalt jäikasid plastkomposiite, mis ületavad eritugevuse poolest mitu korda metalle.
Eriti efektiivsed on plastkomposiidid tingi­mus­tes, kus oluline on minimaalne mass, korrosiooni­ kindlus , orgaaniliste lahustite, õli- ja happekindlus. Armee­ritud plastid on head elektri- ja soojus­isolaa­torid, nad on vibratsioonikindlad ja mittemagnetilised. Nende peamine puudus on suhteliselt madal termo­püsivus (tavaliselt temperatuurini 300 °C).
Suur armatuuri ja maatriksimaterjali valik koos võimalusega reguleerida laias vahemikus armatuuri mahulist sisaldust komposiidis annavad plastkompo­sii­tidele väga mitmekesised omadused ja avarad kasutusvõimalused.
Plastkomposiitide põhirühmad, lähtudes arma­tuurist on järgmised:
- klaasplastid,
- süsinikplastid,
- boorplastid,
- metalloplastid,
- organoplastid.
40) Keraamilised komposiitmaterjalid ja nende omadused.
Keraamilised komposiitmaterjalid (KKM) koosne-vad keraamilisest maatriksist ja armatuurist. Viima-ne võib olla mõni rasksulav metall (W, Mo jt) või rask­sulav ühend (WC, SiC jt). Keraamilisi komposiit­materjale iseloomustab keraamikale omase suure survetugevuse ja kõvaduse kõrval rahuldav tõmbe­tugevus ja sitkus.
Keraamilistes komposiitides kantakse koormus haprast maatriksist üle tugevale armatuurile, kus­juures efekti ei anna mitte pulbikujuline tugevdav faas nagu dispersioontugevdatud metallkomposiitides (näit. kõvasulamites), vaid kiuline . Näiteks tuleb ühesuguse tugevusega kermise valmistamisel viia sellesse 3 korda vähem metallikiudu kui sama koostise korral metallipulbrit.
Keraamilise maatriksi tugevdamist metall­arma­tuuriga saab realiseerida kahel viisil:

kasutades armatuuriks materjali, millel on suurem elastsusmoodul kui maatriksil,

kasutades armatuuriks materjali, millel on maatrik­siga võrreldes suurem joonpaisumistegur.
Esimesel juhul annab elastsem maatriks defor­mee­rimisel suurema osa pingetest üle jäigale arma­tuurile, teisel juhul tekivad survepinged keraamilises maatriksis jahtumise käigus armatuuri suurema kaha­nemise tõttu.
Keraamilise komposiitmaterjali näitena võib tuua volframtraadiga armeeritud fajansskeraamika (50% kaoliini, 30% ränioksiidi, 20% päevakivi), mida kasutatakse elektriisolaatorite valmistamiseks.
41) Süsinikkomposiitmaterjalid ja nende omadused.
Süsinikkomposiitmaterjalide (SKM) kasutuselevõtu on tinginud eelkõige kõrgetemperatuurse tehnika areng: on vaja konstruktsioonmaterjale, mille talituslikud omadused säiluvad kõrgel temperatuuril (üle 1000 °C). Polümeermaatriksiga materjalidel on kõrge eritugevus , kuid nad kaotavad selle juba suhteliselt madalatel temperatuuridel. Metallmaatriksiga kompo­siidid on rasked, lisaks sellele on nad kallid kas kee­ruka valmistamistehnoloogia või komponentide kõrge hinna tõttu. Sama võib öelda ka traditsiooniliste keraa­milise maatriksiga komposiitmaterjalide kohta.
Nende asjaolude tõttu pakuvad huvi süsiniku baasil ning süsinikkiududega armeeritud materjalid. Neid on paljudes maades viimase 10...15 aasta jook­sul intensiivselt uuritud. Sellistel süsinikkomposiitidel on väike tihedus, suur tõmbetugevus ja elastsus­moodul, hea termokindlus; nad töötavad oksüdee­rivas keskkonnas temperatuuril kuni 500 °C, inertses keskkonnas ja vaakumis aga kuni 3000 °C.
Pidevate või tükiliste kiududena süsinik­arma­tuur saadakse orgaaniliste kiudude kõrgetempera­tuurse pürolüüsi teel. Lähtematerjaliks on naturaalsed (tselluloos) või sagedamini tehiskiud ( viskoos , polü­ amiid jt). Erinevalt süsinikplastidest ei valmistata süsinik­komposiitide armatuuri eraldi, vaid üheaegselt süsinik­maatriksiga. Viimasena kasutatakse püro­lüütilist süsiniku (kivisöevaiku, polümeere, fenool- ja teisi orgaanilisi vaike ). Kõrgetemperatuursel töötle­misel vaigud koksistuvad. Mida mida suurem on vaigu­sisaldus, seda paremad tulevad süsinik­kompo­siidi omadused.
42) Pulbermaterjalide saamise tehnoloogia.
Pulbrite tootmisel rakendatakse peamiselt vedelmetalli pihustamist ja taandamist oksiidsetest lähtematerjalidest. Pulbriliste lähtekomponentide sega­misel viiakse pulbrisegusse sageli pulbrite pressitavust parandavaid määrdeaineid.
43) Pulbermaterjalide liigitus. Kasutamine.
Pulberkonstruktsioonmaterjalidel on tava-liste, valatud materjalidega võrreldes struktuurseks ise­ärasuseks poorsus . Poorsus (ei tohi ületada 25%) määrab selliste materjalide omadused ja kasu-tusala. Materjale poorsusega 16…25% kasutatakse väikes­tel, poorsusega 10…15% kergetel, poorsu-sega 2…9% keskmistel ning poorsusega