1940-1980, sellel ajal kastuati keraamikat ja plaste väga vähe. Alates 20.sajandi teisest poolest hakkas vähenema metalli kasutus ja väheneb tänapäevalgi.Metalle asendavad aina rohkem erinevad plastid ,komposiitmaterjalid ja keraamilised . 2. Metallide aatom- ja kristallehitus. a. Metalli aatomi ehitus- Metalli aatomid paiknevad kindla seaduspärasuse kohaselt, moodustades korrapärase kristallivõre b. Kristallivõred- Metallide kristallivõred on kuubi ja prisma kujulised, millede tippudes ja tahkude tsentrites paiknevad aatomid. Neid iseloomustab erinev aatomite arv võres ja võre serva pikkus ehk aatomite vaheline kaugus. Neid nimetataks kuubilised tahkkeskendatud, ruumkeskendatud ja hekskonaalsed kristallivõred erineva serva pikkuse ja aatomite arvuga. c. Allotroopia- sama keemiline element esineb mitme erineva lihtainena. Allotroobid erinevad
Chemical Element.com - Titanium. Sep. 19,
2017
minimaalsele energiale (aatomite ideaalsele paigutusele). Kristalliline struktuur Aatomite paigutust kristallis võib kujutada ruumiliste skeemide abil, nn. võreelementide näol. Võreele- mendi all tuleb mõista vähimat aatomite kompleksi, mille paljukordne kordumine ruumis jäljendab ruumilist kristallivõret. Võreelemendi servade pikku-sest ja servadevaheliste nurkadest olenevalt erista- takse mitmeid kristallivõre tüüpe. Kristallivõre tüübid Kristallivõred (võreelemendid) võivad olla a) primitiivsed e. lihtsad aatomid paiknevad ainult võreelemendi sõlmpunktides (tippudes); b) ruumkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paikneb üks aatom võreelemendi sees; c) tahkkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid iga tahu keskel; d) põhitahkkesendatud lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid põhitahkude keskel.
struktuur: Siseehituse ehk aatomite paiknevuse järgi jaotuvad kõik ained amorfseteks ja kristalseteks. Amorfsus- kui aatomid paiknevad materjalis korrapäratult. Kristallilisus-Kui aatomid paiknevad korrapäraselt seaduspärasuse järgi Põhilised metallide kristallivõred- K8-suhteliselt jäigad materjalid: Fe,Ba,Cr,K K12-Suhteliselt plastsed metallid-kõik väärismetallid: Al(Allumiinium),Cu(Vask),Pb(tina),Au(Kuld),Ag(Hõbe) H12-Ti(Titaanium),Mg(Magneesium),Co(koobalt) Allotroopia-Sama keemiline element ersineb mitme erineva lihtainena, erinevad struktuuri poolest Näiteks süsinik(C) Tavatingimustes grafiit(Hariliku süsi) Kõrge rõhu all suurel temperatuuril saab sellest aga teemant
ühest kristalliseerumiskeskmest (Tuntumad on Bridgmani ja Czochralski meetod) Question 6 (10 points) Kas raual esineb polümorfismi? a. Esineb, kui sulamis on ka süsinik b. Ei esine c. Olenevalt raua süsinikusisaldusest esineb d. Esineb, muutus toimub kahel temperatuuril 911 C, 1392 C Question 7 (10 points) Mis on asendustüüpi tardlahus? a. Kahe erineva komponendi aatomid moodustavad erinevad kristallivõred, mis asetsevad teineteise suhtes kihtidena väga väikeste vahede tagant. b. Lahustaja komponent seob lahustatava komponendi aatomid keemilise sidemega ja moodustub erinev kristallivõre c. Kristallivõres asendatakse osa lahustaja komponendi aatomeid lahustuva komponendi aatomitega d. Lahustaja komponendi aatomite vahele paigutuvad lahustatava komponendi aatomid Question 8 (10 points) Millise faasidiagrammiga on tegu? a
c. Faasidiagramm kirjeldab ainult materjali faasilist koostist d. Monokristall võib koosneda rohkem kui ühest faasist Question 7 (10 points) Mis on sisendustüüpi tardlahus? a. Lahustaja komponendi aatomite vahele (tühimikesse) paigutuvad lahustuva komponendi aatomid b. Asendatakse osa lahustaja komponendi aatomeid lahustuva komponendi aatomitega c. Kahe erineva elemedi aatomid moodustavad erinevad kristallivõred, mis asetsevad teineteise suhtes kihtidena väikeste vahede tagant. d. Lahustaja komponent seob lahustatava komponendi aatomid keemilise sidemega ja moodustub erinev kristallivõre Question 8 (10 points) Millise faasidiagrammiga on tegu? a. kahekomponentne faasidiagramm, kus komponendid A ja B lahustuvad teineteises piiramatult b. kahekomponentne faasidiagramm, kus komponendid A ja B moodustavad keemilise ühendi c
komponendi aatomeid lahustuva komponendi aatomitega C. Lahustaja komponent seob lahustatava komponendi aatomid keemilise sidemega ja moodustub erinev kristallivõre D. Kahe erineva elemedi aatomid moodustavad erinevad kristallivõred, mis asetsevad teineteise suhtes kihtidena väikeste vahede tagant. Score: 10/10 6. Millises temperatuurivahemikus toimub kesknoolutamine Student Correct Value Response Answer A. 170...250 Student Correct Value
Correct Student Response Value Answer lahustuva komponendi aatomitega B. Lahustaja komponendi aatomite vahele (tühimikesse) 100% paigutuvad lahustuva komponendi aatomid C. Kahe erineva elemedi aatomid moodustavad erinevad 0% kristallivõred, mis asetsevad teineteise suhtes kihtidena väikeste vahede tagant. D. Lahustaja komponent seob lahustatava komponendi 0% aatomid keemilise sidemega ja moodustub erinev kristallivõre Score: 10/10 6. Millised väited on õiged monokristalse struktuuri kohta? (õigeid vastuseid võib olla enam kui üks) Correct Student Response Value
A. Lahustaja komponendi aatomite vahele (tühimikesse) 100% paigutuvad lahustuva komponendi aatomid B. Lahustaja komponent seob lahustatava komponendi aatomid 0% keemilise sidemega ja moodustub erinev kristallivõre C. Asendatakse osa lahustaja komponendi aatomeid lahustuva 0% komponendi aatomitega D. Kahe erineva elemedi aatomid moodustavad erinevad 0% kristallivõred, mis asetsevad teineteise suhtes kihtidena väikeste vahede tagant. 6. Millised väited on õiged monokristalse struktuuri kohta? (õigeid vastuseid võib olla enam kui üks) Student Response Value Correct Answer A. Monokristalne struktuur koosneb monoliitsetest plokkidest -10% B. Puhtad metallid on monokristalsed -20% C
suur. Hallmalm tekib siis kui jahtumiskiirus on väike ja Si sisaldus suur. 9.deformeeritavad Al sulamid 1)termotöödeldavad Al-Mg ja Al- Mn sulamid 2)mittetermotöödeldavad Al-Cu, Al-Ni, Al-Mg-Si, Al-Zn-Cu, Al-Li sulamid. 10.messingid Cu-Zn, pronksid Cu-Sn vaseniklisulamid Cu-Ni... Al,P,Zn 11.1)vormimine 2)pressimine 3)valamine 4)ekstrudeerimine 12.On metalli ka keraamika baasil moodustatud komposiitmaterjal 6.variant 1.Fe ja Fe kristallivõred. Fe ruumkeskendatud kuupvõre K8 baas n=2; Fe tahkkeskendatud kuupvõre K12 n=4 3.0,02-0,8%C alaeutektoidne, koosneb ferriidist ja perliidist. 0,8%C eutektoidne, koosneb perliidist. Üle 0.8% üleeutektoidne, koosneb perliidist ja sekundaarsest tsementiidist. 4.Mis on martensiit?C üleküllastunud tardlahus -rauas. Maksimaalne c-sisaldus on võrdne lähtefaasi-austeniidi C- sisaldusega. 5.Kuidas jaotatakse konstruktsiooniterased lähtudes termotöötlusest
komponendi kristallivõres olla erinev. Seega esineb sulameis erinevat tüüpi tardlahuseid- asendus- või sisendustüüpi. Asendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid asendavad osa lahustujakomponendi aatomeid. Asendustardlahused jagunevad: Piiratud lahustuvusega- asendatatud on piiratud arv aatomeid Piiramatu lahustuvusega- asendatud on mis tahes hulk aatomeid. Piiramatu asendustardlahuse tekkimise eeltingimuseks on: 1) komponentide tüübilt ühesugused kristallivõred 2) komponentide ligilähedased aatomi raadiused Sisendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid paigutuvad eelkõige lahustujakomponendi kristallivõre suurematesse tühikutesse ehk pooridesse. Näiteks kristallivõre K12 korral kuubi keskele. Keemilised ühendid erinevad tardlahusest selle poolest, et nendel on komponentide kristallivõredest erinev kristallivõre. 4. Faasidiagramm. Faasidiagrammi koostamine termilisel meetodil
Ti (titanium)- kunstlik puusaliiges, tuumajaamade torustikud Cu (copper)- elektrikaablid, Lihtsad metallid (poor metals) Valentselektronid paiknevad p-allkihis. Lihtsate metallide sulamis- ja keemistemperatuur on madalam kui uleminekugrupi metallidel. Nende elektronegatiivsus on suurem, nad on pehmemad.Kuigi lihtsate metallide hulka kuuluvad ka germaanium, antimon ja poloonium, peetakse neid tihti metalloidideks ehk poolmetallideks. 4. Metallide kristallstruktuur. Kristallivõred. Polümorfism, isomorfism. Kristallivore tuubid: Primitiivsed ehk lihtsad (primitive, simple)- aatomid paiknevad ainult voreelemendi solmpunktides (tippudes) Ruumkesendatud (body-centered)- lisaks voreelemendi tippudes olevaile aatomeile paikneb uks aatom voreelemendi sees diagonaalide solmpunktides Tahkkesendatud (face-centered)- lisaks voreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid iga tahu keskel diagonaalide solmpunktides Põhitahkkesendatud (base-centered)- lisaks
kasutusele vask ning peale seda ka tina ning nende sulatamisel saadi pronks. Sellel sajandil avastati ka klaas ning telliskivid. 1. sajandi alguses avastati raud, paber ning tsement.10 sajandit elati selle teadmisega, kuid siis hakati uusi asju proovima ning avastati ka tulekindlad materjalid. 20.ndal sajandil hakkas tehnika arenema ning tuli palju uut, avastati teras, alumiinium, magneesium, komposiitmaterjalid. 2. Metallide aatom- ja kristallehitus. Metalli aatomi ehitus. Kristallivõred. Allotroopia, polümorfism, isomorfism. Kristallvõred:primitiivsed(aatom asub võreelemendi sõlmpunktis),ruumkeskend(K8), tahkkesendatud(K12), põhitahkkesendatud.Allotroopia on nähtus, mis seisneb selles, et sama keemiline element võib esineda mitme erineva lihtainena. Neid elemendi erinevaid vorme nimetatakse allotroopideks. Polümorfism ehk mitmekujulisus on esinemine mitmel eri kujul. Isomorfism moodustavad koos homomorfismiga
: 1. variant a 2. variant b 3. variant c 4. variant d 19 : 4,00 4,00 Pildil on toodud Cu-Ni-sulami (80% Cu, 20% Ni) mikrostruktuur. Millist liiki lahustuvusega on tegemist ning millised on eeldused seda liiki lahustuvuse tekkeks? : 1. Kahe komponendi kristallide mehaaniline segu. Eelduseid sellist liiki segu tekkimiseks pole. 2. Asendustüüpi tardlahus. Eelduseks on komponentide tüübilt ühesugused kristallivõred ja ligilähedased aatomi raadiused. 3. Sisendustüüpi tardlahus. Eelduseks on komponentide aatomite raadiuste erinevus. 4. Keemiline ühend. Eelduseks on komponentide sarnased sulamistemperatuurid. 20 : 4,00 4,00 Vask ja nikkel on head elektri- ja soojusjuhid. Millised on Cu-Ni-sulami elektri- ja soojusjuhtivus võrreldes puhaste Cu ja Ni omadega? : 1. Halvemad, sest teist tüüpi aatomid kristallvõres takistavad elektronide liikumist. 2
väike või jahtumiskiirus suur. Hallmalm tekib siis kui jahtumiskiirus on väike ja Si sisaldus suur.9 deformeeritavad Al sulamid 1)termotöödeldavad Al-Mg ja Al-Mn sulamid 2)mittetermotöödeldavad Al-Cu, Al-Ni, Al-Mg-Si, Al- Zn-Cu, Al-Li sulamid.10. messingid Cu-Zn, pronksid Cu-Sn vaseniklisulamid Cu-Ni... Al,P,Zn 11. 1)vormimine 2)pressimine 3)valamine 4)ekstrudeerimine 12. On metalli ka keraamika baasil moodustatud komposiitmaterjal 6 variant 1.Fe Fe kristallivõred(tähis,baasaatomitearv n) Fe ruumkesendatud kuupvõre K8 baas n=2 =(8*1/8+1); Fe tahkesendatud kuupvõre K12 n=4 =(8*1/8+6*1/2) 3.0,02-0,8%C alaeutektoidne,koosneb feriidist ja perliidist. 0,8%C eutektoidne,koosneb perliidist.Üle 0,8%C üleeutektoidne,koosneb perliidist ja sekundaaarsest tsementiidist.(Jon) 4.Mis on martensiit? C üleküllastunud tardlahus rauas. Maksimaalne C-sisaldus on võrdnelähtefaasi-austeniidi C-sisaldusega. 5.Kuidas jaotatakse konstruktsiooniterased lähtudes TT.st
Tardlahused - faasid, milles üks komponentidest säilitab oma kristallivõre, teise komponendi aatomid paigutuvad esimese komponendi kristallivõresse, muutes selle perioodi. Asendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid asendavad osa lahustajakomponendi aatomeid. Kui asendatud võib olla piiratud arv aatomeid, siis on tegemist piiratud lahustuvusega, vastasel korral piiramatu lahustuvusega. Piiramatu asendustardlahuse tekkimise eeltingimused: · komponentide kristallivõred on tüübillt ühesugused · komponentide aatomiraadiused on ligilähedaselt sama suured · aatomite vahelised kaugused sarnased Sisendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid paigutuvad lahustajakomponendi kristallivõre suurematesse tühimikesse. Tühimike arv on piiratud seega saab olla ainult piiratud lahustuvusega. Reeglina paigutuvad lahustajakomponendi kristallivõresse eelkõige väiksema aatomi raadiusega mittemetalliaatomid.
(lahustunud) aatomid paigutuvad esimese komponendi kristallivõresse, muutes selle perioodi. Asendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid asendavad osa lahustujakomponendi aatomeid. Asendustardlahused jagunevad: - piiratud lahustuvusega asendatatud on piiratud arv aatomeid; - piiramatu lahustuvusega asendatud on mis tahes hulk aatomeid. Piiramatu asendustardlahuse tekkimise eeltingimuseks on: 1) komponentide tüübilt ühesugused kristallivõred 2) komponentide ligilähedased aatomi raadiused. Sisendustardlahus- lahustuva komponendi aatomid paigutuvad eelkõige lahustujakomponendi kristallivõre suurematesse tühikutesse ehk pooridesse. Näiteks kristallivõre K12 korral kuubi keskele. Sisendustardlahuste korral paigutuvad lahustajakomponendi (nt Fe, Cr, Mo jt.) kristallivõresse eelkõige väikese aatomi raadiusega mittemetalli aatomid (C, N, H jt.). Sisendustardlahused saavad olla
Tardlahuste tüübid. Tardlahused - faasid, milles üks komponentidest säilitab oma kristallivõre, teise komponendi aatomid paigutuvad esimese komponendi kristallivõresse, muutes selle perioodi. Asendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid asendavad osa lahustajakomponendi aatomeid. Kui asendatud võib olla piiratud arv aatomeid, siis on tegemist piiratud lahustuvusega, vastasel korral piiramatu lahustuvusega. Piiramatu asendustardlahuse tekkimise eeltingimused: komponentide kristallivõred on tüübillt ühesugused komponentide aatomiraadiused on ligilähedaselt sama suured aatomite vahelised kaugused sarnased Sisendustardlahus - lahustuva komponendi aatomid paigutuvad lahustajakomponendi kristallivõre suurematesse tühimikesse. Tühimike arv on piiratud seega saab olla ainult piiratud lahustuvusega. Reeglina paigutuvad lahustajakomponendi kristallivõresse eelkõige väiksema aatomi raadiusega mittemetalliaatomid.
) kindlat kuju (silikaatklaas, pigi, paljud org. polümeerid) Vedelad kristallid - omaduste anisotroopsus (vedelikud, kuid säilinud kaugmõju elemendid. Kristallilisus on tahke aine oleku vorm, milles aineosakesed (molekulid, ioonid, aatomid) moodustavad korrapärase perioodilise kolmemõõtmelise struktuuri: toimub vaid teatud võnkumine tasakaaluasendi ümber. Need tasakaaluasendi punktid moodustavad kujutletava ruumilise kujundi – KRISTALLIVÕRE on mudel. Kristallivõred klassifitseeritakse osakeste geomeetrilise paigutuse põhjal - aluseks võre sõlmpunktide sümmeetria 230 kristallivõre tüüpi - 32 klassi - 7 kristallisüsteemi Polümorfism – sama aine võib esineda erinevates kristallvormides. Isomorfism - erinevatel ainetel ühesugune kristallvorm (tingimused: sarnane ehitus, lähedased ioonide mõõtmed) Sulamid - Tekivad vedelas olekus üksteises lahustuvate ainete tahkumisel. (metall - metall , metall -mittemetall, hape – happeline
loomustab kristallivõre. Terase erinevate struktuuride tekke eri termotöötlusviiside korral teeb võimalikuks eelkõige raua polümorfism – erinevate kristallivõrede esinemine erisugustel temperatuuridel. Raual on kaks polü- morfset kuju: α-rauas (Feα) ruumkesendatud kuup- võrega (tähistatakse K8) ja γ-rauas (Feγ) tahkkesendatud kuupvõrega (K12). 11 Joonis 13. α-raua ja γ-raua kristallivõred 8. Faasidiagrammid Joonis 14. Fe-C faasidiagreamm, terased Austeniit (A) on süsiniku tardlahus γ-rauas. Süsiniku maksimaalne lahustuvus γ-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. Ferriit (F) – süsiniku tardlahus α-rauas. Temperatuuril 727 °C lahustub 〈-rauas kuni 0,02% C (massi %), toatemperatuuril aga kuni 0,01%
Sile HRM, HRR
Terase erinevate struktuuride tekke eri termotöötlusviiside korral teeb võimalikuks eelkõige raua polümorfism – erinevate kristallivõrede esinemine erisugustel temperatuuridel. Raual on kaks polü- morfset kuju: α-rauas (Feα) ruumkesendatud kuup- võrega (tähistatakse K8) ja γ- rauas (Feγ) tahkkesendatud kuupvõrega (K12). 4 Joonis 1. α-raua ja γ-raua kristallivõred 3. Kristalliseerumine Kristalliseerumisprotsess algab kristalliseerumiskeskmete ehk –tsentrite tekkimisega sulas metallis ja jätkub nende arvu ning nende ümber kristallide mõõtmete kasvuga. Metalli või sulami vedelast olekust tahkesse üleminekul moodustuvad kristallid kasvavad vabalt ja omavad korrapärase geomeetrilise kuju. Joonis 2. Kristalliseerumisprotsess 4. Sulamid Sulamid liigitatakse koostise kahte suurde gruppi: • rauasulamid (nende arvele tuleb u
olema poleeritud. Tüüpiline kasutusala - õhukesed materjalid, tsementiiditud, nitreeritud pinnakihid ja pindkarastatud terased, kõvasulamid, keraamika. Materjali pinda surutakse neljatahuline püramiid tahkudevahelise nurgaga 136 kraadi ja jõuga 1...100 kgf. Jälje diagonaal mõõdetakse optilise mikroskoobi abil ning seejärel kasutatakse Vickersi valemit, et arvutada kõvadust. Tähistuseks on HV. 2. Metallide ja sulamite struktuur Metallide põhilised kristallivõred, neid iseloomustavad parameetrid, polümorfism, isomorfism. Kõige levinuma kristallivõre tüübid: Primitiivsed ehk lihtsad- aatomid paiknevad ainut võreelemendi sõlmpunktides Ruumkeskendatud- lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paikneb üks aatom võreelemendi sees diagonaalide sõlmpunktis. Tahkkeskendatud- lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid iga tahu keskel diagonaalide sõlmpunktides.
kindlus terad venitatakse ühes suunas välja, mille tule- musena tekib kihtstruktuur (tekstuur) ja omaduste anisotroopsus. Süsiniku ja raua kristallivõred Tabel 1.21. Valuterased Terase erinevate struktuuride tekke eri termo- töötlusviiside korral teeb võimalikuks eelkõige raua Margitähis Koostis %, Omadused, polümorfism – erinevate kristallivõrede esinemine max min erisugustel temperatuuridel. Raual on kaks polü-
Kristalle iseloomustab anisotroopsus kristalli mehaanilised, elektrilised jt omadused on kristalli eri suunades erinevad. Polümorfism - ühe aine esinemine erinevates kristallmodifikatsioonides. Näiteks: süsinik - teemant, grafiit, fullereenid; väävel monokliinne, rombiline. Isomorfism - erinevad ühendid, sarnase kristallivõrega. Ca5(PO4)3F, Ca5(PO4)3OH. Anorgaaniliste ühendite kristallivõrede tüübid Olenevalt jõudude iseloomust osakeste vahel jaotakse kristallivõred ioon-, aatommetalli- ja molekulvõredeks . Vedelkristallid Ained, mis on ka vedelas olekus anisotroopsed st. omadused (näit. elektrijuhtivus) sõltuvad suunast. Nende ühendite osakesed võivad üksteise suhtes ümber paikneda, kuid nad säilitavad oma orientatsiooni (näit. teljed paigutunud niidikujuliselt ühes suunas). Struktuur muutub kuumutamisel või voolu läbijuhtimisel, selle tulemusel muutuvad ka omadused (värvus). Faasisiirded
d) aatomiraadius (on vahemikus 0,05...3 nm); eristatakse mitmeid kristallivõre tüüpe. e) võre kompaktsusaste võreelemendi kohta tulevate aatomite ruumala suhe võreelemendi Kristallivõre tüübid ruumalasse. Kristallivõred (võreelemendid) võivad olla a) primitiivsed e. lihtsad aatomid paiknevad Polümorfism ainult võreelemendi sõlmpunktides (tippudes); Mõnedel metallidel on sõltuvalt temperatuurist enam b) ruumkesendatud lisaks võreelemendi tippudes kui üks kristallivõre tüüp. Seda erinevate kristalli-
sadenema, moodustades tahke lahuse. Sisseviidavat lisandit nimetatakse legeeraineks või dopandiks. Selle aatomid asuvad kristallivõres kaootiliselt. Näiteks rubiin, kroomiga dopeeritud alumiiniumoksiid. Asenduslisandiga püsiv tahke lahus saadakse siis, kui sisestuva metalli ja põhimetalli aatomid ei erine suuruselt rohkem kui 15 %. Kui esimesed on suuremad, siis on difusiooni kiirus väga väike, ja kui väiksemad, siis asendus toimub interstitsiaalselt, sisestatava metalli ja põhimetalli kristallivõred peavad olema samasugused, metallide elektronegatiivsus peab olema lähedane. Vastasel juhul toimub elektroni üleminek ja sellega kaasnev ühendi teke. Näiteks Ni ja Al kokkusulatamisel saadakse keraamiliste omadustega Ni3Al ning metallide valentsus peab olema sarnane. Suurema valentsusega sisendmetall lahustub põhimetallis paremini kui vastupidi. Näiteks kui tsink lahustub vases 38,4 %, siis vask tsingis ainult 2,3 %. Lahustuvus väheneb, kui elemendid asuvad
annaabi.ee 
