Malmide termiline töötlemine(referaat) (0)

Sisukord

Sisukord 1
Malmide omadused ja liigitus 2
Malmi termiline töötlemine 3
Hallmalmi termiline töötlemine 3
Tempermalmi termiline töötlemine 4
Ülitugeva malmi termiline töötlemine 5
Malmvalandite termiline töötlemine 6
Kasutatud kirjandus: 8

Malmide omadused ja liigitus

Malm on raua sulam , mis sisaldab alati rohkem kui 1,7 % süsinikku, maksimaalselt aga kuni 4,5 %. Normaaljuhul on see protsent 3 ja 3,5 % vahel. Malmi kasutatakse peaasjalikult kolmel põhjusel. Nendeks on:

• odav toota
  
• mehhaaniliselt kergelt töödeldav
  
• lööki summutav
  

Malmi liigitatakse seal sisalduva süsiniku oleku jargi kahte gruppi:

• Süsinik on seotud olekus tsemendiidi (Fe3C) kujul. Need on seotud süsinikuga malmid ehk valgemalmid.
  
• Kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus - grafiidiga malmid:
  

Vaba grafiidiga malmid omakorda jagunevad vastavalt grafiidiosakeste kujust lähtuvalt: hallmalm (lamelse kujuga grafiit ), kõrgtugev malm ( kerajas grafiit) – saadakse hallmalmi; modifitseerimisel magneesiumi, tseesiumi või teiste elementidega tempermalm (vaba süsinik esineb pesaja grafiidina), millest saadakse grafitiseerival lõõmutamisel valgemalmi. Legeermalmid jaotatakse legeerelementide järgi vastavalt kroommalm, ränimalm, jne.

Malmi termiline töötlemine

Malmi töötlemise eesmärgiks võib olla sisepingete kaotamine, süsiniku väljapõletamine, omaduste stabiliseerimine ja parendamine. Valatud detailide jahtumisel tekkivad neisse sisepinged. Valupingeid saab kaotada vanandamise või lõõmutamisega. Vanandamine võib kesta 3…24 kuud. Lõõmutatakse 500C 3…4 tundi. Malmi kulumiskindlust saab suurendada karastamisega. Detailid kuumutatakse 800…880C ja jahutatakse õlis. Seejärel noolutatakse 300…400C. Detailidel peale sellist töötlust säilib kõvadus, kuid kaovad sisepinged.

Hallmalmi termiline töötlemine

Et hallmalm kujutab endast grafiidi libledega labipõimitud terast, siis võib järeldada, et malmi puhul võib kasutada samasuguseid termilise töötlemise viise nagu terastelgi. Tõepoolest, hallmalmist valandeid võib mitte ainult lõõmutada, vaid ka normaliseerida, karastada ja pärast karastamist - noolutada. Tugevdavaid termilise töötlemise viise ( normaliseerimine , karastamine koos kõrge noolutamisega) kasutatakse praktikas harva.
Asi seisneb selles, et pärast mistahes termilist töötlemist jääb malmi struktuuri ikkagi grafiiti . Kuidas me küll malmi metalse põhimassi struktuuri ei tugevdaks, grafiidi libled eraldavad siiski endiselt tugevdatud metalli terasid üksteisest ja hallmalmist valandite tugevuse olulist suurenemist ei ole võimalik saavutada. Masinaehitustehaste praktikas kasutatakse malmvalandite karastamist vähe, ja kui seda tehakse, siis mitte tugevuse, vaid kõvaduse suurendamiseks.

Tempermalmi termiline töötlemine

Tempermalmi saadakse valgemalmist. Tempermalmist valandite tootmine koosneb kahest põhioperatsioonist: 1) valandi saamine valgemalmist ja 2) valandite lõõmutamine valgemalmi tsementiidi lagundamise eesmärgil. Et valamisel tekiks valgemalm , kasutatakse valamiseks väikese ränisisaldusega malmi. Suurema ränisisalduse korral võib valamisel tekkida hallmalmi struktuur ja hallmalmi tempermalmiks muuta ei ole üldse võimalik.
Tempermalmi 1õõmutatakse järgmiselt. Valgemalmist valandid paigutatakse teras- või malmkastidesse ja nendele puistatekse peale puhast kuiva liiva. Liiva puistamine on vajalik selleks, et 1õõmutamisel ei tekiks kaardumist valandi enese raskuse ja temal asuvate teiste valandite raskuse toimel. Kastid paigutatakse 1õõmutusahjudesse. Ahi kuumutatakse temperatuurini 900 - 950° ja sellel temperatuuril hoitakse valandeid 10 - 20 tundi; sõltuvalt malmi ränisisaldusest.
Lõõmutustemperatuuril koosneb valgemalmi struktuur austeniidist ja tsementiidist. Tsementiit laguneb rauaks ja grafiidiks. Raud lahustub austeniidis, grafiit aga jääb püsima struktuuriosana, teise tahke faasina. Pärast lõõmutamise esimest staadiumi (s.t. pärast lõõmutamist temperatuuril 900-950°) koosneb malmi struktuur austeniidist ja grafiidist. Tempermalmi lõplik struktuur oleneb sellest, kuidas toimub edasine jahutamine . Kui pärast lõõmutamise esimest staadiumi jahutada malmi suhteliselt kiiresti (õhus), siis austeniit laguneb nagu teraseski ferriit -tsementiitseks seguks - perliidiks. Niisuguse tempermalmi struktuur koosneb grafiidist ja perliidist (mõnikord ka grafiidist, perliidist ja ferriidist). See tempermalm on suure tugevuse ja kõvadusega, kuid vaikese plastilisuse ja sitkusega.
Pärast lõõmutamise esimest staadiumi on ka võimalik ahju kiiresti jahutada temperatuuril 730-750° ja seejärel aeglaselt 20-30 tunni vältel temperatuurini 700°. Seejärel võetakse kastid ahjust välja ja jahutatakse õhus. Üldine lõõmutamise kestus (koos kuumutamisega) oleks 50-100 tundi, s.t. kaks kuni neli päeva.
Aeglasel jahtumisel temperatuuriintervallis 750-700° (seda 1õõmutamise osa nimetatakse 1õõmutamise teiseks staadiumiks) lagunebki austeniit ferriit-tsemenliitseks seguks ja tsementiit samaaegselt rauaks ja grafiidiks. Tempermalmi 1õplik struktuur sisaldab grafiiti ja ferriiti.
Tempermalm on kallis materjal, sest tema lõõmutamine kestab kaua ja maksab küllaltki palju. Tempermalmist valandeid kasutatakse siis, kui vajatakse löögile töötavaid keeruka kujuga detaile. Hallmalmist neid detaile va1mistada ei saa selle rabeduse tõttu, terasest töödelda on raske keeruka kuju tõttu, valamine aga on võimatu halbade valuomaduste tõttu.
Kasutatakse mitut lõõmutamise kestuse lühendamise viise. Üks neist seisab selles, et detaile karastatakse enne lõõmutamist vees või õlis temperatuuril 9500. Karastamisel tekivad valandites sisepinged, mis antud juhul on kasulikud, sest nad soodustavad tsemeniidi lagunemist. Järgneva lõõmutamise aega saab mitu korda kiirendada ja see kestab 50-1000 tunni asemel ainult mõni tund. Kahjuks on see viis kasutatav ainult lihtsa kujuga valandite juures, sest keeruka kujuga valandites tekivad karastamisel sageli paod.

Ülitugeva malmi termiline töötlemine

Olles samaaegselt väga tugev ja ka küllalt plastiline ja sitke , sarnaneb ülitugev malm tempermalmiga. Erinevus seisab aga selles, et ülitugevat malmi ei ole vaja termiliselt töödelda või vajab see lihtsat ja lühiaegset (mis on olulise tähtsusega) lõõmutamist.
Ülitugeva malmi saamise viis seisab selles, et hallmalmi modifitseeritakse nii ferrosiliitsiumi kui ka magneesiumiga. Niisuguse kahekordse modifitseerimise tulemusena eraldub grafiit ülitugeva malmi struktuuris kerakujuliste osakestena, s.t. peaaegu samal kujul nagu tempermalmi struktuuriski. Oluline erinevus on selles, et niisugune grafiidi kuju tekib ülitugevas malmis otse valamisprotsessis, tempermalmi juures saadakse see aga pikaajalise lõõmutamise tulemusena. Seetõttu on ülitugev malm tempermalmist palju odavam.
Ülitugeva malrm struktuur koosneb grafiidist, ferriidist ja perliidist. Niisugune struktuur kindlustab suure tugevuse ja võrdlemisi väikese löögisitkuse. Kui ülitugevat malmi lühiaegselt lõõmutada, siis koosneb selle struktuur ferriidist ja grafiidist. Perliit kaob struktuurist ära, sest lõõmutamisel laguneb perliidi tsementiit. Niisuguse ülitugeva malmi struktuuri muutumise tulemusena muutuvad ka tema omadused: tõmbetugevus pisut vähendeb, märgatavalt suureneb plastilisus ja sitkus.

Malmvalandite termiline töötlemine

Terasvalanditega võrreldes töödeldakse malmvalandeid termiliselt palju harvemini. Kõige sagedamini lõõmutatakse masinaehitustehastes hallmalmist valandeid nende töödeldavuse parandamiseks. Lõõmutada tuleb kokillvalu (metallvormides saadud valandeid), sest sel on valgendunud pinnakiht. Valgendunud pinnakiht tekib mõnikord ka muldvormidesse valatud valanditel, kui ahju täite arvutamisel tehti viga ja malmi ränisisaldus on liiga väike või kui valand löödi vormist väga vara välja (punase hõõgumise ajal) ja jahtus õhus. Niisuguste valandite suur kõvadus on tingitud sellest, et nende struktuuris on vähe grafiiti ja palju tsementiiti ja ka sellest, et tekkis liiga dispersne ferriit-tsementiitne segu, s.t. struktuuris on perliidi asemel sorbiit.
Hallmalmist valandite kõvaduse vähendemiseks ja töödeldavuse parendamiseks tehtav 1õõmutamine koosneb valande kuumutamisest temperatuurini 850-950° ja selle temperatuuri hoidmisest 1-2 tunni vältel. Pärast lõõmutamist jahutatakse enamasti õhus. Vaatamata sellele kõvadus väheneb tunduvalt.
Mida kõrgem on lõõmutustemperatuur, seda intensiivsemalt kulgeb graffitiseerimisprotsess. Väikseid lihtsa kujuga valandeid võib kuumutada 1050-1150-ni kuumutatud soolavannides. Sellel temperetuuril piisab lühiaegsest(mõni minut) detalli vannis hoidmisest selleks, et tsementiit laguneks ja kõvadus väheneks. Keerukama kujuga, õhukeste seinte ja erineva seinapaksusega valandite korral ei saa nii kõrgeid temperatuure kasutada, sest siis tekib paratamatult kaardumine. Kaardumiskalduvustega detaile tuleb lõõmutada madalamatel temperatuuridel (800-850°), kusjuures sellel temperatuuri hoidmise aeg, pikeneb märgatavalt (kuni 2-5 tundi). Koos ahjuga jahutatakse valandeid kuni 400-500° -ni. Mõnedel juhtudel loobutakse 1õõmutamisest üldse.
Kõvaduse vähendamise eesmärgil ei tohi malmvalandite lõõmutamisega liialdada. Asi seisab selles, et lõõmutamisel väheneb koos kõvadusega ka tugevus. Kui valanditelt nõutakse suurt tugevust, siis võib lõõmutamine osutuda täiesti lubamatuks. Lõõmutamise võimalikkus tuleb niisugusel juhul kooskõlastada konstruktoriga.
Mõningaid kulumisele töötavaid hallmalmist valandeid karastatakse ja noolutatekse, nagu rullikud, puksid , kombainide tähtrattad, ekstsentrikud, kolvirõngad jt. Karastamiseks kuumutatakse need temperatuurini 800-900°, kusjuures kõrgem ternperatuur valitakse lihtsama kujuga valandite korral, madalam - keerukama kujuga valandite korral. Erinev on ka jahutamine: lihtsamad valandid jahtutatakse vees, keerukamad - õlis. Noolutatakse ternperatuuril 350-450°, hoidmisega üks tund. Niisugusel viisil termiliselt töödeldud hallmalmist valandite struktuur koosneb suure disperssusega ferriit-tsementiitsest segust (troostiidist) ja grafiidist. Malmvalandite kulumiskindlus suureneb ka isotermilisel karastamisel temperatuurilt 83O-870° salpeetrivannis, kus temperatuur on 280-350°. Valandite salpeetrivannis hoidmise kestus on(sõltuvalt valandi kaalust ) 30-60 minutit. On selge, et isotermiliselt saab karastada ainult väikseid detaile.
Kolvirongaste korral kasutatakse erilist termilise töötlemise viisi - termofikseerimist, mis seisneb selles, et rõngaste siseläbimõõdust veidi suurema läbimõõduga tornile aetud kolvirõngaid kuumutatakse ahjus temperatuuril 550-600° 1-2 tunni valtel. Termofikatsiooni tulemusena kolvirõngaste läbimõõt pisut suureneb (rõnga luku pilu suureneb), ja nad hakkavad hästi vetruma, mida neilt nõutaksegi. Töötamisel suruvad rõngad kogu aeg vastu silindri seinu.
Paljusid valandeid 1õõmutatakse pingete kaotamiseks või - nagu sageli väljendatakse -vanandatakse. Eriti keeruka kujuga valandites tekivad märgatavad sisepinged ebaühtlase jahtumise tulemusena. Pikema aja kestel need sisepinged vahenevad iseenesest. Niisuguse pingete vähenemise tõttu valand teatud määral deformeerub - muudab kuju, kaardub. Seetõttu lasti varematel aegadel niisuguseid vastutavatel kohtadel töötavaid valandeid, mis ei tohtinud oma kuju muuta(näiteks pinkide sängid), pärast karastamist ja enne mehaanilist töötlemist mitu kuud lamada valamistsehhide hoovides. Niisugune loomulik vananemine aga ei kaota täielikult sisepingeid (pealegi on see väga pikaldane): poole aastaga või isegi aastaga kaob ainult 30-40% esialgsetest pingetest. Seepärast vanandatakse käesoleval ajal valandeid kunstlikult: malmvalandid laaditakse külma või temperetuurini 200-250° kuumutatud ahju ja kuumutatakse aeglaselt, kiirusega 100-150° tunnis temperatuurini 500-600°. Sel temperatuuril hoitakse valandeid 3-5 tundi ja jahutatakse siis aeglaselt, 25-75° tunnis temperatuurini 150-250°. Edasi võib valandeid jahutada õhus. Pärast niisugust kunstlikku vanandamist kaovad sisepinged peaaegu täeliku1t ja jääkpinged ei moodusta mitte üle 20% esialgsetest pingetest.
Ülitugevast malmist valandeid 1õõmutatakse plastilisuse ja 1öögisitkuse suurendarnise eesmärgil. Lõõmutamine koosneb kuumutamisest temperatuurini 900-950°, sellel temperatuuril hoidmisest 1-3 tundi, jahutamisest temperatuurini 700-720°, sellel temperatuuril hoidmisest sama kestusega(1-3 tundi) ja lõplikust jahutamisest õhus. Püsival kõrgetel temperatuuridel hoidmise ajal tsementiit laguneb ja ülitugeva malmi struktuur kujuneb ümber.

Kasutatud kirjandus:

Boriss Zahharov, Metallide termiline töötlemine, lk. 112-121, 245. Tallinn 1964.
http://et.wikipedia.org/wiki/Mal m