Materjalide klassifikatsioon, materjalide füüsikalised omadused (0)

Materjaliõpetus
A. LUKAŠIN
Sissejuhatus, materjalide 
liigitamine
 Tehnikas kasutatavad materjalid
◦  tahked ,
◦ vedelad,
◦ gaasilised.
 Tahked materjalid liigituvad:
◦ kristallilised (metallid jm),
◦ amorfsed ( mittemetallid ).
 Metallid omakorda jagunevad:
◦ Mustad (raua  sulamid ),
◦ Värvilised (vask,  alumiinium ,  volfram  jm).
Materjalide  klassifikatsioon
 Materjale kasutusala on määratud nende omadustega.
 Selle omaduse järgi liigituvad materjalid:
◦ konstruktsioonilisteks
◦ eriotstarbelisteks. 
 Konstruktsioonilisi materjale kasutatakse korpuste,  kinnitus -, 
kande- ja montaaži elementide valmistamiseks.
 Eriotstarbelisi materjale kasutatakse vastavalt kasutusvaldkonna 
nõudmistele. 
 Näiteks elektrotehnikas elektrimasinate, –aparaatide ning muude seadmete 
tootmiseks kasutatavatel materjalidel peavad olema teatud  elektrilised  ja 
magnetilised  omadused. 
 Neid nimetatakse elektrimaterjalideks.
Materjalide klassifikatsioon
  Elektrimaterjalid  liigitatakse vastavalt nende elektrilistele ja magnetilistele omadustele:
◦ Juhid ( juhtmed , poolid, kontaktide)
◦ kõik metallid,
◦ kasutatakse  metalle , millel on:
◦ väike elektriline eritakistus,
◦ küllaldane mehaaniline vastupidavus,
◦ vajalikud füüsikalis-keemilised omadused ( korrosioonikindlus ,  kuumuskindlus  vm). 
◦ Dielektrikud ( isolatsioon , isolaatorid)
◦ Kasutatakse  tahkeid , vedelaid ja gaasilisi.
◦ Dielektrikul peab olema:
◦ suur elektriline eritakistus,
◦ läbilöögi  kindlus ,
◦ vajalikud mehaanilised omadused,
◦ kindlad füüsikalis-keemilised omadused. 
Tahkeid  dielektrikuid  kasutatakse lisaks ka kinnitus- ja kaldeelementidena. Vedelaid ja gaasilisi 
dielektrikuid kasutatkse ka jahutus ja elektrikaare kustutuskeskkonnana. 
Materjalide klassifikatsioon
◦ Pooljuhid ( diood , transistor, türistor jm)
◦ juhtivuse poolest asuvad juhtide ja dielektrikute vahel,
◦ juhtivus sõltub välistest teguritest (valgustugevus, temperatuur).
◦ kasutatakse räni ja germaaniumi kristelle.
◦  Magnetmaterjalid
◦ magnetpehmed ja magnetiliselt kõvad materjalid.
◦ kasutatakse raadiotehnikas, valmistatakse südamikke trafodele, kasutatakse püsimagnetitena.
◦ neid iseloomustab suhteline magnetiline läbitavus μ.
◦ jagunevad  ferro , ferri ja antiferromagneetikuteks.
Räni diood
Materjalide klassifikatsioon
 Konstruktsiooni materjalide  kasutusvaldkond  sõltub nende:
◦ mehaanilistest omadustest:
◦ tugevus, kõvadus ja  elastsus ,
◦ füüsikalis-keemilistest omadustest:
◦ kuumuskindlus,  tulekindlus , vastupidavus,
◦ magnetilised erinõuetest.
Abimaterjale kasutatakse korrosioonikindluse  suurendamiseks , värve ja 
lakke  välisviimistluseks ja isolatsioonimaterjalina.
Hooldus  ja remonditöödel on kasutusel määrded, õlid ja  puhastusained .
Materjalide omadused
 Seadme projekteerimisel on tähtis arvestada materjalide omadusi.
 Materjali põhiomaduste hulka kuuluvad:
◦ füüsikalis-keemilised,
◦ mehaanilised,
◦ elektrilised,
◦  tehnoloogilised ,
◦ ekspluatatsioonilised. 
Materjali mehaanilised 
omadused
 Materjali mehaanilised omadused määravad materjali võime vastupanna 
erinevatele välistele koormustele:
◦ tugevus tõmbele, paindele, löögile, väändele jm.
◦ kõvadus,
◦  plastsus ,
◦ sitkus,
◦  kulumiskindlus  jm. 
Materjali mehaanilised 
omadused
 Tugevus on materjali võime säilitada enda struktuuri ja omadusi  taludes  
surve, tõmbe, väände, painde, löögi ja muid jõudusid.
 Materjali tugevus sõltub selle tihedusest, niiskusest, struktuurist ja 
välisjõu suunast.
 Nii näiteks
◦ Kivimid taluvad hästi survejõudusid, aga löögi või paindejõudusid taluvad 5 – 50 
korda halvemini.
◦ Puit talub hästi tõmbejõudusid. 
 Seepärast tuleb kasutada materjale seal, kuhu nad sobivad.
Materjali mehaanilised 
omadused
 Tugevuspiir on suurim pinge, mida materjal on võimeline purunemata 
taluma. 
 Tugevuspiiri tähis on σB, mõõdetakse paskalites 
 Tugevuspiiri tõmbel nimetatakse tõmbetugevuseks, tugevuspiiri survel 
survetugevuseks, tugevuspiiri väändel väändetugevuseks jne.
 Konstruktsioonide projekteerimisel on vaja alati materjalile anda tugevuse 
varu.
 Mida vähem  homogeensem  on materjal, seda suurem peab olema varu.
 Materjali tugevuspiir määratakse teimimisega, mis võib olla purustava või 
mittepurustava  iseloomuga . 
 Viimase korral määratakse tugevuspiir  kaudsete  märkide alusel.
Materjali mehaanilised 
omadused
 Kõvadus on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele 
deformatsioonile. 
 Määratakse kõvast materjalist otsaku surumisel uuritava materjali pinda.
 Tuntumad kõvadusteimid 
◦ Brinelli (teraskuul), 
◦ Rockwelli (teraskuul või teemantkoonus),
◦  Vickersi  (teemantpüramiid).
  Rockwelli meetodi  eeliseks  on skaala.
 Rockwelli tugevus on ühikuta suurus. Tähistatakse HR, HRA, HRB ja HRC.
 Suurim materjali tugevus A ja C skaala järgi (kuul) on 100 ühikut. B skaala järgi 
130 ühikut. 
Materjali mehaanilised 
omadused
 Elastsus on keha omadus muuta välise jõu toimel oma kuju ning selle 
lakkamisel taastada oma endine kuju. 
 Elastsuspiiriks loetakse jõu suurust, mille lakkamisel materjali algne kuju 
enam ei taastu.
 Sõltuvalt materjali tüübis on lubatud erinev jääkdeformatsioon. 
Materjali mehaanilised 
omadused
 Materjali plastsus määrab materjali võime välise jõu mõjul purunemata 
ja mõranemata muuta oma kuju.
 Plastsuse järgi liigitatakse materjalid:
◦ haprateks, ei talu deformatsiooni
◦ plastseteks.
Plastsete materjalide hulka kuuluvad metallid, haprad on kivimid jm.
Materjali mehaanilised 
omadused
  Deformatsioon
 Deformatsiooniks nimetatakse väliste jõudude mõjul keha kuju ja mõõtmete 
muutmist.
 Eristatakse elastset ja plastset deformatsiooni:
 Elastse deformatsiooni korral pärast deformatsiooni esile kutsunud jõu 
kõrvaldamist keha esialgne kuju ja mõõtmed  taastuvad .
 Plastse deformatsiooni korral pärast deformatsiooni esile kutsunud jõu 
kõrvaldamist keha esialgne kuju ja mõõtmed ei taastu.
Materjali mehaanilised 
omadused
 Kulumine on hõõrdumisega kaasnev pinna purunemine ja sealt materjali 
eraldumine või pinna jäävdeformatsioonina ilmnev keha mõõtmete 
järkjärguline muutumine.
 Sitkus on materjali omadus koormamisel taluda purunemata olulist 
deformeerimist.
Materjali füüsikalised omadused
 M
  aterjali  tihedust  määratakse 1  mahu kaalumisega.
◦ Plastidel on tihedus . 
◦ Keraamikal 1500...2500 kg/.
◦ Metallidel 1700…22 000 kg/. 
 Tehnikas kasutatavaist metallidest kergeimaks on  magneesium , 
raskeimaks aga  plaatina .
 Eristatakse keskmist ja  tegelikku  tihedust.
 Tegelik tihedus näitab aine massi suhet aine mahtu, millest on lahutatud 
aines olevate pooride maht.
 Keskmine tihedus näitab aine massi suhet aine mahtu, koos pooride ja 
tühimikega.
Materjali füüsikalised omadused
  Poorsus  
 Poorsus ehk urbsus on aine mahutavuse omadus, mille põhjuseks on varjatud 
tühimike olemasolu. 
 Väljendatakse poorsusteguriga – pooride ja materjali mahu 
protsentuaalses suhtes.
  Poor  – tahkes  materjalis  olev ava või õõs. Tüübilt võivad olla:
◦ Suletud
◦ Avatud
◦ Väiesed
◦ Suured 
 Mida suurem on materjali poorsus, seda suurem on selle imavus ja paremad 
soojusisolatsiooni omadused, kuid väikesm tihedus, tugevus ja eluiga. 
Materjali füüsikalised omadused
 Hügroskoopsus ja niiskusimavus
 Niiskusimavus – materjali võime neelata ümbritsevast keskkonnast 
endasse vett, hoida seda ning kuivamisel seda tagasi anda.
 Imavusvõime kui omadus näitab  neeldunud  vedeliku massi ja aine 
kuivmassi suhet väljendatuna protsentides.
 Hügroskoopsus on ainete võime õhust või muust gaasist neelata 
endasse vett.
 Hügroskoopsus sõltub õhu temperatuurist, suhtelisest niiskusest, 
materjalide pooride mõõtmetest.
Materjali füüsikalised omadused
 Vastavalt hügroskoopsuse näitajale liigitatakse materjalid:
◦ hüdrofoobseteks materjalideks (halb auru imavus),
◦ hüdrofiilseteks materjalideks (heam veeauru imavus).
 Materjali vedelikuga küllustamisel sellised omadused nagu  soojusjuhtivus  ja tihedus 
suurenevad. 
 Seejuures on võimalik materjali osakeste ühenduste katkemine, mille tulemusel materjali 
tugevus väheneb.
 Veekindlus (pehmenemise tegur) määratakse veega küllustunud materjali surve 
tugevuspiiri ja kuiva materjali tugevuspiiri suhtega.
 Kergesti märguvatele materjalidele (savi) on see tegur võrdne nulliga. Metallidele, 
klaasile  on see tegur võrdne ühega.
 Veekindlaks peetakse materjali, millel on pehmenemise tegur üle 0,8.
 Väiksema näitajaga materjale ei tohi kasutada kõrge õhuniiskussisaldusega kohtades.
Materjali füüsikalised omadused
 V
  ee läbilaskvus
 Vee läbilaskvus on materjali võime läbi lasta vett.
 Vee läbilaskvuse näitaja määratakse vee  hulgaga , mis läbib materjali 
pindalaga  rõhul 1 MPa 1 tunni jooksul.
 Suure tihedusega materjalid on sellistes tingimustes absoluutselt 
veetihedad (bitumen,  plastmass , klaas, teras). 
Materjali füüsikalised omadused
  Sulamistemperatuur
 Temperatuur, mil materjal muutb vedelaks.
 Vastupidist temperatuuri – tardumistemperatuuriks.
 Metallid liigitatakse sulamistemperatuuri järgi:
◦ kergsulavaiks metallideks ja sulameiks, sulamistemperatuur ei ületa plii oma, s.o. 
327 °C,
◦ rasksulavaiks metallideks ja sulameiks, mille sulamistemperatuur ületab raua 
oma, s.o.  1539  °C
◦ kesksulavateks metallideks ja sulamiteks (sulamistemperatuur üle plii, kuid alla
raua sulamistemperatuuri).
Materjali füüsikalised omadused
 Soojusjuhtivus
 Soojusjuhtivus iseloomustab soojuse kandumist ühest osast teise 
paigalseisvas aines.
 Gaaside ja vedelike soojusjuhtivust saab seletada molekulide 
korrapäratute kokkupõrgetega, mille tagajärjel soojusliikumise 
energia kandub kõrgema temperatuuriga piirkonnast madalama 
temperatuuriga piirkonda.
 Tahkistes levib soojusliikumise energia nii omavahel seostatud 
võresõlmede võnkumise kui ka
vabade elektronide vahendusel.
Materjali füüsikalised omadused
 M
  ida suurem on materjali niiskussisaldus, seda suurem on selle 
soojusjuhtivus.
 Vee soojusjuhtivus on kuni 25 korda suurem kui õhul.
  Soojusjuhtivuse  järgi liigituvad materjalid:
◦ Soojusisolatsioonimaterjalid (0.082-0.116 )
◦ Konstruktsiooni-soojusisolatsiooni materjalid
◦ Konstruktsioonimaterjalid (0.210 )
Materjali füüsikalised omadused
 So
  ojusmahtuvus
 Näitab materjali võimet neelalata soojust. 
 Soojusmahtuvus on  soojushulk , mis tõstab aine temperatuuri 1 kraadi 
võrra.
 Materjalide soojusmahtuvus:
◦ Teras 460 J ,
◦  Betoon  800 – 900 J ,
◦ Puit  2400  –  2700  J .
 Suure soojusmahtuvusega materjalid võimaldavad säilitada stabiilset 
(ruumi) temperatuuri. 
 Väikse soojusmahtuvusega ning hea soojusjuhtivusega materjale 
kasutatakse jahutitena.
Materjali füüsikalised omadused
 Kuumuskindlus– materjali võime vastupanna kõrgete temperatuuride 
toimele kaotamata oma tugevust, kandevõimet ning 
deformatsioonideta. 
 Kuumuskindluse järgi liitatakse materjale kuumuskindlad, raskesti 
sulavad ja kergsulavad:
◦ Kuumuskindlad– kannatavad temperatuuri üle  1580  °C (k a),
◦ Raskesti sulavad– 1350 kuni 1580 °C
◦ Kergsulavad kannatavad alla 1350 °C.
 Kuumuskindlaks peetakse materjali, mis säilitab oma tugevuse kõrge 
temperatuuri või  leegi  mõjul. 
Materjali füüsikalised omadused
 Tulekindlus
 Tulekindlus – materjali võime säilitada oma kuju ja omadusi, mitte sulada ega 
deformeeruda kõrgetel  temperatuuridel , pikka aja vältel. 
 Tulekindluse järi liigitatakse materjalid:
◦ Tulekindlad– leegi mõjul ei hõõgu ega söestu. Materjalid nagu teras võivad deformeeruda. 
◦ Raskesti põlevad – võivad söestuda, hõõguda, süttivad väga raskesti ning põlevad vaid 
leegi olemasolul ( immutatud puitmaterjalid)
◦ Põlevad materjalid – jätkavad põlemist isegi pärast leegi sumbumist (kõik orgaanilised 
materjalid).
  Termiline  vastupidavus
 Termiline vastupidavus määrab materjali võime kahjustumata vastupanna  suurele  
arvule temperatuuri järsu muutumise tsüklitele.
 Mida homogeensem on materjal ning mida väiksem on tema soojuspaisumise tegur, seda 
suurem on selle termiline vastupidavus.
Materjali füüsikalised omadused
  Soojuspaisumine
Soojuspaisumine iseloomustab materjali mõõtmete muutumist 
temperatuuri muutumisel.
 Soojuspaisumist iseloomustatakse:
◦ Ruumpaisumisteguriga (vedelikud ja gaasid),
◦ Joonpaisumisteguriga (tahked materjalid).
 Soojuspaisumist arvestatakse vedelike ja gaaside mahutite ja torustike, 
metallkonstruktsioonide, masinaosade jm temperatuurimuutusest 
tingitud mõõtmete muutumist
 Metallide ja sulamite joonpaisumistegur  varieerub  väga suures vahemikus 
ja on määratud keemilise koostisega.
Materjali füüsikalised omadused
 Korrosioonikindlus
Korrosiooniks  nimetatakse materjali ja keskkonna
(õhk, gaasid, vesi,  kemikaalid ) vahelist reaktsiooni,
milles materjal hävib. 
 Metallide korral eristatakse 
◦ keemilist korrosiooni, mida põhjustavad keemilised
reaktsioonid metallide ja agressiivsete gaaside või
vedelike vahel,
◦ elektrokeemilist korrosiooni, mida põhjustavad elektrokeemilised 
reaktsioonid metalli ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. 
 Korrosioonikindlamad on  keraamilised  materjalid ja  plastid .
Materjali füüsikalised omadused
 Kulumiskindlus
 Kulumine on protsess, mis toimub pindade hõõrdumisel, mille tagajärjel 
pinnalt eraldub materjali ja/või suureneb keha jääkdeformatsioon. 
 Seega muutuvad kulumisel pidevalt detailide mõõtmed, suureneb detailide 
viskumine  ja müra, tekib kloppimine ning masinat pole võimalik edasi 
kasutada.
 Kasutamise seisukohalt on kulumine kahjulik nähtus, mida püütakse 
vähendada kulumiskindlate materjalide, pinnete või  sobivate  
määrdeainete kasutamisega või muul viisil.
Materjalide tehnoloogilised 
omadused
 Materjali füüsikalised ja mehaanilised omadused määravad selle 
töödeldatavuse – tehnoloogilised omadused.
 Tehnologilisteks omadusteks on:
◦ Valatavus
◦ Survetöödeldavus
◦ Lõiketöödeldavus
◦ Termotöödeldavus
◦  Keevitatavus
◦ Joodetavus
Materjalide tehnoloogilised 
omadused
 Valatavus
 Metallide valatavust iseloomustab nende
◦ vedelvoolavus,
◦ kahanemine
◦  likvatsioon .
 Vedelvoolavus on metalli võime täita vormi ja kopeerida selle kuju.
◦ oleneb sulami keemilisest koostisest, temperatuurist ja muudest teguritest.
 Kahanemine on metalli omadus tahkumisel mahuliselt kokku tõmbuda. 
◦ sõltub samuti sulami keemilisest koostisest, valu temperatuurist ja viisist, 
jahtumiskiirusest ja valandi  kujust . 
 Likvatsiooni all mõistetakse valandi keemilise koostise ebaühtlust.
Staatori korpus
Materjalide tehnoloogilised 
omadused
 Survetöödeldavus (sepistatavus)
 Survetöödeldavus on metalli omadus lasta end  survega  töödelda, s.t. 
muuta välisjõu mõjul kuju ja mitte praguneda löökide või survejõu mõjul.
 Hästi sepistatavad on plastsed metallid.
Materjalide tehnoloogilised 
omadused
 Keevitatavus on metalli või sulami omadus moodustada konkreetsetel 
keevitamise tingimustel jäik mitte lahtiühendatav ühendus.
 See peab vastama detaili konstruktsioonilistele ja ekspluatatsioonilistele 
nõuetele.
 Füüsikalisest seisukohast lähtudes määravad metalli keevitatavuse 
sulamisalas toimuvad protsessid, mille tulemusena moodustub keevisõmblus.
 Joodetavus
 Materjali omadus moodustada  kindlaid , jäikasid 
ühendusi kõrgetel temperatuuridel joodiste abil.
Materjalide ekspluatatsioonilised 
omadused
 Materjalide talitlusomadused sõltuvad materjali töötingimustest, nende 
hulka kuuluvad:
◦ Korrosioonikindlus
◦ Kulumiskindlus
◦ Pinnaomadused
◦ Tulekindlus
◦ Soojuspüsivus
◦ Ohutus
◦ Keskkonnasõbralikkus
Mustad metallid
Mustad metallid
 Mustad metallid — raud ja selle sulamid (teras, ferrosulamid,  malmid ). 
 Vahel liigitatakse mustadeks metallideks ka mangaan ja  kroom .
 Neid metalle kasuatakse peamiselt malmide ja teraste tootmisel.
 90%  kasutatavatest  metallidest 
moodustab mustade metallide osakaal.
 Enamik – erinevad terased.
Mustade metallide tootmine
  Malm — raua ja süsiniku  sulam , süsiniku sisaldus suurem kui 2.14 % (kuni 6%). 
 Malmid jagunevad valgemalmiks, hallmalmiks, tempermalm, 
kõrgtugevmalm.
 Teras— raua ja süsiniku sulam, süsiniku sisaldus kuni 2.14 %.
◦ Väikese süsiniku sisaldusega (vähem kui 0,25 %)
◦ Süsinikterased (0,25 — 0,6 %)
◦ Suure süsiniku sisaldusega (üle 0,6 %)
 Peale süsiniku sisaldavad terased ja malmid muid aineid:
◦ räni, mangaan, väävel ja  fosfor . 
 Kindlate omadustega teraste ja malmide saamiseks lisatakse nende koostisesse 
leegeeraineid:
◦ Alumiinium, mangaan, molübdeen, vask,  nikkel , kroom jm. 
Malm
 Malm
◦  habras
◦ head valuomadused
◦ ei ole sepistatavad. 
 Omadusi mõjutavad sulamis olevad lisandid.
 Tänu oma suhteliselt madalale  sulamistemperatuurile , heale voolavusele, heale 
valatavusele ning vastupidavusele deformatsioonile ja kulumiskindlusele,
on malm  enamlevinud  konstruktsiooni materjal. 
 Seda kasutatakse masinaehituses, autotööstuses jm.
 Malm on vastupidav oksüdeerumise tagajärjel nõrgenemisele ja hävimisele.
 Malmist saadakse teraseid. Malm saadakse rauamaagist lisandite  eemaldamisel .
Malm
 Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем 
углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав:
◦ кремния (до 4,3%),
◦ марганца (до 2%),
◦ серы (до 0,07%)
◦ фосфора (до 1,2%).
 Углерод — один из главных элементов в чугуне. 
 В зависимости от количества и состояния входящего в сплав 
углерода получаются те или иные сорта чугуна.
 С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод 
находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически 
связанном с железом.

Document Outline

• Slide 1
• Sissejuhatus, materjalide liigitamine
• Materjalide klassifikatsioon
• Materjalide klassifikatsioon
• Materjalide klassifikatsioon
• Räni diood
• Materjalide klassifikatsioon
• Materjalide omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali mehaanilised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjali füüsikalised omadused
• Materjalide tehnoloogilised omadused
• Materjalide tehnoloogilised omadused
• Staatori korpus
• Materjalide tehnoloogilised omadused
• Materjalide tehnoloogilised omadused
• Materjalide ekspluatatsioonilised omadused
• Slide 37
• Mustad metallid
• Mustade metallide tootmine
• Malm
• Malm