Materjaliõpetus (0)

Tln Lasnamäe Mehaanikakool
Materjaliõpetus
Konspekt autotehnikutele
Koostaja Mati  Urve
2009
Teemad
1. Materjalide omadused,
2. Terased, 
3.   Malmid ,
4.  Magnetmaterjalid , 
5. Metallide  termiline  töötlemine 
6. Vask ja vasesulamid ,
7.  Alumiinium  ja alumiiniumisulamid ,
8.  Magneesiumisulamid , 
9.  Titaan  ja selle  sulamid , 
10.  Laagriliuasulamid , 
11.  Kermised , 
12. Metallide  korrosioon , 
13.  Plastid  , 
14. Klaas, 
15. Värvid,
16. Värvide liigitus, 
17. Värvimisviisid, 
18. Pindade ettevalmistamine,
19. Metallide konversioonkatted,
20. Metallkatted, 
21. Kütuste koostis, 
22. Kütuste koostis, 
23.  Nafta koostis ja kasutamine,
24. Nafta töötlemise viisid,
25. Kütuse põlemine ,
26. Vedelkütuste üldised omadused ja nende kontrollimine,
27. Bensiinid,
28.  Petrooleum ,
29. Diislikütused,
30. Gaasikütused,
31. Hõõrdumine ja kulumine , 
32. Määrdeainete liigitus,
33. Õlid,
34. Õlide omadused,
35. Mootoriõlid,
36. Õli  vananemine  ja vahetamine,
37. Jõuülekandeõlid,
38. Tööstusõlid, 
39. Muud õlid,
40.  Plastsed  määrded,
41. Kaitsemäärded,
42. Kõvad määrded,
43.  Jahutusvedelikud ,
44. Jahutusvedelikud,
45. Pidurivedelikud,
46. Konserveerimisvedelikud,
47. Lõike- ja jahutusvedelikud,
48.   Abrasiivmaterjalid , 
49.  Tuleohutuse  alused
Materjalide omadused
Materjali tihedus.  Tiheduseks  nim antud materjali massi ruumalaühiku kohta.
          ρ = m / V (kG/m³) ;
• raud ρ = 7870 kG/m³, 
• vask  ρ = 8960 kG/m³, 
• alumiinium ρ =  2700 kG/m³, 
• plii ρ = 11340 kG/m³, 
• elavhõbe = 13520 kG/m³ 
• titaan ρ =  4500 kG/m³ ; 
• tina ρ = 7300 kG/m³ ; 
•  volfram  ρ = 19300 kG/m³.
Materjali  sulamistemperatuur . Sulamis temperatuuriks nim niisugust temperatuuri, mille juures 
materjal muutub tahkest olekust vedelaks. 
• volfram = 3410ºC, 
• raud = 1539ºC; 
• vask = 1083ºC; 
• alumiinium = 660ºC; 
• titaan = 1665ºC ; 
• tina = 220ºC; 
• plii = 327ºC; 
• plastid = 60….200ºC ; 
•  alumiiniumoksiid  = 2050ºC; 
• elavhõbe = - 40ºC.
Elektrijuhtivus . Elektrijuhtivuseks nim omadust elektrit juhtida. Selleks, et määrata materjali 
elektrijuhtivust peab teadma eritakistust. Materjali eritakistust määratakse 1m pikkuse ja 1mm² 
ristlõikepindalaga materjali varval oomides.
Soojusjuhtivus . Soojusjuhtivuseks nim materjali omadust soojust üle anda kõrgema temperatuuriga 
piirkonnast  madalama temperatuuriga piirkonnale. Soojusjuhtivuse  ühik on vatti  meetri ja Kelvini 
kohta [ W / (m K) ]. 
Soojusväsimus. On omadus, mis seisneb materjalide purunemises korduvate temperatuuripingete 
toimel. Seda nähtust tuleb arvestada  vahelduva  soojusrežiimi tingimustes töötavate seadmete 
detailide juures. 
Värvus. Metalle  jaotatakse mustadeks(rauaühendid) ja värvilisteks metallideks. 
Kõvadus. Nimetatakse materjali omadust vastupanna teistele temasse tungivatele materjalidele. 
Brinelli  meetod, mis kasutab kõvaduse määramiseks kolme karastatud teraskuuli läbimõõduga 10, 
5, 2,5 mm. Kõvaduse määramiseks surutakse kuul pressi abil materjalisse, seejärel arvutatakse 
tekkinud jälje pindala ja kõvadus.
Rocwelli kõvaduse katse. Siin kasutatakse kõvaduse määramiseks teemantkoonust tipunurgaga 
120 kraadi. Ning karastatud teraskuuli läbimõõduga 1,50mm.Survepressi varustas  Rockwell  
indikaatoriga millel oli kaks skaalat. Must C skaala ja punane B skaala. Kui mõõdetakse karastatud 
detaile siis kasutatakse  teemant  koonust survejõud on 150kg ning kõvadust loetakse indikaatori 
mustalt skaalalt. Ja tähistatakse HRC 62.Kui katsetatakse karastamata materjali siis kasutatakse 
teraskuuli ja survejõud on 100kg. Kõvaduse arv loetakse indikaatori punaselt skaalalt ja tähistatakse 
HRB 54 (H – kõvadus, R – Rockwell, B ja C  skaalad ).Kui katsetatakse õhukese karastusega 
pinnakihti siis kasutatakse teemantkoonust aga survejõud on 60kg. Kõvaduse arv loetakse 
indikaatori mustalt skaalalt kuid tähistatakse HRA7.
Vikersi kõvaduse määramise meetod. Selle meetodi juures kasutatakse otsikuna 4 tahkset teemant 
püramiidi. Survejõud kõigub 5 - 100kg`ni. Materjali kõvadus leitakse Vikersi meetodil järgmiselt. 
Mõõdetakse püramiidi jälje  diagonaalid . Arvutatakse nende abil  rombi  pindala, kõvadus leitakse 
(HV = P/S [kg/mm²][N/mm²])
Tugevus. Selleks nim materjali omadust vastupanna pidevalt mõjutavale jõule. Olenevalt 
deformeeriva jõu suunast  võime liigitada järgmisi tugevusi: tõmbe-, surve-, pained-, väände- ja 
nihketugevus .
 Tõmbekatse tehakse selleks, et määrata materjali tõmbetugevust. Kaasaegsed tõmbemasinad 
joonistavad välja tõmbe  diagrammi , mis iseloomustab jõu ja pikenemise suhet.
Proportsionaalsuspiir on kuni selle jõuni, kus toimub mõjuva jõu ja pikenemise vahel 
proportsionaalne ehk võrdeline suhe. Tähis P pe 
Elastsuspiir on selle jõuni, kus venitatud katsekeha taastab oma  esialgse  pikkuse, kui jõud maha 
võtta. Tähis Pe
Voolavuspiir  on jõuni, kus toimub materjali intensiivne  pikenemine , kusjuures  jõu juurdekasv on 
suhteliselt väike. Tähis PT
Tugevuspiir on selle jõuni, kus venitatud katsekehal tekib mingis kohas  ahenemine  (kaelakoht), 
millest toimub edasine pikenemine kuni katkemiseni jõud seejuures ei suurene.Erinevate ja suurte 
süsiniku sisaldusega teraste tõmbediagrammis on erinevus selles, et neis ei esine voolavuspiiri. 
Voolavuspiiriks loetakse seda jõudu mis on tekitanud katsekehas jääva deformatsiooni suurusega 
0,2% seda piiri tähistatakse Po2. Tõmbekatse abil on võimalik määrata materjali  plastsust . Plastsust 
iseloomustatakse kahe teguriga: Suhteline pikenemine d = (l – lo)/l 100 [ E100 %] l - pikkus peale 
katsetust, lo – katse keha pikkus enne katset.
Ristlõikepinna suhteline ahenemine y = (S o -S)/S100[%] tõmbetugevus d = P o /S = kg/mm² = 
N/mm² voolavustugevus Gt = P t /S kg/mm².
Materjali sitkuse määramine – seda määratakes löögikatsega pendelvasara abil selleks 
valmistatakse  proovikeha . Pendelvasar tõstetakse teatud kõrgusele, katsekeha asetatakse tugedele 
nii, et lõike soon ühtiks  vasara  liikumise suunaga. Vasar päästetakse lahti, mis liikudes purustab 
katsekeha ja tõuseb veel ülejäänud energia  varal  teatud kõrgusele – h. Purustamiseks  tehtud töö A 
leitakse valemiga 
A = G * l (H - h)[J] g – vasara kaal; l – pendli pikkus.
Terased
Teraseks nim raua ja süsiniku sulamit milles on süsiniku 2,14%, mangaani  1%, räni 0,4%. (Raua 
sulamistemperatuur on 1535oC ja tihedus 7860 kg/m3, süsiniku sulamistemperatuur on 3400oC) 
Keemilise koostise järgi võib teraseid liigitada süsinikterasteks ja legeerterasteks. Kasutusotstarbe 
järgi võib teraseid liigitada tööriista ja konstruktsiooniterasteks. Teraseid iseloomustatakse 
mehaanikas  oluliste näitajatega ja need oleksid: karastuvus, töödeldavus, keevitatavus, tugevus, 
kõvadus, sitkus, elastsus , plastilisus  jne.
Süsinik konstruktsiooniteras. Süsinik terased jagunevad süsinik konstruktsiooni-terasteks ja 
tööriistaterasteks. Konstruktsiooniterased jagunevad tavaterased, kvaliteetterased ja 
kõrgekvaliteetterased. Taandamisastme järgi  toodetaks  tavakonstruktsiooniteraste  grupis  nii 
keevaid, poolrahulike ja rahulike teraseid. Tavateraseid kasutatakse laialt mitte vastutusrikaste 
detailide valmistamiseks näi raudbetoondetailides tugevduseks. Nendest  terastest ei saa valmistada 
detaile, mis vajavad termilist töötlust. Tähistatakse C45, kus C näitab süsinikku ja 45 näitab süsiku 
sisaldust sajandik %-tes. Seega süsiniku sisalduson selles terases 0,045%. Kui lisatakse E, siis 
näitab see  lisandite  sisaldust. Näit  C45E . Väikese fosfori ja väävli sisaldusega vääristeras.
Kvaliteetsed süsinik konstruktsiooni terased. Kuna terased sisaldavad süsinikku jäätakse 
kvaliteetterastel C täht ära. Teras 15-25 on tsementeeritavad terased (terase pinnakihti töödeldakse 
süsinikuga). Teras 30-35 valmistatakse keermetatud detaile. Teras 40,45,50 valmistatakse võlle. 
Teras 55-60 valmistatakse kulumiskindlaid detaile. Number näitab süsinikusisaldust sajandik %- tes 
Automaaditeras . Automaaditeraseks nimetatakse teraseid, mida töödeldakse 
automaatmetallilõikepinkidega. Automaaditerases on suurendatud fosfori ja väävli sisaldust. Nende 
ainete sisaldus võimaldab töötlemisel saada murdelastu.  Seleen  ja  fosfor parandavad ka 
pinnakvaliteeti. Automaaditerastest valmistatakse vähem vastutusrikkaid detaile näiteks kruvid, 
poldid , tihvtid jne. Neid teraseid toodetakse külmalt kalibreerimise teel. Toodetaks järgmisi  marke  
A12,A20,A30,A40,A40C.Arv näitab süsiniku sisaldus sajandik % - tes .
Valuteras . Sellele terasele lisatakse räni, et parandata terase vedelvoolavust. Niisugused terased 
täidavad hästi  valuvorme  .
Süsinik tööriistateras. Toodetakse kvaliteetseid ja kõrgekvaliteetseid süsinik tööriistateraseid. 
Erinevus nende vahel seisneb selles, et kõrgekvaliteedilistes terastes on vähendatud väävli ja fosfori 
sisaldust. Väävel soodustab punarabedust, fosfor aga sinirabedust. Kvaliteetseid tähistatakse 
C7,C,C9,C10,C11,C12,C13.kõrgekvaliteetseid C7A ,A – tuleb lõppu. Arv materjali märgis näitab 
süsiniku sisaldust kümnendik protsentides. Süsinik tööriistateraste  kuumuskindlus  on 250 – 350ºC. 
C7,C8,C7A, C8A – neist tehakse  meislid  vasarad kärnid tornid. C9,C10,C11,C9A,C10A,C11A – 
puidutööriistad höövli  terad , freesid,  saelehed , sirkel.C12,C12A,C13,C13A – viilid ,kaabitsad, 
žiletiterad ,tõmbesilmad.
 Legeeritud terased. Legeeritud terasteks nim niisugust teraseid, milledesse on lisatud peale 
süsiniku, räni, väävli ja fosfori lisatud veel teatav % legeerivaid elemente nagu kroomi ,  niklit , 
mangaani jne. Eristatakse madalalt legeeritud (lisandeid kuni 3%) , keskmiselt legeeritud (lisandeid 
3…5%) ja kõrgelt legeeritud (lisandeid üle 5,5%) teraseid.
Legeerivate  elementide tähtsus nende teraste omadustele:
• Cr – kroom  – suurendab terase tugevust läbikarastatavust ja korrosioonikindlust. 
• Ni – nikkel  – suurendab terase sitkust tugevust ja korrosioonikindlust. 
• Co – koobalt  – suurendab materjali magnetilisi omadusi terase tugevust ning muudab terase 
peenestruktuurilisust 
• Mo – molübdeen – suurendab terase kõvadust ja kulumiskindlust, soodustab peenema 
struktuuri tekkimist 
• Mn – mangaan – suurendab elastsust  kulumiskindlust ja kõvadust 
• Si – räni - parandab terase voolavust ,suurendab vastupanu keemilistele reaktiividele, 
suurendab elastsust 
• W – volfram – suurendab terase kuumuskindlust ja kõvadust 
• Ti – titaan – suurendab tugevust ja kuumuskindlust 
• Al – alumiinium - suurendab kuumuskindlust vähendab tagiteket ja suurendab 
korrosioonikindlust. 
Legeeritud  vedruterased . Nendele terastele lisatakse mangaani, kroomi ja  vanaadiumi . Vedrude 
juures on oluline elastsus ja tugevus. 
Legeeritud tööriistaterased. Nendele terastele lisatakse kroomi,  volframi , vanaadiumi, 
molübdeeni, räni, mangaani. Legeeritud tööriistaterased ei ole  keevitatavad . 
Kiirlõiketeras on kõrgelt legeeritud tööriistateras. Põhiliseks legeerivaks  elemendiks  on volfram. 
Suurendab kiirlõiketerase kuumustugevust 500 …600ºC juures. Volfram moodustab süsinikuga 
karbiide, mis on väga kõvad. 
Korrosioonikindlad terased on vastupidavad keemilisele ja elektrokeemilisele korrosioonile. Need 
terased sisaldavad vähe süsinikku. Korrosioonikindlate terastes põhiliseks legeerivaks elemendiks 
on kroom. Veel lisatakse korrosioonikindluse tõstmiseks terastesse niklit, titaani, mangaani. Näiteks 
turbokompressorite labades on kroomi ja niklit. Toiduainete tööstuses kasutatakse teraseid , mis 
sisaldavad kroomi, niklit, titaani ja mangaani.
Kuumustugevad ja kuumuskindlad terased. Kuumustugevus on vastupidavus koormustele 
kõrgel temperatuuril. Kuumustugevad terased, mis töötavad temperatuuril kuni 350ºC on 
süsinikterased. DIN EN 1008 järgi P265GH, 10CrMo9-10. 350ºC …500ºC juures kasutatakse 
kroomi, molübdeeni, volframi, alumiiniumi ja titaani sisaldusega teraseid. Katelde valmistamisel 
kasutatakse madala süsiniku ning koobalti ja titaani sisaldusega teraseid. Kuumuspüsivad terased on 
need, millede struktuur ja  koostis kõrge temperatuuri juures ei muutu. Sisepõlemismootorite hülsid, 
vedrud , puksid, tõukurid, pihustite nõelad ja teised  keeruka  kujuga kuumust taluvad detailid 
valmistatakse terastes, mis sisaldavad kroomi, molübdeeni, alumiiniumi, vanaadiumi. 
Külmakindlad terased X7Ni8 , P275NL1; Roostevaba terased X5CrNi18-10; X6CrNiTi18-10
Malmid 
Malm  on raua ja süsiniku(2,14…6,7%)  sulam . Süsinik on malmis  keemilise ühendina moodustades 
rauaga tsementiite või vabas olekus grafiidina.
Sõltuvalt süsiniku olekust jaotatakse malmid järgmiselt:
Valgemalm  – selles malmis on kogu süsinik rauaga seotud tsementiidi kujul. Valgemalm on väga 
habras  ja kõva ega ole lõiketöödeldav. Sellest  malmist  toodetakse tempermalmi. Diiselmootorite 
hülssside  sisepind muudetakse valgemalmiks, et suurendada nende kulumiskindlust.
Hallmalm  – selles malmis esineb süsinik grafiidina lehe või lille kujuliselt.  Hallmalmi  
markeeritakse Cy4,Cy20,Cy45 kus arv malmi margis iseloomustab tõmbetugevust.  Hallist  malmist 
valmistatakse detaile valamise teel. Hallmalmi ei saa sepistada. Keevitada saab aga halvasti. 
Lõiketöötlemisel tekib palju metallitolmu.
Kõrgtugevmalm – Kui hallmalmile lisada alumiiniumi või magneesiumi, siis tekivad 
kristalliseerumise tsentrid ning grafiit  omab keeruka kuju. Niisugusel malmil on suur tugevus. 
Kõrgtugevast malmist võib valada väntvõlle, nukkvõlle, hammasrattaid jne.
Tempermalm  – kui  valgest  malmist valandeid kuumutada, siis valges malmis olev süsinik muutub 
perajaks grafiidiks. Kui  kuumutamine  toimub liiva sees, siis tempermalmi  murdepind  on valge. Kui 
aga pannakse musta rauaoksiidipurusse, siis saadakse must murdepind. Tempermalmist 
valmistatakse sanitaartehnikas kasutatavaid ühendusdetaile ja masinate keresid.
Magnetmaterjalid
Peaaegu kõik magnetmaterjalid sisaldavad rauda (Fe). Magnetmaterjale liigitatakse pehmeteks ja 
kõvadeks. Pehmed magnetmaterjalid on suure  magnetilise  läbitavusega aga nendest ei saa 
valmistada püsimagneteid. Pehmed magnetmaterjalid sisaldavad põhiliselt rauda, räni, mangaani. 
Elektrotehniline teras sisaldab 4% räni, permalloi sisaldab 50% või isegi rohkem niklit. Pehmetest  
magnetmaterjalidest valmistatakse trafode südamikke, elektrimootorite staatoreid- rootoreid, 
alalisvoolumasinate ankruid jne.  Kõvad magnetmaterjalid magneetuvad tugevasti ja säilitavad 
püsimagneti omadused. Tugevad püsimagnetid valmistatakse sulamitest, mis peale raua sisaldavad 
8…15% alumiiniumi, 15…30% niklit, 8…12% vaske, 1…24% koobaltit. Kasutatakse ka materjale 
mis rauda ei sisalda näiteks koosnevad Mn, Cu ja Si või Cr ja Pt.
Metallide termiline töötlemine
Lõõmutamine. Lõõmutamiseks nim niisugust termilist töötlust kus materjali kuumutatakse 
vastavalt süsiniku sisaldusest teatud