1. Materjalide füüsikalised ja mehaanilised omadusedMaterjalide liigitus tiheduse ning sulamistemperatuuri järgi:Tihedus:kg/m3 –
kergmetallid ja -
sulamid 5000
1539 °C -
rasksulavad metallid ja sulamid, näiteks Fe, Ti, Cr
Tõmbekatsel määratavad tugevus- ja plastsusnäitajad , jäikusnäitaja,nende ühikud ning kasutamine. Tõmbekatsel saame määrata nii tugevus kui ka platsusnäitajaid, tugevusnäitajateks on: Tõmbetugevus Rm – maksimaaljõule Fm vastav pinge, valemiga Rm = Fm / S0, ühikuga
N/mm2. Tõmbetugevust ehk tugevuspiiri kasutatakse näiteks staatilistel koormustel habraste
materjalide ohtlike pingete kirjeldamiseks.
Voolavuspiir ReH – ülemine voolavuspiir. See on pinge väärtus, mille saavutamisel
esmakordselt täheldatakse jõu vähenemist. Ühikuks N/mm2. Voolavuspiiri kasutatakse
staatilistel koormustel plastsete materjalide ohtlike pingete kirjeldamiseks.
Voolavuspiir ReL – alumine voolavuspiir. Pinge madalaim väärtus plastsel voolamisel.
Ühikuks N/mm2.
Tinglik voolavuspiir Rp0,2 - pinge, mille juures baasi jäävpikenemine saavutab etteantud
väärtuse protsentides, nt. 0,2%. 0,2 = lisaindeks, mis näitab baaspikkuse muutu. Kasutatakse
nende sulamite tõmberdiagrammide puhul, millel voolavusplatvorm puudub.
Plastsusnäitajad: Katkevenivus A - suhteline
pikenemine protsentides purunemiseni.
Katkeahenemine Z -
teimiku tööosa ristlõike pindala suhteline muutumine katkenemiseni,
avaldatud protsentides.
Jäikusnäitaja E -
elastsusmoodul ehk materjali vastupanu elastsele deformatsioonile.
Elastusmoodul määratakse tõmbediagrammi lineaarse osa tõusunurga tangensiga.
Materjalide sitkusnäitajad, nende ühikud ja kasutamine.KV - sellega tähistatakse V-soonega teimiku purustamiseks kulutatud tööd - purustustööd.
Ühikuks on J (
džaul ).
KU - sellega tähistatakse U-soonega teimiku purustamiseks kuluatatud tööd - purustustööd.
Ühikuks on J (džaul).
Külmhapruslävi TKHL - üks tähtsamaid metallide töökindluse kriteeriume. Külmhaprusläve
kasutatakse, kui materjalil on piiratud sitkus ehk purunemispildis esineb nii teralise kui ka
kiulise purunemise tsoon. Ühikuks on
kraadid Celsiuse järgi.
Külmhapruslävi T90 - temperatuur, mille juures on purunemispildis vähemalt 90% kiulist
pinda. T90 on temperatuuriks vastutusrikastel detailidel. Sel
juhu on materjalil kõrge
löögisitkusnäitaja.
Külmhapruslävi T50 - temperatuur, mille juures purunemispildis on vähemalt 50% kiulist
pinda.
Materjalide põhilised kõvadusarvu määramise meetodid, nende valiku
põhimõtted, tähistus . Brinell - selle meetodi kasutamise korral surutakse katsetatavasse materjali kõvasulamkuul
või karastatud teraskuul läbimõõduga 10; 5; 2,5; 2; 1 mm ja jõuga 1...3000 kgf
(9,8...29430N).
Brinelli meetodit kasutatakse reeglina metalsete (teraste, Al-sulamid, Cu-
sulamid jne) materjalide kõvaduse
määramiseks . Ülemiseks
piiriks võib lugeda terase
kõvadust karastatud olekus, alumiseks piiriks pehmeid puhtaid
metalle . Kuuli poolt tekitatud
jälje peab operaator ise mõõtma ja kasutama seda Brinelli kõvaduse valemis. Brinelli
kõvadusarvu tähiseks on HBW - kõvasulamkuuli puhul ja HBS - teraskuuli puhul. Metallide
ja sulamite puhul (lõõmutatud olekus) kehtib tõmbetugevuse ja Brinelli kõvaduse vahel
ligikaudne seos Rm = 0,3HB
Rockwell - Võrreldes Brinelliga sobib laiemas kõvaduse vahemikus materjalide
katsetamiseks. Selle meetodi puhul peab katseobjekt olema hea pinnaviimistlusega.
Katsetamisel surutakse otsak (kas kuul või
koonus ) materjalisse eeljõuga ja fikseeritakse
asend. Seejärel suurendatakse seda põhijõuni ja taastatakse esialgne jõud. Kõvadust
iseloomustab kuuli või
koonuse materjalisse sissetungimise sügavuste vahe. Tulemus loetakse
otse masina skaalalt - koonuse puhul mustalt skaalalt, kuuli puhul punaselt skaalalt. Vastavalt
kasutatavale koormusele ning otsakule eristatakse mitmeid erinevaid skaalasid. Metalsete
materjalide korral leiavad kasutamist enamasti A- (
kõvasulamid ), B- (Al-sulamid) ja C-skaala
(tüüpiline teraste puhul), pehmete sulamite ning plastide puhul H-, R- ja M-skaala (
plastid ).
Tähistuseks on HR.
Vickers - Võimaldab määrata mis tahes metalli või sulami kõvadust ning sobib nii õhukese
metalli kui ka pinnakihi kõvaduse määramiseks. Materjali pind peab selle meetodi korral
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 struktuurMetallide 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.
Põhitahkkeskendatud- lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid
põhitahkude keskel diagonaalide sõlmpunktides.
Kristallvõret iseloomustavad parameetrid- 1) võreperiood - lähimate paralleelsete aatomtasandite vaheline kaugus (on vahemikus
0,1...0,7 nm);
2) võrebaas- aatomite arv, mis tuleb võreelemendi kohta.
3) võre koordinatsiooniarv- võreelemendis antud aatomile lähimal ja võrdsel kaugusel
olevate aatomite arv
4) aatomiraadius - pool aatomitevahelisest kaugusest e. võreperioodist
5) võre kompaktsusaste e. ruumpakketihedus- võreelemendi kohta
tulevate aatomite
ruumala suhe võreelemendi ruumalasse. Mida suurem on kristallivõre koordinatsiooniarv,
seda suurem on võre kompaktsusaste.
Polümorfism- Mõnedel metallidel on sõltuvalt temperatuurist enam kui üks kristallivõre
tüüp. Seda erinevate kristallivõrede
esinemist ühel
metallil nimetatakse
polümorfismiks .
Tuntumaks näiteks võib tuua raua ja titaani. Kristallivõret on võimalik muuta temperatuuri
muutmise teel. Polümorfse muutuse temperatuure on võimalik muuta (alandada
toatemperatuurini) legeerimise teel.
Isomorfism- Erinevate metallide kristallivõrede samakujulisust nimetatakse isomorfismiks.
Isomorfsete ainete kristallivõredel on ligilähedased võreperioodid, aatomiraadiused, mistõttu
aatomid võivad üksteist kristallivõres
asendada .
Puhta metalli kristallisatsioon – jahtumiskõver - Puhta metalli kristalliseerumisprotsessi
iseloomustab jahtumiskõver, teljestikus temperatuur – aeg.
Väikesel jahtumiskiirusel on
allajahutusaste väike ja
kristalliseerumine leiab aset tasakaalutemperatuurile lähedasel
temperatuuril. Jahtumiskõveral iseloomulik horisontaalne lõik (
jahtumine seiskub ja
jahtumiskiirus on null, vaatamata sooja äravoolule jahtumisel) on tingitud
kristalliseerumissoojuse eraldumisest. Jahtumiskiiruse kasvades suureneb ka allajahutusaste ja
kristalliseerumine toimub tasakaalutemperatuurist märgatavalt madalamal temperatuuril.
Mida puhtam on metall, seda enam on ta kalduv allajahutusele. Tavaliselt ei ületa
allajahutusaste 10...30 °C.
JOONIS
Faasid ja mehaanilised segud Sulami faas - termodünaamilise sulamisüsteemi kõigi ühesuguse keemilise koostisega ja
ühesuguste füüsikaliste omadustega osade kogum, mida süsteemi teistest osadest eraldab
piirpind.
Mehaaniline segu- mehaanilise segu korral koosneb
sulam komponentide A ja B kristallidest.
Kui niisuguses sulamis uurida komponentide A ja B
kristallide omadusi üksikult, siis
langeksid need ühte puhaste komponentide A ja B omadustega. Sagedamini esineb
mehaaniliste segude korral struktuur, mille terades on
vaheldumisi üheaegselt eraldunud
tardfaasid. Sellist kihilise ehitusega segu nimetatakse eutektikumiks (
kreekakeelsest sõnast
eutektos - kergsulav), kui ta tekib vedelast lahusest selle kristalliseerumise tulemusena, või
eutektoidiks (sõnast eutektikum + kreekakeelsest lisandist eidos (välimus, kuju) -
eutektikumikujuline), kui ta tekib tardlahuse ümberkristalliseerumise või lagunemise
tulemusena. Praktiliselt aga ei esine üldse metalle, mis tardolekus teineteises absoluutselt ei
lahustu. Seda juhtu võib vaadelda, kui
lahustuvus on väga väike.
Kahekomponentsete faasidiagrammide põhitüübid- JOONIS
Sulamite kristallisatsioon Sulamite üleminek vedelfaasist tahkesse toimub nagu puhastel metallidelgi teatud
allajahutusastme korral, kui tardfaasi vaba energia on väiksem vedelfaasi vabast energiast.
Kristalliseerumine tähendab kristallisatsioonikeskmete tekkimist ja nende
järgnevat kasvu.
3.Rauasüsinikusulamid (Fe-C sulamid)Faasid ja mehaanilised segud Fe-C sulamites. Raud moodustab süsinikuga mitmeid metalseid
faase , näiteks piiratud tardlahuseid ja
keemilisi ühendeid.
Nimetus
Tähis
Kristallivõr
Määratlus
e
FaasidF
α -
ferriit K8
Ruumkesendatud kuupvõrega
tardlahus . C
lahustuvus
toatemp . 0,01%, 727 °C juures 0,02%.
δ-ferriit
K8
Ruumkesendatud kuupvõrega tardlahus. Esineb
kõrgemal temp., maks. süsiniku lahustuvus 0,1%. Ei
esine teraste
termotöötlus temperatuuridel .
Austeniit A
K12
Tahkkesendatud kuupvõrega tardlahus. C lahustuvus
kuni 2,14% temperatuuril 1147 °C.
Tsementiit
T
Rombiline Fe ja C keemiline ühend. Pole kindlat sulamistemp.
Väga
habras , kuid suurima kõvadusega võrreldes
teiste faasidega. C sisaldus 6,67%.
Mehaanilised segudLedeburiit
Le
Eutektne segu C-sisaldusega 4,3%. Tekib vedelfaasi
kristalliseerumisel temp. 1147 °C
Perliit P
Eutektoidne segu C-sisaldusega 0,8%. Tekib A
lagunsemisel selle aeglasel jahutamisel alla 727°C
Beiniit B
Eutektoidne segu C-sisaldusega 0,8%, mis tekib A
lagunemisel
selle
alajahtumisel
temperatuurivahemikus 400...500 °C.
Martensiit M
K8
C-üleküllastatud tardlahus α-rauas. Maksimaalne C-
sisaldus on võrdne lähtefaasi - austeniidi C-
sisaldusega.
.
Faasimuutused Fe-C sulamites: eutekt- ja eutektoidmuutus. Eutektmuutus - eutektsele
koostisele ja temperatuurile vastav faasimuutus, mis seisneb
vedelfaasi üheaegses kristalliseerumises kaheks või enamaks tardfaasiks. Vedelast faasist ühel
ajal väljakristalliseerunud kahe või enama faasi segu nimetataksegi eutektikumiks.
Eutektoidmuutus - eutektoidsele koostisele ja temperatuurile vastav faasimuutus, mis
seisneb tardfaasi ümberkristalliseerumises kaheks või enamaks uueks tardfaasiks. Tekkinud
tardlahuste kristallide segu nim. eutektoidiks.
Sulamite liigitus: terased ja malmid , nende struktuurid .TerasedTerase puhul on tegu mitmekomponentse sulamiga, mis peale süsiniku sisaldab ka
tavalisandeid (süsinikteraseid) ja legeerivaid elemente (legeerteraseid). Teraste C-sisalduse
suurenedes kasvavad nende
kõvadus ja
tugevusnäitajad , vähenevad aga
plastsus - ja
sitkusnäitajad.
Teraste liigutused on järgmised:1) alaeutektoidterased - nende teraste C-sisaldus on kuni 0,8%. Koosnevad ferriidist ja
perliidist. Mida
suuremaks läheb nende teraste
süsinikusisaldus , seda rohkem hakkab
vähenema ferriidi kogus ja suurenema hakkab perliidi kogus.
2) eutektoidteras - selle terase C-sisaldus on täpselt 0,8%. Tema struktuur koosneb ainult
perliidist.
3) üleeutektoidterased - nende teraste C-sisaldus on üle 0,8% kuni 2,14%-ni. Nende
struktuur koosneb perliidist ja sekundaarsest tsementiidist. Kuid
sekundaar tsementiiti on
terase struktuuris väga vähe.
MalmidMalmideks nimetatakse rauasüsiniksulameid, mille süsinikusisaldus on üle 2,14%. Suure
süsinikusisalduse tõttu on
malmis kõva ja habras ledeburiit ja
grafiit . Need teevad malmi
hapraks ja seetõttu ei saa ühtki malmiliiki
survega töödelda - ei sepistada ega valtsida.
Malmid jaotatakse süsiniku oleku järgi kahte gruppi:1) Valgemalmid - malmid, kus kogu
süsinik on seotud olekus ehk esineb tsementiidina.
2) Grafiitmalmid - malmid, kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus vaba
grafiidina.
4.Terased ja teraste termotöötlus (TT)Termotöödeldavuse eeldused ning TT liigutus: protsessi- ja tugevdav TT. Terase termotöötluse nii nagu igasuguse termotöötluse eesmärgiks on metalli omaduste
muutmine struktuuri muutmise teel. Terase termotöötluseks nimetatakse terase kontrollitud
kuumutamist ja jahutamist omandamaks konkreetsetesse töötingimustesse
sobivat struktuuri
ja omadusi. See on laialt levinud meetod nii terase omaduste muutmiseks nii materjalil kui ka
lõpptoodetel. Termotöötluse abil on võimalik luua sama keemilise koostisega erinevate
mehaaniliste omadustega teraseid.
Termotöödeldavuse eeldused.- struktuurimuutus tardolekus (kalestunud struktuur)
-
lahustuvuse muutus või faasimuutus tardolekus
Termotöötlus jaguneb kaheks PROTSESSI termotöötlus ja TUGEVDAV termotöötlusProtsessi termotöötlus Lõõmutamine - Lõõmutus (annealing) on niisugune termotöötlemise viis, kus terast
kuumutatakse üle faasimuutuste temperatuuride Ac1, Ac3 (Acm) või üle Trekr järgneva
aeglase jahutamisega, tavaliselt koos ahjuga. Lõõmutuse peamine eesmärk on vajalike
omaduste tagamine terase ümberkristalliseerimise ja sisepingete kaotamise tagajärjel.
Normaliseerimine - Normaliseerimine on selline termotöötluse viis, mille korral terast
kuumutatakse 30...50 °C üle faasipiiri Ac3 (Acm), seisutatakse sellel temperatuuril ja
jahutatakse siis õhus. Normaliseerimise tulemusel vähenevad sisepinged ja toimub terase
faasiline ümberkristalliseerumine, mis muudab
valandite , sepiste ja keevisõmbluste
jämedateralise struktuuri peeneteralisemaks.
Tugevdav termotöötlusKarastus- terast kuumutatakse üle faasipiiride Ac1 või Ac3, et tagada lähtestruktuuris vajaliku
austeniidi teke. Seejärel seisutamine sellel temperatuuril, et tagada kogu detaili ulatuses antud
temperatuurile vastava homogeense struktuuri teke. Jahutamine toimub kiirusega, mis on
karastatava terase kriitilisest jahtumiskiirusest suurem, et vältida austeniidi laguproduktide
(ferriidi ja tsementiidi) teket.
Noolutamine - Noolutus seisneb terase kuumutamises temperatuurideni alates 200 °C,
seisutamises sellel (vähemalt tunni) ja jahutamises (tavaliselt õhus). Eesmärk tõsta terase
sitkust.
Termokeemiline töötlus- Termokeemiline töötlus erineb teistest termotöötluse
viisidest sellepoolest, et termokeemilisel töötlemisel toimub pinnakihi keemilise koostise muutus.
Termokeemiline töötlus koosneb kolmest etapist:
dissotsiatsioon , adsorptsioon, difusioon .Termotöötluse liikide alla kuuluvad veel:Terase külmaga töötlus, termomehaaniline töötlus
Tsementiiditavad-, konstruktsiooni- ja tööriistaterased.Terased jagatakse euronormide järgi kahte suurde gruppi: Mittelegeerterased ehk süsinikterased
Legeerterased .
Legeerteras - Terase
legeerituse määrab
lisandite sisalduse protsent. Mõned levinumad
lisandid terastes on näiteks räni, koobalt,
boor , mangaan, plii, titaan, vask, volfram,
fosfor ,
lämmastik,
kroom , nikkel…
Legeerterased saab kasutusalade järgi saab liigitada:
Konstruktsiooniterased- (C = 0,2...0,7%, kulumiskindlad terased 0,9...1,3%)
Tööriistaterased- (C = 0,4...1,6%)
Erilegeerterased
Tööriistaterased- teraste grupi, mida iseloomustavad suur kõvadus, tugevus ja
kulumiskindlus – omadused, mis on vajalikud metallide lõike- ja survetöötlemiseks, s.o.
kogum “kõvadus–tugevus” ja võime need säilitada kuumenemisel – soojuskindlus (
heat resistance). Eelkõige kõvaduse nõudest tulenevalt on tööriistateraste süsinikusisaldus
tavaliselt suurem, võrreldes konstruktsiooniterastega (reeglina 1…2%)
Konstruktsiooniterased- Ehitusterasteks (structural
steel ) on madallegeerterased,
millisteks loetakse väikese süsinikusisaldusega (kuni 0,22%) suhteliselt vähe (1...2%) legeerivaid
elemente, peamiselt Si ja Mn sisaldavaid teraseid. Kuna paljud ehituskonstruktsioonid
töötavad tihti madalatel temperatuuridel ja dünaamilistel koormustel, siis üheks tähtsamaks
omaduste näitajaks on külmahapruslävi T .
₅₀
Konstruktsioonteraste liigitus termotöötluse järgiLähtudes legeerteraste tüüpilistest termotöötluse moodustest, liigitatakse legeerterased kolme
põhilisse gruppi:
tsementiiditavad, parendatavad ja nitriiditavad terased.Tsementiiditavate legeerteraste hulka kuuluvad madala C-sisaldusega (kuni 0,25%) kroom-,
kroommangaan-, kroomnikkel-, kroommolubdeen- jt terased. Nende teraste tüüpiline
termotöötlus seisneb tsementiitimises (Ttsem 900...950°C), ühe- või kahekordses
karastamises (Tkar 820...920°C) ning madalnoolutamises (Tnool 150...210°C). saadakse pind
kõvadusega kuni 62 HRC ning südamik kõvadusega 250...300 HB (30...42 HRC).
Teraste markeerimise põhimõte• Markeerimise alus: Rₑ– ehitusterased
S355J0 – surveotstarbelised terased P265B
– konstruktsiooniterased
E295 – konstruktsiooniterased E295 L0
– magistraaltoruterased L360QB
– sarrusterased B500N
• Markeerimise alus: Rm– relsiterased RO880Mn
– pingebetoonterased Y1770C
• Koostise järgi– C (mittelegeerterased v a automaaditeras )C35E
G-C35E (valuteras)
35 – C%x100 (E – etteantud S etteantud S-sisaldus) sisaldus)
– C, leg. el. (madal- ja kesklegeerterased,leg. el. ≤5%, mittelegeerterased Mn≥1%, mittelegeerautomaaditerased) 28Mn6
G-28Mn6
–
C,leg.er l ( kõrglegeerterased , leg. el. >5%)X5CrNi18 -10
– Leg. el. (kiirlõiketerased)HS 12-9-1-8
W-Mo-V-Co
5.MalmidMalmide liigitus: süsiniku oleku, grafiidi -osakeste kuju ja metalse
põhimassi järgi.Valgemalm Grafiitmalm
Süsiniku olek
Süsinik on seotud olekus Kogu süsinik või suurem osa
tsementiidi kujul
sellest on vabas olekus ehk
vaba grafiidina
Grafiidi-osakeste kuju
1) Liblegrafiidi kuju -
hallmalm
2) Keragrafiidi kuju -
keragrafiitmalm
3)
Pesagrafiidi
ehk
lõõmutussüsiniku kuju -
tempermalm Metalne põhimass
Alaeutektsed - struktuuris Le, T '
Perliitmalm - struktuur
ja P
koosneb perliidist ja grafiidist.
Ferriitmalm - struktuur
Eutektsed - struktuuris Le
koosneb ferriidist ja grafiidist.
Ferriitperliitmalm - struktuur
Üleeutektsed - struktuuris Le ja T
koosneb nii ferriidist, perliidist
kui ka grafiidiosakestest.
Malmide saamine ja omadused.Kasutavamate malmiliikide (grafiitmalmide) struktuuris on grafiit, mille tekkimist
soodustavad malmi aeglane jahtumine ning suur ränisisaldus. Mida rohkem on malmis
süsinikku ja räni, seda rohkem tekib ka
grafiiti .
Modifitseerimist nimetatakse kristalliseerumise käigu muutmiseks, lisades sulamalmile
lisandeid, mis ei lahustu või moodustavad lahustumatuid osi. Selle tulemusena on võimalik
saada peenemate grafiidiosakestega tugevamat malmi.
Malmide saamine vastavalt räni ja magneesiumi sisaldusele:Malmid (räni
Kõik kommentaarid