Tehnomaterjalide eksami materjal (5)

Tehnomaterjali eksami materjal

1.Metallide põhilised kristallvõred (tähised, koordinatsiooni arv, baas)
Tähis – tähisega tähistatakse metalli kristallivõret, nätikes K6, K8, H6 ja H12 on ka T4 ja T8.
Koordinatsiooniarv – on võreelemendis antud aatomile lähimal ja võrdsel kaugusel olevate aatomite arv (koordinatsiooniarv on aluseks ka kristallvõrede tähistamisel: nii tähistatakse lihtsat kuupvõre kordinatsiooniarvuga 6 tähisega K6; ruumkesendatud kuupvõret K8, tahkkesendatud kupvõret K12; lihtsat heksagonaalvõret H6, kompaktset heksagonaalvõret H12; lihtsat tetragonaalvõret T4, ruumkesendatud tetragonaalvõret T8).
Baas – on aatomite arv, mis tuleb võreelemnedi kohta. Kuupvõre korral kuulub tipus olev aatom 1/8-ga võreelemendile, serval 1/4-ga, aatom tahul 1/2-ga ja aatom võre sees tervenisti võreelemendile, heksagonaalvõre korral kuulub tippus olev aatom 1/6-ga võreelemendile jne.
a)Ruumkesendatud kuupvõre – Tähis K8; Koordinatsiooni arv 8; Baas n= 8 x 1/8 + 1x1= 2; Lisaks võreelemendile tippudes olevaile aatomeile paikneb üks aatom võreelemendi sees diagonaalide sõlmpunktis.
b)Tahkkesendatud kuupvõre – Tähis K12; Koordinatsioon arv 12; Baas n=8 x 1/8 + 6 x 1/2= 4; Lisaks võreelemendi tippudes olevaile aatomeile paiknevad aatomid iga tahu keskel diagonaalide sõlmpunktides.
c)Lihtne kuupvõre – Tähis K6, koordinatsiooniarv 6; Baas n=1; Aatomid paiknevad ainult võreelemendi sõlmpunktides(tippudes).
d)Heksagonaalvõre - Lihtne heksagonaal võre H6; Kompaktne heksagonaal võre H12;
Lihnte heksagonaal võre – Tähis H6; koordinatsiooni arv 6; Baas n=2;
Kompaktne heksagonaal võre – Tähis H12; Koordinatsiooni arv 12; Baas n=6;
2.Metalliliste faaside kristallvõred
a)Asendustardlahus – asendustardlahuse korral asenduvad lahustuva komponendi aatomid osa lahustajakomponendi aatomeid(joonis 1.33a, lk30). Asendatud võib olla piiraatud arv aatomeid – siis on tegemist piiratud lahustuvusega või mis tahes hulk aatomeid, mistõttu sellist lahustuvust nim. piiramatuks.
Piiramatu asendtardlahuse tekkimise eeltingimuseks on:
1)Komponentide tüübilt ühesugused kristallvõred.
2)Komponentide ligilähetased aatomi raadiused (aatomi raadiuste erinevus ΔR˂ 15 %). Kristallvõrede samakujulisust ja aatomi raadiuste ligilähedust nim. isomorfismiks ja seda tüüpi tardlahused moodustuvad Ag-Au, Ni-Cu, Mo-W, V-Ti jt süsteemide sulameis.
b)Sisendustardlahus - sisendustardlahuse korral paigutuvad lahustuva komponendi aatomid eelkõige lahustajakomponendi kristallvõre suurematesse tühikutesse(pooridesse), näiteks kristallvõre K12 korral kuubi keskele . Sisendtardlahuste korral paigutuvad lahustaja kompnendi (nt Fe,Cr,Mo jt) kristallvõresse eelkõige väikese aatomi raadiusega mittemetalli aatomid (C, N, H jt) (joonis 1.33b, lk30). Kuna tühikute(pooride) arv, kuhu võivad paikneda lahustunud komponendi aatomid, on piirataud, siis saavad sellised lahused olla ainult piiratud lahustuvusega.
c)Keemiline ühend – keemilist ühendit erinevalt tardlahusest iseloomustab komponentide kristallvõredest erinev kristallvõre, millele on omane komponentide aatomite korrapärane paigutus ja lihtne täisarvkordne suhe komponentide aatomite arvude vahel. Üldjuhul võib kahest komponendist koosnevat keemilist ühendit väljendada valemiga AmBn. Keemilist ühendit iseloomustab samuti kindel sulamistemp. ja hüppeline omaduste muutus sõltuvalt koostisest.(Joonis 1.12; lk 17; Keemilise ühendi tüüp kuupvõre). Kristallvõret kooshoidvatest sidemetest lähtudes eristatakse kolme liiki keemilisi ühendeid: elektrokeemilised ühendid, sisendusfaasid ja elektronühendid; keemilisi ühendeid moodustavatest komponenditest lähtudes moodustavad oksiide , intermetalliide, karbiide, nitriide, boriide.
Oksiidid - tugevalt elektropositiivsete ja elektronegatiivsete elementide vahel moodustuvad elektrokeemilised ühendid. Nende kristallvõred seisavad koos eelkõige ioon - või kovalentsidemete tõttu, kusjuures komponendid teineteises ei lahustu. Metallid omavahel elektrokeemilisi ühendeid ei moodusta; nad annavad intermetalliide, sisendusfaase ja elektronühendeid, mida hoiavad koos metallisidemed. Aga metallis struktuuris võib esineda elektrokeemilisi ühendeid, ilma et sulamite metallilised omadused oleksid häiritud. Eelkõige võib siin märkida vase hapnikurikastes struktuurides oleviad oksiide (Cu20), automaaditeraste struktuuris hajutatud sulfiide (MnS), millel on oma kristallvõre.
Intermetallid ehk intermetallsed ühendid - moodustuvad erinevate metallide vahel. Metallide aatomite mõõtmete märgatava erinevuse korral (aatomite raadiuste suhe ˃ 1,2) moodustuvad sisendusfaasidena tuntud keemilised ühendid ehk nn Lavesi faasid , mille koostis avaldub valemiga AB2, nt MgZn2 , MgCu2 ja MgNi2.
Elektronühendid – kui metallide aatomi raadiused erinevad vähe, on kalduvus elektronühendite tekkimisele. Elektronühendid moodustuvad sagedamini ühelt poolt ühevalentsete metallide (Cu, Ag, Au jt) ning üleminku gruppide metallide (Mn, Fe, Co jt) ja teisalt tavaliste kahe- kuni viievalentsete metallide (Be, Mg, Zn, Cd, Al) vahel. Seda tüüpi ühenditel on kindel valentselektronide arvu suhe aatomite arvu kohta, nn elektronkontsentratsioon.
Karbiidi, nitriidid ja boriidid – ülemineku grupi metallid (Fe, Mn, Cr, Mo, W jt) moodustavad väikese aatomi raadiusega mittemetallidega (C, N, B, H) sisendusfaasidena tuntud keemilisi ühendeid, kusjuures metalli ja mittemetalli aatomi raadiuste erinevus on suur (RM/RX ≥ 1,7 või RX/RM ˂ 0,59). Sisendusfaaside komponentide aatomite arvu suhe on lihtne täisarvkordne ja selliste keemiliste ühendite valemiteks on M4X, M2X, MX, MX2 jne (kus M on metall ja X on mittemetall) ja nende kristallvõred on sarnased sisendustardlahuste kristallvõredega (tavaliselt esinevad võretüübid K8, K12 või H12). Sisendusfaase süsinikuga nim. karbiidideks, lämmastikuga nitriidideks, booriga boriidideks jne. Tuntuimaks sisendusfaasiks rauasüsiniku- sulameis on Fe3C (raudkarbiid), kus raua ja süsiniku aatomite suhe (baasaatomite suhe) on 0,60. Kui rauale on omane kuupvõre (K8 või K12), süsinikule grafiidivõre, siis raudkarbiidile on omane keerukas rombiline kristallivõre (selles on 12 raua ja 4 süsiniku aatomit).
3. Faasidiagramm (lk 33 -45) – faasilise tasakaalu diagramm ehk faasidiagramm nätiab sulamite faasilist koostist sõlutvalt temperatuurist ja koostisest (konsentratsioonist). Faasidiagrammid koostatakse tasakaaluolekule või sellele küllaltki lähetastele tingimustele vastavalt.
a)Täielik lahustuvus (lk 35-36) – Faasidiagramm komponentide piiramatu lahustuvuse korral
Komponentide A ja B omavahelise piiramatu lahustuvuse faasidiagramm ning faaside vaba energia (Gibbsi energia) muutus sõltuvalt koostisest ja temperatuurist on toodud joonisel 1.37, lk 35. Joonest TAaTB ehk likvidusjoonest ülalpool (joonis 1.37d, lk 35) on vedelfaas L. Selles alas on komponentide A ja B vedelfaasi L vaba energiaga FL väiksem nende tardlahuse α vabast energiast Fα (joonis 1.37a, lk 35). Joonest TAbTB ehk solidusjoonest allpool on püsiv tardlahus α, kuna tardlahuse α vaba energia Fα on väiksem vedelfaasi L vabast energiast FL (joonis 1.37c, lk 35).
Likvidus - ja solidusjoone vahel on tasakaalus vedelfaas L ja tardlahus α. Temperatuuril T2 (joonis 1.37b, lk 35) muutub sulamite vaba energia sõltuvalt koostisest joone FLa’b’Fα järgi. Sulamites kontsentratsiooniga A-Ca on püsiv vedelfaas L, sulamites Cb-B tardlahus α, kontsentratsioonivahemikus Ca-Cb on püsivad nii vedelfaas L kui ka tardlahus α. Nende sulamite vaba energia on määratud lõiguga a’b’, mis on puutujaks vedelfaasi vaba energia FL ja tardlahuse vaba energia Fα kõveraile.
b)Osaline lahustuvus (lk 37-40) – Faasidiagramm komponentide piiratud lahustuvuse korral
Metallisulamies esineb sagedamini piiratud lahustuvus. Piiratud tardlahuste korral esineb kaks faasidiagrammi tüüpi: eutektse ja peritektse muutusega faasidiagramm. Faasidiagramm sulamite korral, mille komponendid moodustavad piiratud tardlahuseid ja milles esineb eutektmuutus. Faasidiagramm komponentide A ja B omavahelise piiratud lahustuvuse korral ja faaside vaba energia muutus sõltuvalt koostistest ja temperatuurist on joonisel 1.40, lk 38.
Joonest TAETB (likvidusjoon) ülalpool (joonis 1.40a, lk 38) esineb vedelfaas L, kuna vedelfaasi vaba energia FL selles alas (temperatuuril T1) on väiksem tardlahuste vabast energiast Fα ja Fβ (joonis 1.40b, lk 38). Joonest TACEDTB (solidusjoon) allpool on sulamites väiksema vaba energiaga tardfaasid (joonis 1.40d, lk 38). Toatemperatuuril sulamites koostisega kuni CF on püsiv tardlahus α (komponendi B tardlahus komponendis A), sulamites koostisega üle CG tardlahus β (komponendi A tardlahus komponendis B), sulamites koostisega CF-CG mõlema tardlahuse segu.
Likvidus- ja solidusjoone vahel on kaks stabiilset faasi (joonis 1.40a, lk 38): tardlahus (α või β) ja vedelfaas L. Temperatuuridel , millele vastab joon TAE algab tardlahuse α kristalliseerumine , temperatuuridel, millele vastab joon ETB tardlahuse β kristalliseerumine. Jooned TAE ja ETB iseloomustavad mitte ainult krisatalliseerumise algtemperatuure, vaid ka komponendi A ja B lahustuvust vedelfaasis. Punkt C iseloomustab komponendi B piirlahustuvust komponendis A, punkt D komponendi A piirlahtuvust komponendis B temperatuuril TE. Punktid F ja G iseloomustavad komponentide B ja A lahustuvust vastavalt komponentides A ja B normaaltemperatuuril. Seega iseloomustab joon CF komponendi B lahustuvust komponendis A ja joon DG komponendi A lahustuvust komponendis B sõltuvalt temperatuurist. Seetõttu nim. jooni CF ja DG lahustuvus- ehk solvusjoonteks.
c)Mittelahustuvus – Faasidiagramm sulamite korral, mille komponendid teineteises ei lahustu
Komponentide esinemisel, mille lahustuvus on teineteises on väike, võib lahustuvuse jätta arvestamata ja vaadelda süsteemi komopnentide mittelahustuvuse faasidiagrammina (joonis 1.43, lk 41). Teoreetiliselt pole võimalik faasidiagrammi selline kuju, kuid tal on praktiline tähtsus väga puhaste metallide korral.
d)Keemilise ühendi korral – Faasidiagramm keemilise ühendi moodustavate komponentide korral
Metallid võivad moodustada rida keemilisi ühendeid: elektrokeemilis ja elektronühendeid ning sisendusfaase. Keemiliste ühendite tekkimisel võib jagada faasidiagrammi osadeks , mille korral võib esineda nii piiramatu kui ka piiratud lahustuvus, nii eutektne kui ka peritektne muutus. Joonisel 1.44a, lk 41 on faasidiagramm, kus komponendid moodustavad püsiva keemilise ühendi, mille sulamis temp. on kõrgem komponentide sulamistemperatuurist. Koostis Cm vastab keemilise ühendi stöhhiomeetrilisele koostisele . Joonsiel 1.44b, lk41 on toodud aga faasidiagramm, kus komponendid moodustavad ebapüsiva keemilise ühendi.
e)Komponetide polümorfismi korral (lk 41-43) – Faasidiagramm komponentide polümorfismi korral
Polümorfsed muutused (ühel või mõlemal komponendil) leiavad aset paljudes sulamites (raua-, titaani- jm sulamid ).
Joonsile 1.45, lk 42 on sulamite faasidiagrammid, mille ühel komponendil (antud juhul komponendil A) on kaks polümorfset modifikatsiooni Aα ja Aβ, kusjuures joonsiel 1.45a, lk 42 on toodud faasidiagramm, kus kõrgetemperatuurne modifikatsioon annab piiramatu tardlahuse; joonsiel 1.45b, lk 42 on faasidiagramm, kus madalatemperatuurne modifikatsioon annab piiramatu tardlahuse.
Esimesel juhul vastavalt joonisele 1.45a, lk 42 toodud faasidiagramille koosnevad kõik sulamid peale kristalliseerumist tardlahuse β kristallidest (komponendi B piiramatu tardlahus komponendis Aβ). Sulamites koostisega A-C kristalliseerub temperatuuri alanedes tardlahus β ümber tardlahuseks α (komponendi B piiratud tardlahus komponendis Aα). Allpool joont EC (polümorfse muutuse algtemperatuurid) koosneb sulam ainult tardlahuse α kristallidest; joon ED vastab polümorfse muutuse lõpptemperatuuridele. Joonte EC ja ED vahel on tasakaalus mõlemad tardlahused α ja β.
Teisel juhul vastavalt joonisel 1.45b, lk 42 toodud faasidiagrammile koosnevad kõik sulamid normaaltemperatuuril tardlahuse α kristallidest (komponendi B piiramatu tardlahus komponendis Aα), kõrgtemperatuurne modifikatsioon Aβ annab komponendiga B piiratud tardlahuse β. Joon CPD viitab peritektmuutusele.
Joonisel 1.46 on sulamite faasidiagrammid, mille mõlemal komponendil on kaks polümorfset modifikatsiooni (Aα ja Aβ ning Bα ja Bβ), kusjuures joonisel 1.46a, lk 43 on toodud faasidiagramm, kus kõrgetemperatuursed modifikatsioonid annavd piiramatu tardlahuse γ, madalatemperatuursed aga piiratud tardlahused α ja β; joonisel 1.46b, lk 43 on faasidiagramm, kus nii kõrgetemperatuursed kui ka madalatemperatuursed modifikatsioonid annavd piiramatud tardlahused (vastavalt β ja α).
Esimesel juhul (joonis 1.46a, lk 43) koosnevad kõik sulamid peale primaarset kristalliseerumist tardlahuse γ kristallidest. Temperatuuri alanedes kristalliseerub tardlahus γ ümber (laguneb) komponendi A või B madalatemperatuursete modifikatsioonide piiratud lahustuvusest tingituna tardlahusteks α ja β. Joon FEG on tardlahuse γ ümberkristalliseerumise (lagunemise) algjoon, joon FCEDG ümberkristalliseerumise (lagunemise) lõppjoon (tegemist on sekundaarse kristalliseerumisega). Temperatuuril TE toimub eutketmuutusega sarnane muutus, kuid lähtefaasiks pole mitte vedelfaas, vaid tardfaas. Erinevalt eutektmuutusest nim. seda muutust eutektoidseks ja tekkinud tardlahuste α ja β kristallide segu eutektoidiks. Sulameid , mis asetsevad punktist E vasakul, nim. alaeutektoidseteks; sulameid punktist E pareml aga üleeutektoidseteks. Eutektoidse, ala- ja üleeutektoidse sulami struktuur on joonisel 1.47, lk 43.
Teisel juhul (joonis 1.46b, lk 43) koosnevad kõik sulamid peale primaarset kristalliseerumist tardlahuse β kristallidest, peale ümberkristalliseerumist tardlahuse α kristallidest.
4.Faasid metalesis/ Fe-C sulameis:
Sulam – on aine, mis on saadud kahe- või enama komponendi kokkusulatamisel või paagutamise teel. Sulamit, mille põhikomponent (üle 50%) on metall, nim. metallisulamiks.
Sulami faas – on termodünaamilise sulamissüsteemi kõigi ühesuguse keemilise koostisega ja ühesuguste füüsikaliste omadustega osade kogum, mida süsteemi teistest osadest eraldab piirpind.
Metallisulami ehitus on keerukam puhta metalli ehitusest ja sõltub sellest, kuidas omavahel kristalliseerumisel sulamit moodustavad komponendid. Sulami komponendid võivad omavahel reageerida, moodustades keemilisi ühendeid , või vastastikku üksteises lahustuda, moodustades tardlahuseid. Kui keemilist reaktsiooni ega lahustuvust ei esine, võib struktuur koosneda üksikute komponentide mehaanilisest segust . Ehk siis kokkuvõtteks metallisulami faasid on tardlahused, keemilised ühendid või mehaanilised segud .
Faasid metalseis sulameis:
a)Tardlahused (α,β,γ)
Tardlahused metalseis sulameis on, kas asendustardlahused või sisendustardlahused . Tardlahusteks nim. sulaolekust moodustunud faase , kus üks komponentidest (lahustajakomponent) säilitab oma kristallvõre, teise (lahustunud) komponendi aatomid paigutuvad lahustaja komponendi kristallvõresse. Tardlahuste korral metalseis sulameis, mille faasidiagrammil on mõlemal komponendil kaks polümorfset kuju ja kõrgetemperatuurne modifikatsioon annab piiramatu tardlahuse γ ning madalatemperatuurne modifikatsioon annab aga piiratud tardlahused α ja β (joonis 1.46a, lk 43), tekib primaarsel kristalliseerumisel vedelfaasist (L) piiramatu tardlahus γ (L→γ) ning sekundaarsel ümberkristalliseerumisel tekib tardfaasist, olenevalt koostisest, kas α ja β tardlahuste kirstallide segu (γ→α + β) või piiratud tardlahused α ja β (γ→α) (γ→β).
Asendustardlahus (lahustuva komponendi aatomid asendavad lahustajakomponendi aatomied). Lahustuvus võib asendustardlahuste korral olla piiratud või piiramatu. Näiteks kui komponent A (lahustaja) ja komponent B (lahustunud) moodustavad piiratud tardlahuse α, siis see on B komponendi tardlahus komponendis A. Piiramatud (täielikud) tardlahused tekivad metallide korral, mille aatomiraadiused ei erine rohkem kui 15% ja mis omavad üht tüüpi kristallvõresid ( on isomorfsed) ja ligilähedased füüsikalis-keemilisi omadusi.
Sisendustardlahused (lahustuva komponendi aatomid paigutuvad lahustajakomponendi kristallvõre tühimikesse). Sellist lahustuvust nim. piiratud ehk mittetäielikuks. Sisendustardlahused tekivad metalli ja mittemetalli kui ka metallide vahel. Sisendustardlahused on alati piiratud lahustuvusega.
Raua polümorfsed kujud
α-raud(Feα) ruumkesendatud kuupvõrega (K8) ja γ-raud (Feγ) tahkkesendatud kuupvõrega (K12) (1392°C...911°C). Temperatuurid 911°C ja 1392°C on polümorfse muutuse temperatuurid.
Raua polümorfsete modifikatsioonide (α- ja γ-raua) vaba energia sõltub temperatuurist nii, et α-raua vaba energia on väiksem alla 911°C ja üle 1392°C, samal ajal kui γ-raua vaba energia on väiksem nende temperatuuride vahemikus. Seega on γ-raud stabiilne (püsiv) temperatuurivahemikus 911°C...1392°C, α-raud omakorda 911°C-st allpool ja 1392°C-st ülevalpool. Raua polümorfism ulatub ka tema sulamitesse, kusjuures sulami komponentide mõju raua omadustele põhineb suurel määral just komponentide mõjul raua polümorfsetele muutustele.
On veel olemas ka β-raud (Feβ), mis esineb temperatuuri vahemikus 1392°C... 1539 °C, kus asub ka α-raud, mis tähendab et tal on samasugune ruumkesendatud kuupvõre (K8) nagu α-raual.
b)Keemilised ühendid (AmBn)
Keemilist ühendit iseloomustab erinevalt tardlahusest komponentide kristallvõredest erinev kristallvõre, millele on omane komponentide aatomite korrapärane paigutus ja lihtne täisarvkordne aatomite arvude suhe.
Sõltuvalt kristallvõret kooshoidvatest sidemetest eristatakse kolme liiki keemilisi ühendeid:
1) elektrokeemilised ühendid, mis moodustuvad metalli ja hapniku vahel;
2) sisendusfaasid, mis moodustuvad üleminekugrupi metallide (Fe, Mn, Cr, Mo, W jt) ning mittemetallide (C, N, B, H) vahel;
3) elektronühendid, mis moodustuvad ühevalentsete (Cu, Ag, Au jt) või üleminekugrupi metallide (Mn, Fe, Co jt) ja kahe- kuni viievalentsete metallide (Be, Mg, Zn, Cd, Al) vahel.
Keemilisi ühendeid moodustavatest komponentidest lähtudes eristatakse oksiide, karbiide, nitriide, nitriide, intermetalliide jt.
AmBn on valem, millega üldjuhul võib väljendada kahest komponendist koosnevat keemilist ühendit.
c)Mehaanilised segud (E,e)
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 ühel ajal eraldunud faasid. Sellist kihilise ehitusega segu nim. eutektikumiks, kui see tekib vedelast lahusest selle krisatlliseerumise tulemusena, või eutektiodiks, kui ta tekib tardlahuse ümberkristalliseerumise või lagunemise tulemusena.
Praktiliselt aga ei esine üldse metalle , mis mis tardolekus teineteises absoluutselt ei lahustu. Seda juhtu võib vaadelda, kui lahustuvus on väga väike.
Lihtsamini seletatult mõisted eutektikum ja eutektoid :
Eutektikum – mehaaniline segu, mis tekib vedelfaasist konstantsel temeperatuuril kahe või enama faasi väljakristalliseerumise tulemusena ning mis koosneb faaside peentest kristallidest.
Eutektoid – segu, mis tekib tardfaasi konstantsel temperatuuril ümberkristalliseerumise (lagunemise) tulemusena.
Faasid Fe-C sulameis:
Raud moodustab süsinikuga rida metallseid faase: piiratud tardlahuseid ( ferriit , austeniit ,) ja keemilisi ühendeid (Fe3C jt) ning võib moodustada veel süsinikuga üleküllastunud feriidi ehk martensiidi ( martensiit – süsinikuga üleküllastatud tardlahus α- rauas ) (Feα(C)ülek). Toatemperatuuril on kõikide tasakaaluliste rauasüsinikusulamite struktuuriosadeks ferriit ja tsementiit , kõrgemal temperatuuril üle (üle 727°C) lisandub neile ka austeniit.
Raua moodustab süsinikuga ka mehaanilisi segusi, mis ei kuulu faaside alla (Le, P, B).
a)Tardlahused (F, A, M)
Ferriit(F) – on süsiniku tardlahus α-rauas. Tehakse vahet madaltemperatuurse ferriidi (α-ferriidi) ning kõrgtemperatuurse ferriidi(β-ferriidi) vahel. Esimene eksisteerib temeperatuurivahemikus 0°C...911°C, teine 1392°C...1539°C (tabel 2.2 lk 68).
α-ferriit- on sisendustardlahus, mis moodustub süsiniku aatomite paigutumisel α-raua ruumkesendatud kuupvõre tühikutesse, eelkõige tahkudel olevaisse. Kuna tühikute mõõtmed on tunduvalt väiksemad süsiniku aatomite läbimõõdust (tühikute maksimaalne läbimõõt 0,062 nm, süsiniku aatomi läbimõõt 0,154 nm), on süsiniku lahustuvus α-rauas äärmiselt väike: temperatuuril 727 °C 0.02%, toatemperatuuril ainult 0.01%. Feriit on sitke ja hästi deformeeritav nii kuumalt kui ka külmalt. Tema kõvadus toatemperatuuril on 60-90 HB. Külmdeformeerimisel kalestub ferriit nagu puhtad metallidki ja tema kõvadus kasvab märgatavalt. Ferriit on ferromagnetiline kuni Curie’ temperatuurini 768°C.
β-ferriit – kirstallvõre on ruumkesendatud kuupvõre nagu α-feriidilgi, kuid kuna ta eksisteerib tunduvalt kõrgemal temperatuuril kui α-feriit(temperatuuri vahemikus 1392°C...1539°C), siis maksimaalne süsiniku lahustuvus temas on 0,1%. Ta ei esine süsinikterase struktuuris sellistel temperatuuridel, millel terast termotöödeldakse või kasutatakse, mistõttu pakub väiksemat huvi.
Austeniit(A) – on samuti raua ja süsiniku sisendustardlahus; süsiniku aatomid on asetunud γ-raua tahkkesendatud kuupvõre aatomivahelistesse tühikutesse. Tühikute mõõtmed võrreldes ruumkesendatud kuupvõrega on suuremad (suurim läbimõõt 0,102 nm), millest tuleneb süsiniku palju suurem lahustuvus γ-rauas võrreldes α- rauaga – kuni 2,14% temperatuuril 1147°C (tabel 2.2, lk 69).
Kuigi austeniit pole stabiilne madalatel temperatuuridel (alla 727°C), võib ta säilida kiirel jahtumisel suure süsinikusisaldusega terastes ka toatemperatuuril. Suurest C-sisaldusest tulenevalt on austeniidi kõvadus feriidi kõvadusest suurem, näiteks C-sisaldusele 1,5% vastab kõvadus 150 HB. Nagu teisedki tahkkesendatud kuupvõrega metallid on austeniit sitke ja hästi deformeeritav nii kuumalt kui ka külmalt. Austeniit on mittemagneetiline.
Väga kiire jahutamisega on võimalik vältida austeniidi lagunemist, mille tulemusena toatemperatuurile lähedastel temperatuuridel muutub austeniit süsinikuga üleküllastunud feriidiks ehk matrensiidiks (M).
Martensiit (M) – süsiniku üleküllastatud tardlahus α-rauas (Feα(C)ülek). Maksimaalne süsinikusisaldus on võrdne lähtefaasi – austeniidi süsinikusisaldusega. Martensiit on ebastabiilne faas, mis kaob struktuurist kuumutamisel.
b)Keemilised ühendid (Fe3C)
Tsementiit (T) – ehk raudkarbiid (Fe3C) on raua ja süsiniku keemiline ühend, mis sisaldab 25 aatomprotsenti ehk 6,67 massiprotsenti (%) süsinikku. Ebastabiilse faasina laguneb ta kõrgetel temperatuuridel (üle 1300°C), nii et tal ei ole sõna otseses mõttes kindlat sulamistemperatuuri. Kuna C-aatomi läbimõõt on 63% Fe-aatomi läbimõõdust, muutub tsementiidi korral kristallvõre rombiliseks (joonis 2.5, lk 71). Kristallvõre koosneb reast teatud nurga all paiknevast oktaeedrist, mille keskmes paikneb C-aatom. Kuna iga raua aatom kuulub ühe ajal kahele oktaeedrile, siis kõigi oktaeedrite süsinikuga täitmise korral kehtib suhe Fe/C = 3/1. Siit tulenevalt ei ole tsementiidi kristallvõres nihkepindu ja seetõttu on tsementiit habras ja väga kõva (820 HB), kõige kõvem süsinikterastes esinevatest faasidest .
c)Mehaanilised segud (Le, P, B)
Ledeburiit (Le) – on eutektne segu süsinikusisaldusega 4,3%, mis tekib vedelfaasi kristalliseerumisel temperatuuril 1147°C. Kuni temperatuurini 727°C koosneb ledeburiit (Le) austeniidist (A) ja tsementiidist (T) alla 727°C feriidist (F) ja tsemendiisist (T). Tsementiit moodustab ledeburiidis ühtse maatriksi. Sel põhjusel on ledeburiit samuti kui tsementiitki kõva ja habras, mille tõttu ledeburiiti sisaldavad sulamid pole surve töödeldavad. Neid tuntakse valgemalmidena ja kasutatakse valandite valmistamiseks.
Perliit (P) – on feriidi (F) ja tsementiidi (T) eutektoidne segu süsinikusisaldusega 0,8%, mis tekib austeniidi (A) lagunemisel selle aeglasel jahutamisel alla 727°C. Austeniidsit eutektoidmuutuse tulemusena tekkinud perliit (P) on kihilise struktuuriga – vaheldumisi paiknevad feriidi ja tsementiidi lamellid (joonis 2.9, lk 75), kusjuures perliidis (P) oleva feriidid (F) kogus ületab tsementiidi (T) koguse, mistõttu tegemist ferriidse maatriksiga, mis on pidev struktuuri ulatuses. Kuna ferriit on hästi survetöödeldav ning on ühtlasi perliidi põhimassiks, siis on perliitki sitke ja survetöödeldav, kuigi märgatavalt kõvem kui ferriit.
Allajahutmaisel temperatuurideni 400°C...500°C ja enam moodustub eutektoidmuutuse tulemusena austeniidist disspersem ferriidi ja tsementiidi segu, mis on tuntud beiniidina (B).
Beiniit (B) – on feriidi ja tsementiidi peen eutektoidne segu süsiniku sisaldusega 0,8%, mis tekib austeniidi lagunemisel selle allajahutamisel temperatuurivahemikus 400°C...500°C.
Faasimuutused üldiselt/ Fe-C sulameis (sisu, skeem)
Faasimuutused
Vedelas olekus lahustub enamik metalle üksteises piiramatult, moodustades ühtlase vedellahuse. Ainult üksikud metallid, näitkes raud ja tina, vask ja tina, ei lahustu vedelas olekus märkimisväärselt, moodustades kaks erinevat vedefaasi kihti.
Sulamite üleminek vedelfaasist tahkesse toimub nagu puhastel metallidelgi teatud allajahutamise korral, kui tardfaasi vaba energia (Gibbsi energia) on väiksem vedelfaasi vabast energiast (joonis 1.21, lk 24). Kristalliseerumine tähendab kristallisatsioonikeskmete tekkimist ja nende järgnevat kasvu.
Vedelfaasist tekkivad tardfaasid erinevad koostiselt vedelast lähtefaasist. Seetõttu on püsivate kristallisatsioonikeskmete tekkimiseks vaja koostise kõrvalekaldeid sulami keskmisest koostisest vedelfaasi mikromahtudes. Sellised erineva koostisega alad (mikromahud) tekivad vedelfaasis aatomite difuusse liikumise tagajärjel ja kui nende maht ületab kriitilise , tekivad püsivad kristallisatsioonikeskmed, mis on võimelised kasvama. Vedelfaasis olevad lisandid (modifikaatorid) soodustavad suure arvu kristallisatsioonikeskmete tekkimist.
Paljudes sulamites esinevad faasimuutused ka tardolekus – leiab aset ümberkristalliseerumine. See võib olla põhjustatud polümorfsetest muutustest või tardfaasi lagunemisest. Tardolekus faasimuutustel tekivad uu(t)e faasi(de) kristallisatsioonikeskmed, millele järgneb nende kasv.
Faasimuutused üldiselt sulameis (sisu, skeem)
a)Eutektmuutus (L→A+B) – on vedelfaasi kristalliseerumine konstantsel ja võimalikest sulamitest kõige madalamal kristalliseerumis temperatuuril, lähtefaasiks on alati vedelfaas (joonis 1.40a, lk 38 – joonisel punkt E näitab eutektmuutuse kohta.)
L→A+B seletus: sulamit, mis kristalliseerub eutektmuutuse korral ühel ajal kaheks faasiks (antud juhul tardlahusteks A ja B) nim eutektseks.
b) Eutektoidmuutus (γ→α+β) – on sarnane eutektmuutusega, kuid lähtefaasiks on alati tardfaas. Eutektoidmuutus on tardfaasi ümberkristalliseerumine konstantsel ja võimalikest tardlahustest kõige madalamal ümberkristalliseerumis temperatuuril. Eutektoidmuutus saab toimuda ainult siis, kui lähtefaasiks olev tardlahus on ühefaasiline ehk ta ei koosne kahe tardlahuse kristallide segust (mehaaniline segu), vaid on faas kus üks komponent on teises täielikult lahustunud (kehtib piiratud ja piiramatu lahustumise korral).
γ→α+β seletus: tardlahuse γ ümberkristalliseerumisel eutektoidmuutuse korral tekib tardlahuste α ja β kristallide segu, mida nim eutektoidiks.
Faasimuutused Fe-C sulameis (skeem, sisu)
a)Eutektmuutus (L→A+T) – Fe-C sulameis on eutektmuutuseks vedelfaasi (L) süsinikusisaldusega 4,3% (C=4,3%) kristalliseerumine temperatuuril 1147°C austeniidi (A) ja tsementiidi (T) kristallide seguks ehk ledeburiidiks (Le).
b)Eutektoidmuutus (A→F+T) – Fe-C sulameis on eutektoidmuutuseks tardlahuse austeniit (A) süsinikusisaldusega 0,8% (C=0,8%) ümberkirstalliseerumine temperatuuril 727°C ferriidi (F) ja tsementiidi (T) kristallide seguks ehk perliidiks (P).
c)Austeniitmuutus (P→A) – Sarnaselt rauasüsinik sulamite jahutamisel toimuvate muutustega toimuvad faasi muutused sulamite struktuuris ka kuumutamisel üle faasi piiride AC1 ja AC3 (joonis 2.30, lk 92). Kuumutades terast üle temperatuuri AC1, leiab aset perliit muutusele vastupidine muutus, mille tulemusena tekib austeniit. Sellist muutust nim austeniitmuutuseks ehk austenitisatsiooniks.
P→A seletus: eutektoid terast süsinikusisaldusega 0,8% ehk perliiti(P) (P=F+T) kuumutades üle 727°C tekib austeniitmuutusel tulemusena tardlahus austeniit (F+T→A).
d)Martensiitmuutus (A→M) – austeniidi lagunemine feriidi ja tsementiidi seguks eeldab süsiniku difusiooni, mistõttu see võib toimuda ainult kõrgetel temperatuuridel ja teatava ajavahemiku jooksul. Kui jahutada terast kiiresti madalate temperatuurideni (200°C...300°C), siis difusiooniprotsessi ei toimu ja peatub ka austeniidi lagunemine. Sel juhul jääb austeniit metastabiilsena püsivaks ja muutub süsinikuga üleküllastunud ferriidiks ehk martensiidiks – leiab aset martensiitmuutus -, mille süsinikusisaldus on võrdne lähteausteniidi sisaldusega.
Süsiniku difusioon Fe-C sulameis tähendab süsiniku ja raua segunemist, mis saab toimuda kõrgetel temperatuuridel ja teatava aja jooksul. Seega kui terast kiiresti jahutada madalate temperatuurideni ei saa süsinik täielikult lahustuda ja tekib süsinikuga üleküllastunud ferriit ehk martensiit.
A→M seletus: martensiidi saamiseks tuleb takistada austeniidi lagunemist feriidiks ja tsementiidiks ehk takistada süsiniku lahustumist rauas. Selleks tuleb kiiresti jahutada terast madalate temperatuurideni, et saaks toimuda martensiitmuutus, mille tulemusena tekib üleküllastunud süsinikusisaldusega ferriit ehk martensiit.
6.Teraste/ Malmide struktuurid
Teraste struktuurid
a)alaeutektoidterased - C˂0,8%. Struktuur koosneb ferriidist ja perliidist. Süsinikus sisalduse 0,2% (C=0,2%) korral on ferriidi ja perliidi koguste suhe (F)/ (F+T) = (0,8-0,2)/ (0,2- 0,02) ≈ 3/1. Suurematel jahtumis kiirustel, mil austeniidi lagunemine ei toimu täielikus vastavuses tasakaaloolekule, moodustub struktuuri rohkem perliiti, kui seda näeb ette tasakaal. Struktuuriosade tekketemperatuurid alaeutektoidterastes: perliit (P) tekib alla 727°C ja ferriit (F) tekib 911°C, kui süsinikusisaldus sulamis on 0,01%.
b) eutektoidteras – C=0,8%. Struktuur on 100% perliit. Praktikas ettetulevatel jahtumiskiirustel moodustub perliitstruktuur ka eutektoidsest süsinikusisaldusest pisut erinevatel koostistel. Struktuuriosa tekketemperatuur eutektoidterases: perliit (P) tekib alla 727°C.
c)üleeutektoidterased – 0,8% ˂ C ≤2 ,14%. Struktuur koosneb perliidist (P) ja sekundaartsemntiidist (T’’). Kuna sekundaartsementiit eraldub austeniidist terade piiridel, siis moodustub tsementiidivõrk austeniiditerade või jahutatuna allpool eutektoidmuutuse joont A1 perliiditerade vahel. Struktuuriosade tekketemperatuurid üleeutektoidterastes: perliit (P) tekib alla 727°C ja sekundaartsementiit (T’’) tekib temperatuurivahemikus 1147°C...727°C.
Malmide struktuurid
a)alaeutektmalmid – 2,14% ˂ C ˂ 4,13%. Tardumise lõppedes koosneb vedelfaasist sündinud struktuur austeniidist ja ledeburiidist (Le). Temperatuuri langedes eraldub austeniidist sekundaartsementiiti (T’’) ja ülejäänud osa austeniidist laguneb eutektoidmuutuse temperatuuril perliidiks. Aegalse jahtumise tulemusena koosneb seega struktuur toatepmeratuuril perliidist, ledeburiidist ja sekundaartsementiidist (T’’). Struktuuriosade tekketemperatuurid alaeutektmalmides: perliit (P) tekib alla 727°C, sekundaartsementiit (T’’) tekib temperatuurivahemikus 1147°C...727°C ja ledeburiit (Le) tekib 1147°C.
b)eutektmalmid – C = 4,3%. Tardumise tulemusena tekib ainult ledeburiit ja selle austeniitne osa laguneb eespool kirjeltaud kujul temperatuuri langedes. Struktuuriosa tekketemperatuur eutektmalmis: ledeburiit (Le) tekib 1147°C, kus ta koosneb austeniidist ja tsementiidist ja alla 727°C koosneb feriidist ja tsementiidist, sest austeniit laguneb 727°C juures ferriidiks ja tsementiidiks.
c)üleeutektmalmid – C ˃ 4,3%. Struktuur koosneb primaartsementiidist (T) ja ledeburiidist. Struktuuriosade tekkimistemperatuurid üleeutektmalmides: primaartsementiit (T) tekib olenevalt süsiniku sisaldusest, näiteks süsinikusisaldusega 6% tekib 1400 °C ja ledeburiit (Le) tekib 1147°C juures.
6.a Teraste termotöötlus: Tkar, struktuurid
Teraste termotöötlus.
Termotöötluse eesmärgiks on metalli omaduste muutmine struktuuri muutmise teel. Terase struktuuris oleva lagunemisel tekkivate struktuuride mitmekesisus teeb võimalikuks teraste omaduste laia varieerumise nende termotöötlemisel. Termotöötemise teel võib muuta nii terase mehaanilisi, tehnoloogilisi kui ka talitus omadusi. Termotöötluse sisukohalt huvitab meid faasidiagrammi alumine vasak nurk ( kuni süsiniku sisalduseni 2,14%).
Teisalt tulevad termotöötluse seaduspärasused austeniid isotermilise lagunemise diagrammist.
Terase survetöötlusmooduste liigitus.
Terast kasutatakse otsevalatult harva. Tavaliselt allutatake teras enne kasutamist kuumsurvetöötlusele, mis jääb ka sageli ainasaks ja viimaseks peale valamist ja enne kasutamist. Kuumtöötluse käigus vabanevad terases tekkinud sisepinged, tühimikud keevituvad kinni, teras ei kõvene, austeniidi tera peeneneb.
Kuumtöötluse ülemiseks piiriks on solidustemperatuur, alumiseks aga rekristallisatsioonitemperatuur.
Solidusjoone asukoht sõltub aga süsiniku- legeerivate elementide ja muude lisandite sisaldusest valandeis .Need lisandid võivad alandada sulamistemperatuuri sedavõrd, et teras võib hakata osaliselt sulama eriti juhul kui struktuuris esineb ledeburiit. Seda asjaolu tuleb eelkõige silmas pidada suure süsinikusisaldusega teraste korral- solidustemperatuur võib olla alanenud kuni eutektse temperatuurini. Et seda vältida peab kuumtöötluse algtemperatuur olema mitte üle eutektse temperatuuri, seeosas alla 1100 kraadi. Sammuti võivad kõrgetel temperatuuridel suurest difusiooni kiirusest tingituna sündida struktuuris nimetamisväärsed konsentratsiooni erinevused. Terase kuumtöötlemisel on oksüdeerumise(põlemise) seisukohalt määravaks ka temperatuur millest alates algab tagi ( raudoksiidi) moodustumine. Terase pinnal tekib pikaajalise ja kõrgetel temperatuuridel kuumutamisel paks tagikiht, mille kõrvaldamine on kulukas , rääkimata terase hävimisest.
Alaeutektoid teraseid kuumutatakse kuumtöötlemisel faasipiiri AC3 lähedastel temperatuuridel, et säiliks austenniidi pärilikult peeneteraline struktuur. Terase kuumutamine tunduvalt kõrgemale faasipiirist AC3 toob kaasa austenniiditera kasvu, millega omakorda kaasneb jahutamisel ebasoovitava jämedateralise struktuuri teke. Oht on suurem massiivsete ja paksude toodete töötlemisel millal valitakse tavaliselt kõrgem temperatuur. Sellest on ka osaliselt põhjustatud suurte toodete madalamad mehaanilised omadused võrreldes väikeste ja õhukeseseinalistega.
Külmsurvetöötlus
Külmsurvetöötlus on selline töötlemine, mis viiakse läbi rekristallisatsiooni- ja toatemperatuuri vahel. Mida kõrgem temp seda väiksemate töötlemisvõimsustega saavutatakse vastavad mehaanilised omadused.
Teraste lõõmutus
Lõõmutus on niisugune termotöötlemise viis kus terast kuumutatakse üle faasimuutuste AC1 ja AC3 või üle rekristallisatsiooni temp’i ja sellele järgneb aeglane jahutamine ahjus. Aeglane jahutamise lõõmutamisel peab kindlustama austenniidi lagunemise perliidiks. Lõõmutamise on tavaliselt esmane termotöötluse viis, mille eesmärgiks on kas kõrvaldada kuumtöötluse eelmiste operatsioonide (valamise, sepistamise jne) defekte, või valmistada struktuuri ette järgnevateks operatsioonideks (näiteks lõiketöötlemiseks või karastamiseks). Üsna sageli on aga lõõmutamine lõplikuks termotöötlemise viisiks ja seda siis, kui lõõmutatud terase mehaanilised omadused rahuldavad, pole vaja edasist parendamist(karastamist ja noolutamist ). Lõõmutuse peaeesmärk on vajalike omaduste tagamine terase ümberkristalliseerumise ja sisepingete kaotamise tagajärjel. Selleks kasutatakse difusioon-, täis-, pool- ja madalnoolutust.
Difusioonlõõmutus
Difusioonlõõmutust ehk homogeniseerimist kasutatakse eelkõige legeerterastest valublokkide ja valandite keemilise koostise ühtlustamiseks. Keemilise koostise ühtlustamiseks kuumutatakse valandeid kõrgete temperatuurideni, mille juures keemiliste elementide aatomite likviitsus (difusioonikiirus) on suur.Sellise difusiooni tulemusena ühtlustub valubloki ja valandi keemiline koostis. Et tagada aatomite vajaliku difusioonikiirust, lõõmutatakse teraseid temperatuuril kuni 1100 kraadi, seisutusaeg 10-20h. Kuumutustemperatuurideni 1000 kuni 1100 ja pikajaline seisutus sellel põhjustavad austenniiditera tunduvat kasvamist- struktuur muutub jämedateraliseks. Enamasti peale difusioonlõõmutust on nõutav täiendav termotöötluse operatsioon struktuuri parandamiseks( täis- või poollõõmutus).
Täislõõmutus
Täieliku lõõmutamise ehk täislõõmutamise eesmärk on sepiste ja valandite struktuuri peenendamine ning sisepingete eemaldamine( eelkõige alaeutektoidterased). Täislõõmutusel kuumutatakse terast üle faasipiiri AC3, millele järgneb aeglane jahutus. Alaeutektoid teraste feriit-perliidi struktuur muutub kuumutamisel austeniidiks ning jahutamisel tekib ümberkristalliseerumisel austeniidist uuesti feriit ja perliit. Terase kuumutamisel üle faasipiiri AC3 tekivad perliidis kõigepealt peened austeniidi kristallisatsiooni keskmed, mis vastavalt temperatuuri tõusule järjest kasvavad. Kui temperatuuri tõsta ainult 30...50 kraadi üle AC3 ja hoida sepist või valandit sellel temperatuuril siis ei kasva austeniiditera suureks. Jahutades nüüd terast alla faasipiiri AC1 saame ühtlase ja korrapärase ferriitperliit struktuuri.
Poollõõmutus
0.5% st suurema süsinikusisaldusega teraste kuumtöötluse ja normaliseerimise tulemusena moodustub struktuur, mis on liiga kõva nii külm-, kui ka lõiketöötluseks. Seliste teraste puhul kasutatakse mittetäieliku lõõmutamist e. Poollõõmutamist e. Pehmelõõmutamist, kuna sellise lõõmutamise eesmärk on teraste kõvaduse vähendamine ja plastsuse suurendamine . Selle tulemusena saadakse üleeutektoidteraste struktuuris terajad tsementiidi osakesed. Eriti oluline on selliste karbiidi osakestega struktuur kiirlõike- ja kõrglegeerteraste korral. Poollõõmutust kasutatakse kõrgsüsinikteraste sisepingete kaotuseks, kõvaduse vähendamiseks , plastsuse suurendamiseks ja lõiketöödeldavuse parandamiseks. Selle käigus kuumutatakse terast tavaliselt üle faasipiiri AC1 millele järgneb aeglane jahutus. Praktiliselt erinevad need temperatuurid mõnevõrra ala- ja üleeutektoidterastel.
Alaeutektoidteraseid poollõõmutatakse tavaliselt AC1 temperatuurile lähedastel temperatuuridel. Sellise lõõmutuse tulemusena pürgivad perliidis olevad tsementiidiosakesed terastuma. Lõõmutuse aega reguleerides on võimalik saada struktuur kus osa tsementiiti on muutunud terajaks, see tähendab struktuur pole pehmenenud koguulatuses. Sagedamini kasutatakse aga eespool vaadeldud täislõõmutuse asemel termotöötlust, mis seisneb kuumutamisel üle AC3 ja kiiresti alajahutamisel 500..600 kraadini edasise aeglase jahutamisega toatemperatuurini. Teraja struktuuri saamiseks võib täislõõmutusele eelneda lühiajaline terajate karbiidide teket soodustav eelnev seisutus temperatuurist AC1 veidi allpool.
Üleeutektoidteraste poollõõmutus
Üleeutektoidteraste poollõõmutust nimetataske ka sferoidiseerivaks lõõmutuseks ehk sferoidiseerimiseks, sest see on teraja tsementiidiga sferoidaalse struktuuri saamise põhiliseks viisiks. Selline struktuur tekib ainult juhul, kui kuumutada üle faasipiiri AC1(740-800 kraadi) 2-4h (kõrgem lõõmutustemperatuur põhjustab lamellperliidi teket). Kuumutamisele järgneb aeglane jahutamine koos ahjuga ( ca 20 kraadi tunnis) kuni temperatuurni 600 kraadi ( edasi toatemperatuurini juba õhus). Poollõõmutatud terase struktuur koosneb teraperliidist ehk sferoidiidist - feriidi põhimassist ja teralisest tsementiidist. Üleeutektoid terase sferoidiseerivat lõõmutust reguleeritakse kuumutustemperatuuri,- aja ja jahutuskiirusega. Madal kuumutustemperatuur viib sferoidiseerimis protsessi liiga pikaks, liiga kõrge kuumutustemperatuur põhjustab tsementiidi täieliku eraldumise austenniidist, mis hilisemal jahutamisel soodustab lamellperliidi teket, sama tulemus on ka siis, kui jahutamiskiirus kuni temperatuurini 600 kraadi on liiga suur. Seega saab jahutamiskiiruse valikuga mõjutada terase kõvadust ja teisi omadusi. Tööriistaterase teraline struktuur tagab selle hea lõiketöödeldavuse ja karastamisel väikese kalduvuse ülekuumenemisele. Poollõõmutus võrreldes täislõõmutusega on majanduslikult otstarbekam, sest kuumutatakse madalamate temperatuurideni.
Madallõõmutus
Erinevate töötluste tulemustena jäävad detailidesse pinged . Makropinged tekivad külmtöötlusel, see tähendab kalestumisest plastsel töötlusesl, tavaliselt aga valandite ja keevisõmbluste kiirel jahutamisel. Termopinged tekivad detaili eri osade vahel temperatuuri erinevusest jahtumisel, faasipinged aga faasimuutusest. Kõik seda liiki pinged avaldavad mõju detaili omadustele. Üldjuhul on need ebasobivad, kutsudes esile purunemist, mis on avariide põhjuseks. Selliste pingete vältimiseks kasutatakse madaltemperatuurset lõõmutust ehk madallõõmutust. Sellist lõõmutust kasutatakse tavaliselt siis, kui terase algstruktuur on sobiv ja puudub vajadus faasilise ümber kristalliseerumisega lõõmutuse järele.
Terast madallõõmutatakse allpool faasipiiri AC1 tavaliselt temperatuuril 500-650 kraadi kestuseda 1h - 25mm läbimõõdu kohta ja jahutatakse seejärel aeglaselt tavaliselt koos ahjuga. Sisepinged alanevad pikaajalise lõõmutuse tagajärjel ja seda põhjalikumalt, mida kõrgemal temperatuuril lõõmutus toimub. 650 kraadi + täheldatakse perliidi terastumist ja terase pehnenemist, temperatuuril AC1+ leiavad aset faasimuutused ja tekivad struktuurid kooskõlas raua faasidiagrammiga. Aeglane jahtumine tagab sisepingete vältimise. Paksuseinaliste valandite korral on kasulik normaliseerida pärast madallõõmutust. Sel juhul jahutatakse valandit aeglaselt temperatuurist 650-600 kraadi allpool, kusjuures säilib struktuur, millele püüeldakse normaliseerimisel. Selleks paigutatakse valand normaliseerimistemperatuurilt ahju(600-650 kraadi) jahutades seejärel valandit termopingete vältimiseks koos ahjuga temperatuurini 200 kraadi. Termopinged tekivad ka suurte ja paksuseinaliste detailide kiire ja ebaühtlase kuumutamise korral, see oht on suur eriteraste ja sulamite korral, mille soojusjuhtivus on väike(suur temp. vahe detaili eriosade vahel). Pingete vältimiseks kuumutatakse detail aeglaselt temperatuurini 600 kraadi.
Madallõõmutuse üheks liigiks on rekristalliseeriv lõõmutamine ehk rekristallisatsiooni lõõmutus. Mida kasutatakse plastse külmdeformatsiooni tagajärjel tekkinud kalestuse kõrvaldamiseks. Terast kuumutatakse faasipiirist AC1 veidi madalamate temperatuurideni (kuni 650...700 kraadi) seisutatakse sellel tempil ja jahutatakse aeglaselt. Metallis toimub sekundaarne kristalliseerumine. Deformeeritud terade piiridel tekivad uued kristallisatsiooni keskmed millest moodustuvad uued terad . Vanade terade asemele tekivad uued võrdkülgsed terad ning deformeerunud struktuur kaob. Taastub metalli esialgne struktuur. Feriidi rekristalliseerumise tulemuseks võib olla üsna suur tera kui terase lõõmutamisele on eelnenud plastne deformatsioon 5-15% ulatuses. Seega tuleb peeneteralise struktuuri saamiseks vältida nimetatud deformatsiooni astmeid. Seepärast ei saa rekristallisatsiooniprotsessi kiirendamiseks rekristallisatsioonlõõmutust asendada normaliseerimisega eriti madalsüsinikteraste korral, ehkki mõlemad vähendavad terase kõvadust. Rekristallisatsioonlõõmutust võib asendada normaliseerimisega juhul, kui tegemist pole kriitilise deformatsiooniastmega.rekristallisatsiooni lõõmutust kasutatakse märkimisväärse osa teraste sortimendi, seeosas külmvaltsteraspleki korral ( tsirka 15% kõigist toodetavaist terastest), aga ka kuumvaltsitud ja tõmmatud teraste korral kui protsessi lõpptemperatuur on 600 kraadi juures.
Terase normaliseerimine
Jämedateralist austenniidi stuktuuri võidakse parandada termotöötluse teel mida nim normaliseerimiseks. Normaliseerimise korral kuumutatakse terast 30-50 kraadi 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 keevitusõmbluste jämedateralise struktuuri peeneteralisemaks. Normaliseerimine on lõõmutamisega võrreldes odavam termotöötluse moodus , sest ahju kasutatakse ainult kuumutamiseks ja seisutamiseks antud temperatuuril, jahutamine toimub õhus. Kuna lõõmutatud ja normaliseeritud madalsüsinik- ja madallegeerteraste omadustel pole erilist vahet, seetõttu eelistatakse normaliseerimist. Kesksüsinik terastel (0.3-0.5% c) on see erinevus suurem, seetõttu alati ei saa asendada normaliseerimisega. Küll aga võidakse asendada parendamise korral normaliseerimisega. Võrreldes lõõmutatud olekuga annab normaliseerimine terasele suurema tugevuse, kuid võrreldes parendatud olekuga on normaliseeritud teras mõnevõrra väiksema plastsuse ja sitkusega. Mittevastutusrikaste keskkoormatud detailide korral tavaliselt normaliseeritakse, vastutusrikaste raskkoormatud detailide korral peaks eelistama parendamist. Normaliseerimise tulemusena muutub teras peeneteralisemaks, tugevus ja kõvadus on suurem kui lõõmutatud terastel. Normaliseerimist kasutatakse terase lõiketöödeldavust parandamiseks ning sageli karastamise eeloperatsioonina. Üleeutektoidteraste (ka tsementiiditud teraste) normaliseerimisel kaob tsementiidivõrk.
Terase karastus
Karastamiseks või karastuseks nim termotöötluse viisi, mille tulemusena saadaks ebastabliilne martensiidistruktuur. Eristatakse mitmeid karastusviise: tava-(detaili kuumutamisega kogu ualtuses), pindkarastust, laus-(jahutamisega kogu detaili ulatuses) ja kohtkarastust jt.
Terase tavakarastus
Tavakarastamine ehk tavakarastus eeldab järgmisi etappe:

• terase kuumutamine üle faasipiiride AC1 või AC3, et tagada lähtestruktuuris vajaliku austenniidi teket.
  
• Seisutamine sellel temperatuuril, et tagada kogu detaili ulatuses antud temperatuurile vastava homogeense struktuuri teke.
  
• Jahutamine kiirusega, mis on karastatava terase kriitilisest jahutamiskiirusest suurem, et vältida austenniidi laguproduktide(tsementiidi ja ferriidi) teket.
  

Kuumutus
Karastustemperatuuri valik
Terase karastustemperatuur valitakse sõltuvalt faasipiiridest AC1 ja AC3.
Mittelegeerteraste karastustemperatuuri valikul on algseks raua ja süsiniku faasidiagrammi teraste osa. Selle järgi võetakse alaeutektoidteraste karastustemperatuur tavaliselt 30-50 kraadi üle faasipiiri AC3(täiskarastus), üleeutektoidterastel 30-50 kraadi üle AC1(poolkarastus). Alaeutektoidteraste karastustemperatuuri valikul on lähtutud asjaolust, et nende teraste karastamisel üle faasipiiri AC1 kuid alla faasipiiri AC3 säilib struktuuris kõrvuti martensiidiga ka ferriit, mis vähendab terase kõvadust peale karastust ja halvendab mehaanilisi omadusi peale noolutust .
Üleeutektoidterastel on seevastu optimaalne karastustemperatuur faasipiiride AC1 ja Acm vahel, lähtudes kahest asjaolust:
1) karastades terast üle faasipiiri AC1, säilib struktuuris martensiidi kõrval sekundaarne tsementiit, mis suurendab terase kõvadust.
2) kuumutades aga terast üle faasipiiri Acm(täiskarastus), jääb struktuuri peale karastamist märkimisväärne kogus jääkaustenniiti. Sellise kuumutuse korral on ka austenniidi tera kasvu oht, mis omakorda põhjustab jämedateralise austenniidi teket ja karastatud terase haprust, aga ka süsiniku väljapõlemist. Need asjaolud vähendavad terase kõvadust.
Kuumutuskiirus
Kuumutuskiirus on oluline temperatuuri ühtlustamise seisukohalt kogu ristlõike ulatuses ja sellega kaasneva struktuuri homogeniseerimisega. Kuumutuskiirusest sõltub eelkõige karastamise kestus, sellest aga omakorda protsesside maksumus, mistõttu kuumutuskiirust on otstarbekas suurendada. Kuumutamise kiirendamiseks on mitmesuguseid viise vedelkeskkondades(sula plii, sula keedusool) kuumeneb metall kiiremini kui gaasikeskkondades ja ahjudes. Ühtlane igakülgne detaili kuumutamine soodustab tema kiiremat kuumutamist. Kui detaili pinna kuumenemine sõltub detaili ümbritsevast keskkonnast, siis edasine detaili läbikuumenemine sõltub tema ristlõikest ja tema soojusjuhtivusest.
Kuumutuskeskkonna mõju
Detaili kuumutamisel elektriahjus õhus või muus gaasilises keskkonnas leiab aset vastastikune keemiline reaktsioon metalli pinna ja ümbritseva keskkonna vahel, kusjuures oluline tähtusus on kahel protsessil:
1)terase süsiniksisalduse vähenemisel pinnakihis sealt süsiniku väljapõlemise tagajärjel(C+O2->CO2)
2) terase oksüdeerumisel selle pinnal raudoksiidi ehk raudtagi tekkega( 2Fe+ O2 -> 2FeO)
Terase oksüdeerumine ja süsiniku väljapõlemine sõltuvald kuumutustemperatuurist- kestusest ning terase ja ümbritseva kekkonna koostisest. Kuna terase oksüdeerumine ja süsiniku väljapõlemine on difuussed protsessid, siis kiirenevad need eelkõige temperatuuri tõusuga.
Ahju atmosfääris tekivad olenevalt keskkonnast mitmesugused gaasid ( CO2, CO, O2, H2, H2O, N2, CH4 jt), mis mõjuvad terasele mitmeti. H2 vähendab süsinikusisaldust, CO2 oksüdeerub, O2 ja H2O oksüdeeruvad ja väähendavad susiniku sisaldust, CO ja CH4 suurendavad süsiniku sisaldust. Terase kuumutamisel on vaja luua keskkond kus vastupidised reaktsioonid taandavad üksteist. Neutraalse keskkonna saamiskes ahjus on vaja, et oleks kindlas vahekorras süsiniku sisaldust suurendavad, oksüdeerivad ja süsiniku silaldust vähendavad taandavad gaasid sõltuvalt kuumutustemperatuurist ja süsiniku sisaldusest. Et oleks kindel suhe CO2/CO, H2O/H2, CH4/H2 jt vahel. Sel otstarbel kasutatakse kontrollitava keskkonnaga kuumutusahjudes (nn helekarastuse korral) vajaliku koostisega gaasisegude saamiseks eriseadmeid või oksüdeerimise ja süsiniku väljapõlemise vältimiseks kuumutamist sulasoolades.
Jahutus
Terase karastamisel martensiidistruktuuri saamiseks on austenniit kiirelt allajahutada martensiidimuutuse temperatuuri vahemikus 550-650 kraadi, kus austenniit on vähima stabliilsusega- ta laguneb suhteliselt kiiresti ferriidi ja tsementiidi eutektseguks. Austenniidi lagunemine sõltub ka terase koostisest. Nendest mõjuritest sõltub terase karastamisel kriitiline karastuskiirus. Temperatuuridel üle 650 kraadi võib terast jahutada aeglasemalt, kuid mitte nii aeglaselt, et leiaks aset austenniidi lagunemine. Vahemik 650-400 kraadi tuleb läbida kiiresti, kuna selles vahemikus on austenniit vähima stabiilsusega. Alla 400 kraadi on austenniit jälle suhteliselt stabliilne ning terast võib uuesti jahutada aeglasemalt( mõningate legeerteraste korral võib temp. vahemikus 400-300 kraadi austenniidi lagunemine kiireneda, mistõttu neid tuleb ka selles piirkonnas kiiremini jahutada). Martensiidi tekkepiirkonnas ( alla 300-200 kraadi) on soovitav terast jällegi sisepingete vältimiseks terast aeglaselt jahutada.
Eeltoodust tulenevalt on oluline, millist mõju avaldavad jahutusvedelikud kahes temp vahemikus:
1)550-650 kraadi mil on soovitatav austenniidi kiire jahutamine selle lagunemise vältimiseks. Mida kiirem jahutus, seda rohkem tekib martensiiti ja seda suurem kõvadus saavutatakse.
2) 200-300 kraadi, mille martensiiditekkest tingituna on soovitatav aeglasem jahutus. Mida aeglasem jahutus seda väiksem on kalduvus karastuspingete ja pragude tekkele.
Jahtumiskiirus valitakse ka läbikarastatavuse ja kriitilise jahtumiskiiruse järgi. Mida suurem läbikarastatavus ja väiksem kriitiline jahtumiskiirus seda kiiremini võib terast jahutada. Läbikarastatavus sõltub detaili mõõtmetest ja südamiku kriitilisest jahtumiskiirusest. Süsinikterastel on väiksem läbikarastatavus ja legeerterastel on suurem läbikarastatavus kuna nendel on kriitiline jahtumistemperatuur oluliselt väiksem.
Vesi
Levinum jahutuskekkond jahutamisel on vesi. Vesi jahutab intensiivselt nii temperatuuripiirkonnas 650-550 kraadi( austenniidi lagunemine) kui ka temp vahemikus 300-200 kraadi ( martensiidi teke). Viimases peitubki vee kui karastuskeskkonna puudus. Siinjuures avaldab veetemperatuur mõju selle jahutamisvõimele, eriti temperatuuripiirkonnas 650-550 kraadi, martensiiditekke piirkonnas (300-200 kraadi) see tegelikult mõju ei avalda. Vees leiduvad lisandid avaldavad sammuti tugevat toimet tema jahutusvõimele. Näiteks destilleeritud vesi või vihmavesi mis ei sisalda sooli jahutavad vahemikus 650-550 kraadi 2 korda aeglasemalt kui kraanivesi . Vees lahustunud gaasid vähendavad vee jahutusvõimet, seetõttu jahutab keedetud vesi ( või korduvalt kasutatud vesi ) võrreldes toore veega intensiivsemalt.
Õli
Õli jahutusvõime võrreldes veega on austenniiditekke piirkonnas 3-4 korda väiksem vee jahutusvõimest, kuid ca 10 korda väiksem martensiiditekke piirkonnas. Õli kui karastuskeskkonna eeliseks on tema mittetundlikus temperatuurile- õli jahutab ühesuguse intensiivsusega nii 20 kraadi kui ka 150-200 kraadi. Õli puuduseks on tema tuleohtlikus, süttib sõltuvalt margist 150- 320 kraadi juures, ja karastusvõime kadumine aja jooksul(õli pakseneb). Peale selle õli põleb ja metalli pinnale moodustub oksiidikile.
vees lahustuvad soolad või leelised suurendavad tunduvalt vee jahutusvõimet (temperatuuripiirkonnas 650-550 kraadi ligi 2 korda), mistõttu soolade ja leeliste vesilahuseid kasutatakse sageli jahutuskeskkondadena.
Karastuspinged
Karastamisega kaasnevad teraste detailides sisepinged, mis liigitatakse lähtuvalt päritolust kahte rühma: ristlõike eriosade erinevast jahutamisest tulnud pinged( termopinged) ja faasi muutusest tingitud pinged ( faasipinged).
Termopinged
Ehk esimest liiki pinged on tsonaarlsed sisepinged, mis tekivad ristlõike üksikute kihtide või detaili erinevate osade vahel. Mida suurem on termotöötlusel temperatuurigradient ristlõike ulatuses ja detaili üksikute osade vahel( see oleneb jahtumiskiirusest, jahutuse ebaühtlusest, detaili mõõtmetest ja tervest reast teistest põhjustest(), seda suuremad on termopinged.
Faasipinged
Ehk teist liiki sisepinged tekivad tera sisemuses või kõrvuti olevate terade vahel faasimuutuses olevate faaside erinevast mahust. Teist liiki pinged ei sõltu jahtumiskiirusest, vaid ellkõige eri faaside mahtude erinevusest.
Terase karastamisel tekkivad teist liiki sisepinged on põhjustatud austenniidi ja martensiidi mahu erinevusest. See mahtude erinevus on seda suurem, mida suurem on terase süsinikusisaldus.
Karastusviisid
Olenevalt terase koostisest detaili mõõtmetest ja kujust ning termotöödeldud detailist nõutavaist omadustest tuleb valida optimaalne karastusviis mis on kõige lihtsamini läbiviidav, kuid kindlustab ühtlasi ka vajalikud omadused. Tavakarastamisel kasutatakse põhiliselt jahutuskeskkondadena vett, õli või kombineeritud moodust- läbi vee õlisse.
Ühes keskkonnas ehk vannis karastus
Ühes keskkonnas karastus vees või õlis on lihtsamaid karastusviise. Vajaliku temperatuurini kuumutatud detailid jahutatakse karastusvedelikus kuni täieliku mahajahtumiseni. Seda viisi kasutatakse süsinik – legeerterastest lihtsate detailide karastamisel. Süsinikterastest detailide läbimõõduga üle 5 mm karastus vedelikuks on vesi, väiksemate mõõtmetega detailide ja paljude legeerterastest detailide karastuskekkonnaks on õli. Vees karastuse puuduseks on detaili ebaühtlane jahtumine kogu ristlõike ulatuses ja liiga suur jahtumiskiirus martensiidi tekke piirkonnas, mistõttu detailis tekivad suured sisepinged. Õlis karastuse puuduseks on õli põlemine ja ka detaili kattumine õhukese oksiidikihiga.
Katkendkarastus
Ehk kahes keskkonnas karastamise korral jahutatakse detaili alguses kiirelt, seejärel aeglaselt jahutavas keskkonnas. Tavaliselt jahutatakse esmalt vees, et vältida austenniidi lagunemist, seejärel aga õlis või õhus, mis tagab detaili aeglase jahtumise martensiiditekke piirkonnas. Sellist karastusviisi kasutatakse süsinikterastest tööriistade valmistamiseks. Selle karastusviisi puuduseks on raskus kindlaks määrata ja reguleerida detaili seisutusaega esimeses keskkonnas, seda enam et see aeg on väga lühike ( mõõdetakse sekundites). See viis nõuab karastajalt küllaltki kõrget kvalifikatsiooni.
Astekarastus
On vaba katkendkarastusele omastest puudustest, mille korral detaili jahutatakse keskkonnas, mille temp on antud terase martensiitmuutuse algtemperatuurist Ma kõrgem. Selles keskkonnas jahutamisel ja seisutamisel peab karastatav detail kogu ristlõike ulatuses omandama karastuskeskkonna temperatuuri. Sellele järgneb aeglane jahutamine mille jooksul austenniit muutub martensiidiks ehk karastumine. Selle karastusviisi korral tekivad minimaalsed karastuspinged sest jahutamine jaguneb kaheks etapiks. Karastuskeskkondadena kasutatakse sulasooli- leelisi( KNO3 , NaNO2, KOH, NaOH ) temperatuuriga 150-550 kraadi vastavalt astmetemperatuurile. Astekarastust kasutatakse mittelegeerterastest detailide läbimõõduga 10-15 mm , legeerterastest detailidel 20-30 mm.
Alajahutuskarastus
Alajahutamisega karastamise korral ei paagutata detaili mitte kohe karastusvedelikku , vaid jahutatakse enne teatud aega õhus. Seda tehakse sisepingete vähendamise eesmärgil või juhtudel, kui detaili kuumutustemp ületab tunduvalt terase karastustemperatuuri.
Isotermkarastus
Ehk beniitkarastuse korral jahutatakse terast martensiitmuutuse temperatuurist Ma kõrgemal temperatuuril ( 250-350 kraadi) seisutusega kuni austenniidi lagunemiseni ferriidi ja tsementiidi seguks (beniidiks).
Terase pindkarastus
Pindkarastamist kasutatakse selleks, et anda detaili pinnakihile suur kõvadus, mis tagab suure kulumiskindluse. Samal ajal säilib sitke südamik, mis tagab ka detaili vastupanu dünaamilisele koormusele. Samal eesmärgil kasutatakse termokeemilist töötlust, kuid viimasega võrrelds on pindkarastus märksa lühema kestusega. Kuumutamine võib toimuda

Atsetüleeni- hapnikuleegiga,

Induktsioon- ehk kõrgsagedusvooluga,

Elektrolüütides ja sulametallides või- soolades,

Laseri- või elektronkiirega.
Pindkarastuse kõigi viiside olemus seisneb sellest, et detaili pinnakiht kuumutatakse kiiresti üle faasipiiride AC1 või AC3 ja luuakse temperatuurigradient ristlõikes. Kui kuumutamine katkestada ning jahutada detaili kiiresti, siis üle faasipiiri AC3 kuumutatud pinnakihis leiab aset täiskarastus, üle faasipiiri AC1, kuid alla AC3 kuumutatud vahekihis aga poolkarastus. Südamik tavaliselt ei kuumene või kuumeneb alla AC1 piiri misstõttu karastamist ei toimu. Kuigi enamikud pindkarastusviisid kuumutavad pinnakihi üle faasipiiri AC3, ei põhjusta see veel tingimata ülekuumenemist või austeniiditera kasvu.
Leekkarastus
Leekkarastamisel kuumutatakse detaili pinda atsetüül-hapniku leegis ja jahutatakse kiirelt tavaliselt veejoas. Detaili pinnakiht kuumeneb kiirest karastustemperatuurini, ülejäänud osa aga ei jõua selle ajaga kuumeneda. Karastatud kihi paksus võib otstarbest olenevalt olla 2-5mm. Et saadav pinna kõvadus oleks piisavalt suur, peab pindkarastatavate teraste c sisaldus olema küllaltki kõrge, sobivam 0.4-0.5%. leekkarastus tagab pinnakõvaduse 56-58 HRC. Tõuseb detaili vastupanu väsimusele, kuna martensiitmuutusest tingitud mahu muutus tingib surve pingete tekkimist pinnakihis. Leekkarastust kasutatakse põhiliselt üksiktootmisel, sammuti pikkade ja suurte toodete (võllid, pingivängid jt) karastamisel.
Kõrgsageduskarastus
Kõrgsagedus- ehk induktsioonkarastamise korral kasutatakse induktaatori poolt loodud kõrgsagedusvoolu poolt tekitatud magnetvälja, mis omakorda indutseerib metallis pöörisvoolud. Pöörisvoolud kuumutavad detaili kihi mõne sekundiga karastustemperatuurini, detail jahutatakse veega. Kuumenemissügavus ja sellega kaasnev karastussügavus sõltub voolu sagedusest ( mida suurem on sagedus seda väiksem on voolu sisenemissügavus). Induktsioonkuumutamisel kasutatakse sagedusvoolu 500-10 000 000 hz. Sujuvalt ja võimalikult ühtlase induktsioonkuumutamise saavutamiseks tuleb iga detaili jaoks valmistada vastava kuju ja kontuuriga vesijahutusega vasktorust induktor . Kõrgsageduskarastus võimaldab automatiseerida karastusprotsessi, saada puhtaid tetaile ja välistatud on süsiniku ja teiste elementide väljapõlemine pinnakihist. On võimalik täpselt reguleerida pinnakihi sügavust ja sammuti ka teha detaili kohtkarastatust. Saab kõvema pinna kui tavakarastusel ( kõvadus 3-4 HRC ühiku võrra suurem). Puuduseks on mittesobivus üksiktootmise korral, sest induktori maksumus ja reziimi valik teevad protsessi liiga kalliks.
Elektrolüütkarastus
Elektrolüütkarastamisel paigaldatakse detail elektrolüüti ( 5-10% ne kaltsineeritud soodavesilahus). Alalisvoolu läbimisel tekib katoodi ( detaili) ümber õhuke vesinikukiht, mille halvast elektrijuhtimisest tingituna voolu tugevus suureneb ja detail kuumeneb nõutava temperatuurini. Karastamine toimub samas elektrolüüdis, kui lülitame voolu välja.
Elektronkiir - ja laserkarastus
Laseri- või elektronkiirega töödeldud detaili pinnal vahelduvad karastusvöödid 0.02-2mm tagant, ning sõltuvalt töötlemise energiatihedusele, töötlemise kiirusest, materjalist ja kiirtekimbu läbimõõdust. Laserkarastamisel kasutatavate CO2 – laserite kasutegur on 15-18%. Elektronkiir kuumutust kasutatavate seadmete kasutegur on suurem laserseadmete omast(on piires 75%). Elektronkiirkarastamine tehakse vaakumis , mis piirab antud karastusviisi kasutust ja töödeldavate detailide mõõtmeid.
Terase noolutus
Noolutamisega saab parandada terase termopingete ja martensiidi tekkest tingitud faasipingete olemasolu, karastatud terase väikest vastupanu löögikoormusele ja deformatsioonile.
Madalnoolutus
Madalnoolutus seisneb terase kuumutamisel temperatuurideni al 200 kraadi, seisutamisel sellel vähemalt 1h ja jahutamisel tavaliselt õhus. Madalnoolutus sobib eriti tööriistaterastele, millelt nõutakse suurt kõvadust, mis veel ei vähene järgneva kuumutamise käigus.
Kesknoolutus
On noolutus temperatuuridel 300-400 kraadi.
Kõrgnoolutus
Kõrgnoolutuseks nimetatakse noolutust mis toimub temperatuuridel 450-650 kraadi ja jahutatakse õhus. Kõrgnoolutusega püütakse konstruktsiooniteraste korral suurendada sitkust ja tugevust.
Kui karastamisele järgneb kõrgnoolutus, siis nimetatakse seda parendamiseks. Saadakse feriidi põhjal teraline tsementiidiosakestega struktuur- sorbiitstruktuur.
Terase mehaanilised omadused (kõvadus, sitkus, tugevus, plastsus ) muutuvad noolutustemperatuuri tõusuga, väheneb terase tõmbetugevus ja voolavuspiir , samal ajal aga tõusevad terase plastsusnäitajad. Parendatud sorbiit struktuuriga voolavuspiir, väsimustugevus ja plastsus on tunduvalt kõrgemad sama kõvadusega ferriitperliitstruktuuriga teraste vastavatest omadustest. Parendatavate teraste c sisaldus on 0.3-0.5% piires. Parendatud terased ei kaldu haprale purunemisele tavalistel töötemperatuuridel. Parendatavad detailid peavad olema suhteliselt väikesed.
Isenoolutusega karastus ehk noolutuskarastus
Isenoolutuskarastuseks nim protsessi, kui karastatav detail võetakse jahutuskeskkonnast välja temperatuuril mil pinnatemperatuur on alanenud jahutuskeskkonna temperatuurini, aga südamik on veel kuum. Pinnas moodustuv martensiit noolutub nüüd soojuse arvel mis kandub nüüd südamikust pinnakihti. Noolutustemperatuuri (200-300 kraadi) ja noolutusaja üle otsustatakse detaili pinnale ilmuvate muute- või noolutusvärvuste järgi. Edasi jahutatakse detail lõplikult maha.
Terase külmaga töötlus
Terase külmaga töötlemine seisneb karastatud terase, mille struktuuris on jääkaustenniit, jahutustemperatuurideni alla 0 kraadi. See puudutab mittelegeertööriista- (C on suurem kui 0.6%) ja kõrglegeerteraseid, mille martensiitmuutuse lõpptemperatuur M1 asub allpool 0 kraadi, ning mille jahutamine miinuskraadidesse põhjustab täiendava martensiidi teket. Martensiidi koguse suurenemine toob aga kaasa kõvaduse ja ka mahu suurenemise ja magnetomaduste paranemise. Need muutused on seda tuntavamad, mida rohkem austenniiti muutub martensiidiks külmaga töötlemisel. Terase külmaga töötlemisel tuleb arvestada kaht olulist momenti :

Külmaga töötlemise temperatuur sõltub martensiitmuutuse lõpptemperatuurist M1. Ei ole soovitav jahutada palju martensiitmuutuse vahemiku temperatuurist allapoole. Temperatuuri M1 asukoht sõltub terase keemilisest koostisest ja mittelegeerterastel on see mitte allapoole miinus 80 kraadi.

Termotöötlmisel mis sisaldab külmaga töötlemist tuleb arvestada ka austenniidi stabliliseerumist. Martensiit muutuse lõpptemperatuuri piirkonnas mõjutab seisutus jääkaustenniiti edasise muutuse suhtes.
Külmaga töödeldakse paljusid suure süsinikusisaldusega terastööriistu, millelt nõutakse maksimaalset kõvadust. Kuna täppisdetailidelt(mõõteriistad, kaliibrid jm) nõutakse mõõtestabliilsust, siis vältimaks mõõtmete muutust temperatuuri muutust töödeldakse neid külmaga.
Lk 151-167!!!! Tkar (lk157) ja struktuurid (lk 157-160)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
7. Lisandid terastes/ malmides
Lisandid terastes
1)Tavalisandid (Mn, Si, P, S)
Teras on paljukomponentne sulam, mis sisaldab süsinikku ja tavalisandeid, eelkõige Mn, Si, S, P, aga ka O, H, N jt, mis avaldavad terase omadustele ühel või teisel kujul mõju. Lisandite olemasolu terastes on tingitud kas nende kõrvaldamise raskustest terase tootmisel (S, P), nende sisseviimist terasesse taandamise eesmärgil (Mn, Si) või nende sattumisest terasesse koos täitega maagist või sekundaarmetallist (Cr, Ni jt).
a)Räni (Si)
Ränisisaldus tavalisandina ei ületa täielikult taandatud süsinikteraes 0,4%. Lisand viiakse terasesse selle desoksüdeerumise käigus; ühinedes terases oleva hapnikuga läheb ta räbusse ja lahustub rauas parandades terase omadusi. Räni lahustununa ferriidis tõstab terase voolavuspiiri, mis aga omakorda halvendab terase külmdeformeeritavust (stansimine ja tõmbamine). Seetõttu kasutatakse defromeerivise teel valmistatavate detailide tegemiseks väiksese ränisisaldusega teraseid.
b) Mangaan (Mn)
Mangaanisisaldus tavalisandina ei ületa täielikult taandunud süsinikterases 0,8%. Lisand viiakse terasesse selle desoksüdeerumise käigus; ühinedes terases oleva hapnikuga läheb ta räbusse ja lahustub rauas parandades terase omadusi. Mangaan tõstab märgatavalt terase tugevust, alandamata seejuures plastsust , ning samalajal vähendab väävlisisaldusest tingitud kuumhaprust kõrgetel temperatuuridel. Mangaani olemasolu terases soodustab väävliga rasksulava ühendi MnS tekket (sulamis temperatuur 1670°C), millega välditakse punahapruse võimalus.
c)Väävel (S)
Väävel on terases kahjulikuks lisandiks. Rauaga moodustab väävel keemilise ühendi – raudsulfiid FeS, mis tardolekus ei lahustu rauas, kuid lahustub vedelmetallis. Keemiline ühend FeS moodustab rauaga kergsulava eutektikumi sulamistemperatuuriga 988°C. Madalast sulamis – kristallisatsioonitemperatuurist tingituna kristalliseerub FeS viimasena, paiknedes üldjuhul terapiiridel. Terase kuumutamisel kuumvormimise temepratuurini (1000°C...1200°C) eutektikum sulab, muutes terase hapraks teradevaheliste sidemete nõrgenemise tõttu. Seda nähtust nim punahapruseks ehk kuumhapruseks (punahapruse leevendamiseks lisatakse sulamisse mangaani). Väävel vähendab löögisitkust, väsimustugevust ja plastsust. Madalsüsinikterastes väävlisisaldusega üle 0,01% tõuseb külmhapruslävi T50, halveneb terase keevitatavus ja korrosioonikindlus . Väävlisisaldus terases on rangelt limiteeritud, sõltuvalt terase kvaliteetist on see 0,035%...0,06%.
d) Fosfor (P)
Fosfor nagu väävelgi on kahjulik lisand terases ja selle lubatud sisaldus piirdub 0,025%...0,045% sõltuvalt terase kvaliteedist. Fosfor, lahustudes ferriidis, moonutab selle kristallvõret, tõstab terase tugevus- ja voolavuspiiri, kuid vähendab plastsust ja stikust. Sitkuse vähenemine on seda märgatavam, mida suurem on terase süsinikusisaldus. Fosfor tõstab külmhaprusläve T50 20°C...25°C võrra. Fosfori eraldumine põhujstab terase haprumist toatemperatuuril, lahustudes ferriidist ja konsentreerudes terapiiril. Seda nähtust nim külmhapruseks.
2) Legeerivad elemendid
Legeerivate elementide mõju terastes on mitmene ja sõltub eelkõige sellest, millist mõju nad avaldavad rauale ning kuidas reageerivad (moodustavad tardlahuseid, keemilisi ühendeid või ei seda ega teist) raua ja süsinikuga. Legeerivad elemendid avaldavad mõju terase struktuurile ja omadustele seoses sellega, et nad mõjutavad:
- raua polümorfse muutuse tepmeratuure A3 ja A4
- eutektoidmuutuse temperatuuri A1 ja eutektoidi süsinikusisaldust
- ferriidi tugevust ja kõvadust, terase mehaanilisi omadusi, korrosiooni- ja kuumuskindlust
- karbiidse faasi moodustumist
- terase termotöötlust (austeniiditera kasvu, läbikarastuvust, kõvadust)
Peamised legeerivad elemendid terastes on Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, Cu, Pb, B, Co.
a)Mangaan (Mn)
Peale selle, et mangaan on terase tavalisand (valmistamisel viiakse igasse terasesse desöksudeerimise eesmärgil), on ta ka legeeriv element.
Mn mõju terases seisneb eelkõige väävli kui tavalisandi kahjuliku mõju vähendamises.
Mangaan moodustab sulfiidi, mille sulamistemperatuur on kõrge (1640°C). Terase kristalliseermusiel moodustub struktuuris terapiiridele primaarne MnS, mis teeb terase hapraks ka toatemperatuuril. Nähtus on tuntud külmhaprusena. Seda asjaolu kasutatakse ära hea lõiketöödeldavusega automaaditerastes, mille väävlisisaldus on 0,1...0,3% piires.
Mn alandab Fe polümorfse muutuse temperatuuri A3 (seda enam, mida suurem on Mn-sisaldus). Suurtel mangaanisisaldsutel 10...25% Mn, puudub rauasulameis polümorfne muutus hoopiski, mistõttu toatemperatuuril säilib tahkkesendatud kuupvõre (K12), süsiniku olemasolul austeniit.
Kuna Mn suurendab oluliselt terase läbikarastatavust, moodustub õhkjahutusel (normaliseerimisel) martensiit alates juba 1...3% Mn-sisalduselt.
b)Räni (Si)
Räni on terases legeeriv element, kui tema sisaldus on üle 0,5%. Legeeriva lisandina suurendab räni terase kõvadust ja tugevust (eriti aga voolavuspiiri) ning kuumuspüsivust. Samal ajal vähenevad terase plastsuse ja sitkuse näitajad ning halvenevad tehnoloogilised omadused – surve- ja lõiketöödeldavus.
Terase kuumuspüsivuse tõstmiseks kasutatakse räni (kuni 4%) koos kroomiga (nn klapiterased ); teraste magnetomaduste parandamiseks (nn trafoterased) on suure magnetilise läbivusega elektrotehniliste elektrotehniliste teraste ränisisladus kuni 5%. Nii nagu kroom laiendab räni ferriidi ala ning soodustab ferriitstruktuuri teket.
c)Kroom (Cr)
Kroomi kristallivõre on nagu α-raualgi ruumkesendatud kuupvõre, mistõttu ta moodustab Feα-ga piiramatu tardlahuse. Kroom moodustab C-ga terve rea karbiide Cr3C2 , Cr7C3 ja Cr23C6, ning süsteemi Fe-Cr-C esineb samuti kolm kaksikkarbiidi: kroomi sisaldav tsementiit (Fe, Cr)3C ja kaksikkarbiidid (Cr, Fe)7C3 ning (Cr, Fe)23C6. Neil on keerukas kristallivõre ja nad esinevad alas, kus austeniit pole stabiilne. Enamik kroomteraseid on sõltuvalt struktuurist kas sitked või kõvad ja kulumiskindlad, lisaks ka korrosiooni- ja kuumuskindlad.
d) Nikkel (Ni)
Nikli kristallivõre on nagu γ-raualgi tahkkesentatud kuupvõre, mistõttu ta moodustab Feγ-ga piiramatu tardlahuse. Märkimisväärne on asjaolu, et Ni korral alaneb tunduvalt polümorfse muutuse temperatuur A3. Ferriitstruktuur saadakse aeglasel jahtumisel ainult kuni 6% Ni-sisalduse korral. Suurema Ni-sisalduse korral jääb struktuuri toatemperatuuril jääkausteniit või moodustub martensiit. Kogu austeniit jääb püsima toatemperatuuril, kui Ni-sisaldus on suur (alates 30%), kuna martensiitmuutuse temperatuur Ma jääb allapoole toatemperatuuri.
Ni-sisalduse juures jääb tavalistel jahtumistingimustel toatemperatuuril püsima ebastabiilne austeniit. Seda asjaolu kasutatakse ära austeniitsete roostevabade teraste saamisel.
e) Volfram (W)
Volfram on tööristaterstes üks enam kasutatavaid legeerivaid elemente. Volfram moodustab rauaga intermetalliidset ühendit (Fe2W, Fe3W2). Volframi suurim lahustuvus rauas temperatuuril ~ 1554 °C on 35,5%, toatemperatuuril umbes 6%. Siit järeldub, et 30...40% volframit sisaldav Fe-W-sulami kõvadus on enam kui 500 HB, mis on saavutatav kuumutamisega 700°C-lt 1500°C-ni ja vees mahajahutamisega. See kõvadus säilib kuni temperatuurini 700°C, mistõttu volframit sisaldavaid tööriistateraseid kasutatakse eelkõige kuumtöötlustööriistade valmistamisel.
Veelgi enam ilmneb volframi mõju terases süsiniku olemasolu korral, eelkõige tööriistaterastes. Volfram moodustab süsinikuga püsivaid karbiide: W2C (sulamistemperatuuriga 2750°C) ja WC (2600°C), millest viimane on kõvim ( Mohsi skaala järgi asetseb see teemandi (10) ja korundi (9) järel). Lisaks moodustab volfram raua ja süsinikuga ka kaksikkarbiide (Fe, W)6C, mis on samuti üsna kõva, kuid võrreldes WC-ga metastabiilsem nii nagu tsementiitki. Pikaajalise lõõmutuse tulemusena muutub kaksikkarbiid (Fe, W)6C volframkarbiidiks WC.
Volframi lahustuvus austeniidis kasvab terase C-sisalduse kasvuga ja ulatub kõrgetel temepratuuridel kuni 20%-ni. Seda asjaolu kasutatakse volframit sisaldavate kiirlõiketeraste termotöötlusel. Volframi lahustuvuse kasv austeniidis toob endaga kaasa aga karbiidide hulga vähenemise.
f)Molübdeen (Mo)
Molübdeen terase lisandina lahustub piiratult ferriidis, aga on ka tugev karbiide (Mo2C) moodustav legeeriv lisand ning lisatakse terasesse tavaliselt 0,2...0,6%. Molübdeen suurendab terase läbikarastuvust ja takistab austeniiditera kasvu kuumutamisel. Molübdeeni kasutatakse legeeriva elemendina terastes, et vähendada nende kalduvust haprumisele noolutamisel, nn II liigi noolutushapruse vältimiseks, mis ilmneb teatud teraste noolutamisel temperatuuridel 450...600°C eriti aeglase jahutamise korral. Mõne kümnendiku protsendi Mo lisamine terasesse seob selles noolutushaprust põhjustavaid lisandeid, takistades sellega terapiiridele peente karbiidide, nitriidide, oksiidide jt ühendite eraldumist.
g)Vask (Cu)
Vask ei moodusta rauaga keemilisi ühendeid, kuid lahustub piiratult rauas. Cu lahustuvus rauas on temperatuuril 851°C 2,1%, toatemperatuuril 0,25%. Cu-sisalduse kasvuga kaasneb terase mehaaniliste omaduste tõus: see on täheldatav just väikese C-sisaldusega (alla 0,1%) terastes Cu-sisaldusel 1,0...1,5%. Kõrge on ka vaskteraste voolavuspiir (üle 0,9 tugevuspiiri).
Vase ja nikliga või vase ja fosforiga üheagne legeerimine parandab oluliselt teraste korrosioonikindlust niiskes õhus. Kuna neil terastel on ka madal külmhapruslävi (alla -40°C), sobivad nad ehituskonstruktsioonide valmistamiseks (sildade ja katuste metallkonstruktsioonid ), samuti kasutamiseks raudteetranspordis ja laevaehituses. Hea keevitavuse tagamiseks ei ületa süsinikusisaldus neis 0,15%.
h)Plii (Pb)
Plii ei lahustu terstes ei vedelas ega tahkes olekus, vaid esineb seal väga väikeste osakestena , soodustades seega terase lõiketöötlemisel murduva laastu teket ja määrivat toimet. Sellest tulenevalt lisatakse automaaditerastesse lõiketöödeldavuse parandamiseks väävli ja fosfori kõrval pliid (0,1...0,2%). Terase mehaanilised omadused alanevad plii lisamisel vähe.
i) Boor (B)
Boor on legeeriv lisand, mis oluliselt tõstab terase läbikarastatavust. Boori positiivne mõju ilmneb sisaldusel 0,001...0,004%. Kui sisaldus on suurem, moodustub austeniiditera piiridel raudboriid, mis alandab terase sitkust. Lisaks ei alanda boor martensiitmuutuse temperatuuri Ma, ning karastamisel võib kasutada pehmemaid karastuskeskkondi.
j) Koobalt (Co)
Koobalti mõju raua polümorfismile erineb mõnevõrra Cr, V, Mo jt mõjust; kui nimetatud legeerivad elemendid sulgevad γ-raua esinemise ala, siis koobalt soodustab γ-raua ala esinemist (Co tõstab algul temperatuuri A3, suurematel sisaldustel aga alandab seda). Koobalt on põhiliseks legeerivaks lisandiks kiirlõiketerastes W ja Mo kõrval, tõstes terase soojuspüsivust (tõus kuni 12% Co-sisalduseni).
See on tingitud eelkõige asjaolust, et Co takistab kõrgetel töötemperatuuridel noolutamisel karbiidide eraldumist martensiidist. Koobaltit sisaldavad kiirlõiketerasest tööriistad püsivad eriti teravad. Koobalt on üks põhilisi legeerivaid elemente püsimagnetterastes ja –sulamites, millelt nõutakse suurt koertsiivjõudu ja jääkinduktsiooni (koobaltterased Co-sisaldusega 5 või 15% alnikosulamid). Koobalt on peamiseks sideaineks (5...30%) WC-Co-tüüpi kõvasulameis ja põhiliseks lisandiks stelliit -tüüpi kõvades sulamites.
Lisandid malmides
1)Tavalisandid (Mn, Si, P, S)
Malm ei ole miite kahekomponentne rauasüsiniksulam, vaid sisaldab tavalisandeina samu elemente mis teraski: räni, mangaani, väävlit ja fosforit , kuid suuremates kogusts kui teras. Need lisandid mõjutavad oluliselt grafiidi ja metalse põhimassi teket ja järelikult ka malmi struktuuri ning omadusi.
a)Räni (Si)
Räni mõju malmis on enim kui ühegi teise tavalisandi mõju. Madala Si-sisalduse puhul moodustub räni tardlahus rauas ning tema mõju grafitiseerimisel sama hästi kui puudub. Si mõju grafitiseerumisprotsessile hakkab järsult avalduma alles Si-sisaldusest 1...1,25% on suurim 3...3,5% Si-sisalduse juures. Siit tulenevalt on Si-sisaldus hallmalmis tavaliselt 1,2...3,5% (väiksem suurtes, suurem väikestes valandites). Räni koos süsinikuga määrab ära tekkiva malmi struktuuri – nii vaba grafiidi olemasolu kui metalse põhimassi struktuuri.
Suurema Si-sisalduse puhul austeniit küllastub ning moodustub ebapüsiv ränikarbiid, üle 10% Si-sisalduse puhul moodustuvad rauaga intermetalliidsed ühendid ning selle tulemusena saadakse valgemalmi struktuur.
b)Mangaan (Mn)
Mangaan tavalisandina viiakse väävli sidumiseks (moodustub MnS) ja selle kahjuliku mõju vähendamiseks. Siit tulenevalt peab Mn.sisaldus malmis ületama teatud protsendi, et siduda väävlit ja kõrvaldada väävli takistavat toimet vaba grafiidi tekkele. Teiselt poolt mangaan, moodustades tsementiidile sarnase karbiidi Mn3C, soodustab valgemalmi teket, vähenevad eeldused vaba grafiidi tekkeks. Siit tulenevalt on Mn-sisaldus vaba grafiidi malmides ~0,5%, valgemalmis 0,5...1,0%.
c)Väävel (S) ja fosfor (P)
Väävli ja fosfori mõju omadustele on vaadeldud teraste puhul ning see kehtib ka malmide korral. Tavaliselt on aga S- ja P-sisaldus malmides suurem kui terastes.
Väävli mõjul halveneb malmi valatavus ning seetõttu on väikevalandite korral väävlisisalduse ülemmääraks 0,08%, suuremate valandite korral lubatakse kuni 0,1...0,12% väävlit.
Fosfor on malmides erinevalt terastest vedelvoolavust parandav lisand ning seetõttu lubatakse malmides seda ka rohkem kui terastes (0,1...0,2%).
2)Legeerivad elemendid
Mõnevõrra kasutatakse ka malmi legeerimist, kuigi tunduvalt vähemas ulatuses kui terastel. Legeerivateks elementideks malmides on samad elemendid mis terasteski – mangaan, räni, kroom, nikkel, molübdeen, vask jt. Lähtudes legeerivate kisandite mõjust grafiidi tekkele, liigitatakse need kahte gruppi:

• Grafiidi teket soodustavad lisandid (Si, Ni, Al, Cu, Ti)
  
• Grafiidi teket takistavad lisandid (Mn, Cr, S, O2)
  

a)Mangaan (Mn)
Mangaan tõstab malmi tugevust ja kõvadust, mistõttu ta on põhiliseks legeerivaks lisandiks kulumiskindlate lible - ja keragrafiidiga malmides.
Kõrglegeeritud mangaanmalmide Mn-sisaldus on 4...9%.
b)Räni (Si)
Räni legeeriva elemendina viiakse malmi selle korrosioonikindluse tõstmiseks (tavaliselt 6...8%, happekindlates 14...15%), kuid samal ajal muutub malm hapramaks. Räni on kroomi kõrval põhiliseks legeerivaks lisandiks kuumuspüsivates ja kuumustugevates malmides.
c)Kroom (Cr)
Kroom legeeriva elemendina takistab malmis grafitiseerumist ning muudab malmi struktuuri peeneteralisemaks. Selle tulemusena tõstab kroom malmi tugevust ja kõvadust. Kroom malmi struktuuris stabiliseerib karbiide ja takistab nende lagunemist kõrgel temperatuuril. Cr-sisaldus kuumustugevas legeermalmis võib ulatuda 15...35%.
d)Nikkel (Ni)
Nikkel soodustab malmis nagu terasteski ühelt poolt asuteniitstruktuuri säilimist toatemperatuuril (alates 5% Ni), teiselt poolt grafitiseerumist – saadakse austeniitmaatriksiga grafiidiosakestega struktuur. Faasimuutuse mitteesinemisest tulenevalt saadakse temperatuurist vähesõltuva joonpaisumisega malm. Üheks selliseks malmiks on nn niresist. Korrosioonikindluse tagamiseks lisatakse 15...25% Ni, mis garanteerib hea vastupanu korrosioonile paljudes hapetes ja kõrgendatud temperatuuridel.
Legeerivate elementide mõju terase 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.
8.Teraste/ malmide liigitus
Teraste liigitus
Eurostandartite järgi liigitatakse terased kahte suurde gruppi:
1)legeerimata terased ehk mittelegeerterased, tuntud ka süsinikterastena
2)legeeritud terased ehk legeerterased
Terase legeerituse määrab lisandite sisaldus. Kui see on määratud piirnormidest allpool, siis on tegemist legeerimata, kui kõrgem, siis legeeritud terasega.
1)Mittelegeerteraste liigitus
Mittelegeerterased jagunevad eurostandartite järgi järgmistesse alagrupidesse:

Tavakvaliteetterased ehk tavaterased

Mittelegeerkvaliteetterased

Mittelegeerkõrgekvaliteetterased ehk mittelegeervääristerased
a)Tavakvaliteetterased on määratletud järgnevaga:

• Need pole harilikult mõeldud termotöötluseks
  
• Koostis ja põhiomadused on vastavuses määratud piirväärtustega
  
• Teisi erikvaliteettunnuseid (sobivus tõmbamiseks, sügavtõmbamiseks, külmprofileerimiseks jne) ei tooda, ei sisalda legeerivaid elemente (v.a. Si ja Mn)
  

b)Mittelegeerkvaliteetterastele pole esitatud erinõudeid termotöötluse ega mittemetalsete lisandite osas. Nende kasutamisel on aga kõrgendatud nõuded (nt hapra purunemise, tera suuruse, vormitavuse jm suhtes). Legeerimata kvaliteetterasteks loetakse neid, mis ei kuulu tavateraste ega vääristeraste hulka.
c)Mittelegeervääristerased on erinevalt tavakvaliteet- ja kvaliteetterastest mittemetalsetest lisanditest puhtamad ja termotöödeldavad (enamasti parendatavad või pindkarastatavad). Täpse keemilise koostise, erivalmistusviisiga ja teimitingimustega on saavutatavad vastavad mehaanilised ja tarbimisomadused (suur või kitsalt piiritletud tugevus, läbikarastuvus koos nõuetega vormitavuse, keevitatavuse jms suhtes). Mittelegeervääristerased on määratletud järgnevaga:

• Neile esitatakse nõuded löögisitkuse suhtes parendatud olekus
  
• Tuuakse andmed läbikarastuvuse ja pinnakõvaduse kohta (karastatult ja noolutatult)
  
• Nende S- ja P-sisaldus on kuni 0,020% sulatises ja kuni 0,025% tootes , nt valtstraadis jm
  
• Purustustöö löökpaindel on vähemalt 27 J (-50°C)
  
• Need on terased C-sisaldusega üle 0,25%, karastatavad kontrollitava jahutusega kuumtöötlustemperatuuril ja sisaldavad mikrolegeerivaid elemente (V, Nb) lubatud piires.
  

Vene standartide järgi liigitatakse mittelegeerterased:
a)C-sisalduse järgi

• Madalsüsinikterased (C ≤ 0,25%)
  
• Kesksüsinikterased (C = 0,3...0,6%)
  
• Kõrgsüsinikterased (C ˃ 0,6%)
  

b) otstarbe järgi

• Süsinikkonstruktsiooniterased
  
• Süsiniktööriistaterased
  

c)termotöötluse järgi

• Tsementiiditavad terased (C ≤ 0,25%)
  
• Parendatavad terased (C = 0,3...0,5%)
  

Tsementiiditavate teraste hulka kuuluvad madalsüsinikterased, mille tüüpiline termotöötluse reziim on tsementiitimine, karastamine ja madalnoolutus. Sellise termotöötluse tulemusena saadakse kõva (58...62 HRC) ja kulumiskindel pinnakiht (paksusega kuni 2 mm) ning sitke ja keskmise kõvadusega (30...42 HRC) südamik.
Parendatavate teraste hulka kuuluvad kesksüsinikterased, mille tüüpiline termotöötluse reziim on karastamine koos järgneva kõrgnoolutamisega ( parendamine ). Neid karastatakse temperatuuril 820...880°C (sõltuvalt süsiniku sisaldusest) õlis (suurte detailide korral vees) ja noolutatakse temperatuuril 550...680°C. sellise termotöötluse tulemusena tekib sorbiitstruktuur, mis tagab kõrge voolavuspiiri, madala tundlikkuse pingete kontsentratsiooni suhtes ja piisava sitkuse. Parendatavad terased peavad olema hea läbikarastuvusega ja vähetundlikud noolutushapruse suhtes.
2)Legeerteraste liigitus
Legeerterased jagunevad eurostandartide järgi:

Legeerkvaliteetterasteks

Legeerkõrgekvaliteetterased ehk legeervääristerasteks
a)Koostise järgi
Koostise järgi liigituse aluseks on legeerivad elemendid ja nende sisaldus. Eelkõige on liigituse aluseks legeerivad elemendid: kroomterased (põhiline legeeriv element Cr), mangaanterased (eelkõige Mn-ga legeeritud), nikkelterased ( eelkõige Ni-ga legeeritud), kroomnikkelterased (Cr jaNi -ga legeeritud), kroommangaanterased (Cr ja Mn-ga legeeritud), kroommangaanräniterased (Cr, Mn ja Si-ga legeeritud, tuntud ka kormansiilidena) jt.
Legeerivate elementide sisaldusest tulenevalt liigitatakse nii legeerkonstruktsiooni- kui ka legeertööristaterased madal-, kesk- ja kõrglegeerterasteks: legeerivaid elemente üksikult vastavalt kuni 2,5% (madal), 2,5...5% (kesk) ja üle 5% (kõrg).
Lähtudes struktuurist lõõmutatud olekus liigitatakse legeerterased alaeutektoid-, eutektoid- ja üleeutketoid- ning ledeburiitterasteks.
b)Kasutuse järgi
Kasutusalast tulenevalt liigitatakse legeerterased:

• Konstruktsiooniterasteks (C = 0,2...0,7%, kulumiskindlad terased 0,9...1,3%)
  
• Tööriistaterasteks (C = 0,4...1,6%)
  
• Eriterasteks
  

Legeerkonstruktsiooniterastele esitatavad põhinõuded on nende hea konstruktsioonitugevus: kõrged tugevusnäitajad Rm, Rp0,2, suur jäikus, suur töökindlus (suur purustustöö KU ja madal külmhapruslävi T50) ja kõrge tööiga (kõrge väsimustugevus, hea korrosiooni- ja kulumiskindlus ), omaduste tugevus-sitkus kogum. Erinevalt mittelegeerkonstruktsiooniterastet võib legeerkonstruktsiooniteraste C-sisaldus ulatuda 1,5%-ni.
Legeertööriistaterastele esitatavatest põhinõuetest on üks olulisemaid võime säilitada kuumenemisel kõvadus (nad peavad olema soojakindlad), kõrvuti sellega on nõutav ka tugevus, omaduste kogum kõvadus-tugevus. Siit tulenevalt on legeertööriistateraste C-sisaldus suurem kui legeerkonstruktsiooniterastel, 1...2%.
c)Konstruktsioonteraste liigitus TT järgi
Lähtudes 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-, kroommolübdeen- 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).
Parendatavate legeerteraste hulka kuuluvad keskmise C-sisaldusega (0,3...0,5%) madallegeerkonstruktsiooniterased: kroom-, mangaan-, kroommangaan-, kroommolübdeen-, kroomvanaadium-, kroomnikkelmolübdeen- jt terased. Parendatavate legeerteraste tüüpiline termotöötlus seisneb karastamises (Tkar = 820...880°C) õlis või vees ning kõrgnoolutamises (Tnool = 540...680°C). sellise termotöötluse tulemusena tekib sorbiitstruktuur, millel on kõrge voolavuspiir ja mis on sitke ning pingete konsentretsiooni suhtes madala tundlikkusega. Põhiline nõue parendatavatele terastele on nende läbikarastuvus.
Nitriiditavad ja nitrotsementiiditavad legeerterased on keskmise (0,3...0,4%) või madala süsinikusisaldusega (0,1...0,2%) legeerivate elementidena kroomi, alumiiniumi, molübdeeni ja vanaadiumi sisaldavad terased. Nende teraste termotöötlus seisneb karastamises (Tkar = 840...980°C) vees või õlis järgneva kõrgnoolutamisega (570...700°C) ning nitriitimises (490...520°C). kaks viimast operatsiooni võivad olla ka ühitatud. Nitriitimise tulemusena saadakse suure tugevuse- ja voolavuspiiriga ning pinnakõvadusega (800...950 HV) terased.
Malmide liigitus
Koostiselt erineb malm terasest suurema süsiniku sisalduse poolest (üle 2,14% C). Malmil on madalam sulamistemperatuur ning ta struktuuris esineb peamiselt grafiit (erandiks on valgemalmid). Malmil on võrdlemisi head valuomadused (vähene kahanemine, hea vedelvoolavus), mistõttu sobib valandite valmistamiseks (70...80% valanditest). Suurest süsinikusisaldusest tulenevast grafiidist vaba grafiidiga malmides ja tsementiidist valge malmides ei ole malm sepistatav.
a)Grafiidi (süsiniku) oleku järgi
Malmid liigitatakse süsiniku oleku järgi kahte gruppi:

Malmid, kus kogu süsinik on seotud olekus tsementiidi (Fe3C) kujul. Need on seotud süsinikuga malmid ehk valgemalmid

Malmid, kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus. Need on vaba grafiidiga malmid, mis on tuntud eelkõige hallmalmidena.
Valgemalm
Niisuguse nimetuse on see saanud murdepinna tuhmvalge värvuse järgi. Mikrostruktuuris on valgemalmi tunnuseks ledeburiit (eutektikum), mis koosneb tekkimisel austeniidist ja tsemendiitist. Eutektoidtemperatuuril muutub austeniit perliidiks (P=F+T) ning toatemperatuuril koosneb ledeburiit ferriidist ja tsementiidist.
Kooskõlas Fe-Fe3C faasidiagrammiga liigitatakse valgemalmid järgnevalt:

• Alaeutektmalmid struktuuriga P+T’’+Le
  
• Eutkektmalmid struktuuriga Le
  
• Üleeutektmalmid struktuuriga Le+T
  

Põhiliselt leiab kasutamist alaeutektmalm ja seda enamasti tempermalmi tootmisel.
b)Grafiidi (süsiniku) osakeste kuju järgi
Vaba grafiidiga malmid jagunevad omakorda järgmiselt:

Lilblegrafiitmalm ehk hallmalm , kus kogu süsinik või suurem osa sellest esineb vabas olekus liblegrafiidi kujul

Keragrafiitmalm , kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus keragrafiidi kujul. Sellise kujuga grafiidi teket soodustab eelkõige erilisandite – modifikaatorite sisseviimine sulamalmi.
Keragrafiidiga malmi saadakse modifitseerimise teel. Keragrafiidi tekitamiseks kasutatakse modifikaatorina magneesiumi (samui ka tseeriumi ja teisi), mille jääkkogus malmis peaks olema ~0,05%. Enamikul juhtudel kasutatakse modifitseerimiseks magneesiumirikkaid lisasulameid (ligatuure)

Tempermalm, kus kogu süsinik või suurem osa sellest esineb vabas olekus pesagrafiidi ehk lõõmutussüsiniku kujul. Lõõmutussüsinik tekib valgemalmis olevast tsementiidist valgemalmist valandite pikaajalise lõõmutamise tulemusena.
Tempermalmi saamisel on olulisim, et malmi tardumisel ei tekiks liblegrafiiti.
c)Metalse põhimassi järgi
Metalse põhimassi struktuurist lähtudes jagunevad vaba grafiidiga maömid järgmistesse liikidesse:

Perliitmalm, millse struktuur koosneb perliidist ja grafiidist. Kuna perliit on suure tugevusega , aga väiksese plastsusega struktuuriosa, siis samasugused on ka malmid (sellel ei ole tähtsust hallmalmi jaoks, kuna see on igal juhul väikese plastsusega ja habras)

Feriitmalm, mille struktuur koosneb feriidist ja grafiidist. Ferriidi tõttu on malmil väike kõvadus ja tugevus, kui suurem plastsus.

Ferriitperliitmalm, mille struktuuris on ferriit ja perliit ning grafiidiosakesed. Niisugune struktuur on väga sagedane hallmalmi puhul, kuna erinevate jahtumiskiiruste tõttu ( valandid on erinevate seinapaksustega) ei ole võimalik saada 100%-lise perliitstruktuuriga malmi.
Kui ferriit- või perliitstruktuur saadakse tempermalmide korral termotöötlusega – lõõmutamisega, siis teiste malmiliikide (hall- ja keragrafiitmalm) korral tekib see jahtumise protsessis. Üldjuhul esineb kõrvuti perliidiga struktuuris ka ferriit.
8.a.Metallide ja sulamite omadused
Füüsikalised

• Tihedus
  
• Sulamistemperatuur
  
• Kõvadus
  
• Elastsus
  

Mehaanilised

• Tugevus
  
• Voolavus - ja tugevuspiir, väsimus- ja roometugevus;
  
• Plastus , sitkus
  

Tehnoloogilised

• Vormitavus: valatavus, defromeeritavus, lõiketöödeldavus;
  
• Liitevõime: keevitatavus, liimitavus jm
  

Keemilised

• Vastupanu oksüdatsioonile
  
• Korrosioonile
  
• Keskkonnamõjudele
  

Muud mittemehaanilised

• Elektrilised
  
• Magneetilised
  
• Optilised
  
• Soojuslikud
  

Füüsikalised omadused
Tihedus – on homegeense aine mass ruumalaühiku kohta. Tiheduse ühikuks on kg/m3.
Kõvadus – on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele defromatsioonile, kui tema pinda tungib suuema kõvadusega keha.
Värvus
Metallid on läbipaistmatud, isegi väga õhukesed metall-lehed ei lase valgust läbi. Peegeldunud valguses metallid läigivad, kusjuures igal metallil on oma varjundiga läige: vask – punane, inglistina – läikivvalge jne.
Sulavus
Metallidel on omadus sulada kuumutamisel ja samuti tahkestuda jahtumisel. Temperatuuri, millel metall muutub täielikult vedelaks nimetatakse sulamistemperatuuriks. Paljude sulamite sulamistemperatuurid erinevad komponentide sulamistemperatuuridest.
Paisumine kuumutamisel - soojuspaisumine
Metallid paisuvad kuumutamisel ning jahtumisel tõmbuvad kokku. Metallide soojuspaisumise suurus on erinev. Joonpaisumise tegur saadakse kui leitakse katsekeha pikenemine 1 mm kohta temperatuuri tõstmisel 1 kraadi võrra.
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivuseks nimetatakse materjali omadust soojust üle anda kõrgema temperatuuriga piirkonnast madalama temperatuuriga piirkonnale. Mida parem on metalli soojusjuhtivus, seda kiiremini ja ühtlasemalt ta kuumutamisel soojeneb ja kiiremini jahtub.. Parimad soojusjuhid on hõbe, vask, alumiinium. Kõikide metallide soojusjuhtivus väheneb temperatuuri tõusmisel ja suureneb temperatuuri langemisel .
Soojusmahtuvus
Metalli võimet neelata soojust nimetatakse soojusmahtuvuseks. Erisoojusmahtuvust iseloomustatakse soojushulgaga, mida on vaja 1kg metalli temperatuuri tõstmiseks 1C võrra. Metallidel ja nende sulamitel on teiste ainetega võrreldes väike soojusmahtuvus, mistõttu nende kuumutamiseks kulub vähe soojust.
Elektrijuhtivus
Elektrijuhtivuseks nimetatakse metallide võimet juhtida elektrivoolu. Metallide elektrijuhtivus on erinev, parimad juhid on need metallid, mis osutavad elektrivoolule väikest takistust. Eritakistus – on 1mm2
ristlõikepindalaga ja 1m pikkuse juhtme takistus oomides. Paremad elektrijuhid on vask ja alumiinium. Metallide elektrijuhtivus väheneb temperatuuri tõusuga ja suureneb temperatuuri langemisel. Elektritakistus läheneb nullile kui metalle jahutada temperatuurini, mis läheneb absoluutsele nullile. Head soojusjuhid on ka head elektrijuhid ja vastupidi.
Magneetuvus
Ainult mõnedel metallidel on märgatavad magnetilised omadused, st. nad magnetiseeruvad kergesti ja hiljem käituvad nagu magnetid. Sellised omadused on raual ja peaaegu kõikidel tema sulamitel.
Mehaanilised omadused
Materjali vastupanu defromeerimisele ja purunemisele iseloomustavad materjalide mehaanilised omadused: tugevus, plastsus, sitkus.
Tugevus – on materjali võime purunemata taluda koormust, ebaühtalst tmperatuuri vm. Metallide tugevusnäitajateks on tõmbetugevus, survetugevus , väsimustugevus, roometugevus jm.
Plastsus – on materjali võime muuta purunemata talle rakendatud väliskoormuse mõjul oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada jäävat (plastset) deformatsiooni pärast väliskoormuse lakkamist. Metallide plastsusnäitajateks on katkevenivus , katkeahenemine jm.
Sitkus – on materjali võime purunemata taluda dünaamilist koormust. Metallide sitkusnäitajaiks on löökteimil määratav purustustöö, aga ka eriteimiga määratav purunemisstikus.
Elastsuseks nimetatakse metallide omadust muuta oma kuju ja mõõtmeid välisjõudude toimel ja peale jõudude lakkamist need taastada.
Kõvaduseks nimetatakse metallide omadust osutada vastupanu välise, kõvema keha sissetungile. Kõvadusest sõltub, milliseid detaile või instrumente sellest saab valmistada. Mõjutab ka metalli töödeldavust. Kõvadust mõõdetakse surudes teimikehasse karastatud teraskuuli või teemantkoonuse või teemantpüramiidi tippu. Kõvaduse üle otsustatakse jäetud jälje põhjal.
Löögisitkus nimetatakse metallide omadust osutada vastupanu löökkoormustele. Löögisitkuse teimimine toimub Charpy pendlil. Pendel tõstetakse teatud kõrgusele ja lastakse vabalt langeda teimikehale.
8.b.Metallid ja nende liigid
Metallid on ained, millel on tahkes olekus iseloomulik läige, hea elektri- ja soojusjuhtivus ning enamikel juhtudel ka hea mehaaniline töödeldavus, suur plastsus ja elastsus. Kõik metallid peale elavhõbeda on tavalisel temperatuuril tahked ained.
Metallid ja sulamid liigitatakse kahte suurde gruppi:

mustad metallid ­- raud ja rauasulamid (nende tuleb u. 95% kogu maailma metallitoodangust)

värvilised metallid - mitteraudmetallid ja mittterausulamid (kõik ülejäänud metallid ja nende sulamid).
Füüsikalis-keemiliste omaduste ja maakoores leidumise järgi eristatakse:
tihedusest lähtuvalt

kergmetalle ja –sulameid, mille tihedus ei ületa 5000kg/m³ (liitium, berüllium, magneesium , alumiinium, titaan jt.)

keskmetalle ja –sulameid (tihedus üle 5000, kuid alla 10 000 kg/m³)

raskemetalle ja –sulameid, mille tihedus ületab 10 000kg/m³ ( plaatina , volfram, molübdeen, plii, tina jt.)
sulamistemperatuurist lähtuvalt

kergsulavaid metalle ja sulameid, mille sulamistemperatuur ei ületa plii oma, s.o. 327°C (tina, plii, antimon , elavhõbe jt.)

kesksulavaid metalle ja sulameid (sulamistemperatuur üle plii, kuid alla raua sulamistemperatuuri)

rasksulavaid metalle ja sulameid, mille sulamistemperatuur ületab raua oma, s.o. 1539 °C (volfram, tantaal , molübdeen, nioobium, kroom, vanaadium, titaan jt.)
Tehakse vahet ka leelismetallide, leelismuldmetallide, haruldaste ja hajusate, radioaktiivsete jt. metallide vahel.
9.Al-sulamid: liigitus töödeldavuse ja TT järgi, põhilised esindajad (dural, silumiin)
1)Liigitus töödeldavuse järgi

Deformeeritavad (survetöödeldavad) sulamid

Valusulamid
Enamik defromeeritavaid alumiiniumsulameid on termotöödeldavad, misläbi saab suurendada nende tugevust ja kõvadust.
Deformeeritavatel termotöötlusega tugevdatud alumiiniumsulamitel on väikese tiheduse juures küllaltki suur tugevus, mistõttu sellised sulamid on masina- ja aparaadiehituses teraste järel üks põhilisemaid konstruktsioonimaterjale. Tugevuse tõstmise eesmärgil peale karastamist vanandatakse sulameid kas loomulikult (toatemperatuuril) või kunstlikult (kõrgendatud temperatuuril). Seejuures saavutatakse tugevus mitte karastamisega nagu terastel, vaid vanandamisega.
2)Liigitus TT (termotöödeldavuse) järgi

Termotöödeldavad (vanandatavad) sulamid

Mittetermotöödeldavad (mittevanandatavad) sulamid
3)Põhilised esindajad ( duralumiinium , silumiin)
Alumiinium deformeeritavad sulamid
Deformeeritavad alumiiniumisulamid liigitatakse termotöötluse põhjal järgmiselt:

Sulamid, mida termotöötlusega ei tugevdata (mittetermotöödeldavad)

Termotöötlusega tugevdatavad sulamid (termotöödeldavad)
Esimesse gruppi kuuluvad Al-Mn- ja Al-Mg-süsteemi sulamid, teise Al-Cu- (Al-Cu-Mg-sulamid = duralumiinium), Al-Cu-Ni-, Al-Mg-Si-, Al-Zn-Cu- ja Al-Li-süsteemi sulamid.
Deformeeritavatest, kuid mittetermotöödeldavatest sulamitest tuntumad on Al-Mn- ja Al-Mg-süsteemi sulamid.
Al-Mn-sulamid – mangaaliumid sisaldavad 1...2% Mn, olles ca 15% tugevamad puhtast alumiiniumist ja veidike suurema korrosioonikindlusega. Al-Mg-sulamid magneesiumi suure lahustuvuse tõttu alumiiniumis sisaldavad kuni 10% Mg. Al-Mg-sulamite tootmisel on oluline puhta alumiiniumi kasutamine.
Deformeeritavate ja termotöödeldavate sulamite grupi tüüpilisteks esindajateks on Al-Cu- sulamid, nende seas on ka duralumiinium (Al-Cu-Mg-sulamid).
Termotöötlusel disperssete CuAl2 osakeste tekkele eelnev Cu difusioonist põhjustatud vaserikaste alade teke toob kaasa Al kristallivõres pingete tekke ja sellest tulenevalt kasvab kõvadus ja tugevus. Temperatuuri tõus toob kaasa Cu difusioonikiiruse (Cu difusioonikiirus – vase lahustuvus kiirus) kasvu ja nii luukase eeldused ühendi CuAl2 tekkeks. Kõrgel temperatuuril leiab aset täielik CuAl2 väljasadestumine, mille tulemuseks on pingete kadumine Al kristallivõrest ja leiab aset sulami pehmenemine ja tugevuse vähenemine.
Al-Cu-sulamite põhiline eelis on hea kuumustugevus ning lõiketöödeldavus. Puuduseks on halb valatavus ja halb korrosioonikindlus. Kasutatakse niisuguste detailide valmistamiseks, mis on ette nähtud tööks temperatuuril kuni 350°C (nt sidurikarterid).
Vanadatud Al-Cu-sulameid kasutatakse ehituskonstruktsioonides, lennukiehituses jm. Vask vähendab nendes sulamites korrosioonikindlust, mistõttu lehtmaterjali plakeeritakse korrosioonikindluse tõstmiseks õhukese puhta alumiiniumi kihiga .
Tuntumaks alumiiniumsulamiks on duralumiinium (95 % Al, 3-4 % Cu, 0,5-1,5 % Mg, 0,5% Mn, Si jt), mis on oma omadustelt tugev, kerge, korrosioonikindel ja terase omadustega lähedane materjal. Duralumiiniumit kasutatakse lennukites, tiiburlaevades, kaatrites, allveelaevade keredes ja mujal.
Duralumiinium, duraal, alumiiniumisulam , mis sisaldab 2,2–5,7% vaske ja 0,2%–2,7% magneesiumi. Duralumiinium on deformeeritav ja termiliselt töödeldav. Karastamine suurendab tema plastsust, vanandamine tema tugevust (saavutatakse tõmbetugevus kuni 500MN/m2). Korrosioonikindluse suurendamiseks lisatakse sulamile 0,2–0,1% mangaani, plakeeritakse (kaetakse teise metalli sulami kihiga) teda puhta alumiiniumiga või oksüdeeritakse. Duralumiiniumi kasutatakse laialdaselt konstruktsioonimaterjalina (põhiliselt leht- ja profiilmaterjalina) lennukitööstuses, masina- ja aparaaditööstuses ning ehituses.
Alumiinium valusulamid
Alumiinium valusulamite tüüpiliseks esindajateks on Al-Si-sulamid – silumiinid , mis ei moodusta ja millel ei ole koostises keemilisi ühendeid. Sulamites, alates ränisisaldusest 1,65%, esineb eutektmuutus temperatuuril 577°C, mil moodustub eutektikum ränisisaldusel 11,7%. Tardlahusest ja ränist moodustunud eutektikum (α+Si) on plastne tardlahuse maatriksi tõttu, vaatamata selles paiknevale haprale ränile. Eutektsulami hea vedelvoolavuse tõttu (Si suurendab ka puhta Al vedelvoolavust) kasutatakse sulameid valusulameina valatuna liivsavi- või metallvormi . Kasutatavamad Al-valusulamid sisaldavad 10...13% Si, need on eutektkoostisele ligilähedased sulamid. Üldjuhul on eutektstruktuur jämedateraline, tehes sulami hapraks. Sulami struktuuri peenendamise ja üleeutektse sulami struktuuri asemel eeleutektse struktuuriga suami (nihutab eutekktpunktile vastavat koostist) lisatakase vedelmetalli väikeses koguses (ca 0,01%) naatriumi.
10. Cu-sulamid: liigitus töödeldavuse ja koostise järgi, pronksid , messingid
Vaske legeeritakse väga mitmesuguste elementidega ja saadakse kasulikke sulameid, millest peamised on:

• Vasetsingisulamid ehk messingid (valgevased)
  
• Vasetina-, vasealumiinium- jt sulamid ehk pronksid
  
• Vaseniklisulamid
  

a)Liigitus koostise ja töödeldavuse järgi
Messingid

• Deformeeritavad sulamid
  
• Valusulamid
  

Pronksid

• Deformeeritavad sulamid
  
• Valusulamid
  

Vaseniklisulamid
b)Messingid
Tsingi lisamine vasele soodustab sulami tugevuse suurenemist eelküige tänu tsingi lahustumisele vases; samuti suureneb ka sulami plastsus, mis on ebaharilik . Kõrge plastsusega sulamina on tuntud Zn-sisaldusega messing , nn hülsimessing, mida kasutatakse mürsukestade valmistamiseks. Survetöödeldava messingi Zn-sisaldus piirdub tavaliselt 35%-ga. Edasine Zn-sisalduse tõus toob kaasa messingi plastsuse vähenemise, kuid sulam mõnevõrra odavam. Väikestes kogustes Sn ja Al lisamine parandab messingi korrosioonikindlust merevees, 1...2% plii lisamine parandab aga messingi lõiketöödeldavust. Hästi lõiketöödeldav ja automaadimessingina tuntud sulam sisaldab ca 40% Zn ja 1...2% P.
Kahefaasilised messingid on vormitavad kuumsurvetöötlemise või valamise teel. Kasutatavamad kahefaasilised messingid on Cu/Zn vahekorras 60/40, need on tuntud muntsmetallina. Omaduste parandamise eesmärgil legeeritakse kahefaasilisi messingeid teiste elementidega: väikestes kogustes Pb lisamine tagab hea lõiketöödeldavuse; selliste lisandite nagu Mn, Sn, Al, Fe või Ni lisamine tõstab märgatavalt messingi tugevust. Mn-sisaldavad sulamid on tuntud kõrgtugevate messingitena, mis on kas kahefaasilised, aga ka mõnikord ainult ühefaasilised. Neid kasutatakse valatuna (head valuomadused tänu väikesele kristallisatsioonivahemikule) või kuumsurvetöödelduna ühefaasilisi messingeid kasutatakse mõningate messingjoodiste põhimaterjalina. Üle 50% Zn-sisaldusega messingeid prakitiliselt ei kasutata, kuna struktuuri tulev γ-faas teeb sulami hapraks.
Messingid ei nõua sulatise desoksüdeerimist enne vormi valamist, kuna esiteks alandab Zn tunduvalt messingi sulamistemperatuuri (970°C), teiseks tõrjub osa Zn lendumine sulatistest hapnikku (kerged tsingiaurud moodustavad vedelmetalli pinnal kaitsva keskkonna).
c)Pronksid
1)Tinapronksid
Tinapronkside Sn-sisaldus ei ületa kasutatavais tinasulameis 20%, kuna struktuuri tulevad haprad σ- ja ε-faas. Tõsi, valusulameis juba alates 5% Sn-sisaldusest tuleb struktuuri mõningal määral σ-faas. See on tingitud eelkõige nende sulamite laiast kristallisatsiooniintervallist (likvidus- ja solidusjoone vahest), mistõttu kristalliseerumise aglstaadiumis tekivad tinavaesed kristallid , selle lõppstaadiumis aga tinarikkad σ-faasi sisaldavad kristallid. See sulami keemilise koostise ebaühtlus – likvatsioon – on kõrvaldatav pikaajalise lõõmutamisega; lõpptulemuseks on valandi suur poorsus . Survetöödeldavate tardlahuse struktuuriga sulamite Sn-sisaldus ei ületa tavaliselt 7%. Need α-sulamid on plastsed, hästi survetöödeldavad, kuid ka kiirelt kalestuvad. Neid sulameid kasutatakse mitterauasulameist vedrude, müntide ja ornamentaalse pronkspleki valmistamiseks. Habrast σ-faasi sisaldavad sulamid pole sobivad survetöötlemiseks ja neid kasutatakse eelkõige valatud olekus. Tinapronksid vajavad enne valamist desoküsdeerimist, milleks kasutatakse fosforit. Vajaliku fosforikoguse lisamisel peetakse silmas, et sulam sisaldaks peale desoksüdeerimist teatud jääkfosforit. Selliseid tinapronkse nim fosforpronksideks. Jääkfosfor tõstab tinapronksi tugevust.
Kahefaasiliste tinapronkside põhiliseks kasutusalaks on laagrimaterjalid. Kahefaasiline struktuur on selleotstarbelistele materjalidele sobiv, kuna α-tardlahuse struktuuriga maatriks tagab laagri hea sissetöötavuse ja vastupanu löökidele, väga kõvad ja haprad σ-faasi osakesed kannavad koormust ja tagavad hea kuumuskindluse. Osa jääkfosforit tinapronksides moodustab vaskfosfiidi Cu3P ning see äärmiselt kõva struktuuri koostisosa koos σ-faasiga parandab laagrimaterjali omadusi.
Tinapronksidesse lisatakse ka tsinki ja pliid: Zn lisatakse sulami valuomaduste parandamiseks ja ka sulami odavdamiseks. Tsinki sisaldavat tinapronksi nim ka relvametalliks, kuna varasematel aegadel valati neist raskeid suurtükke. väikestes kogustes Pb lisamine parandab tinapronkside lõiketöödeldavust, suurtes kogustes (kuni 25%) lisatakse pliid laagrimaterjalina kasutatavatesse pliipronksidesse.
2)Alumiiniumpronksid
Alumiiniumpronkside omadused on sarnased tinapronkside omadega. Need sulamid on eelkõige ühefaasilised ja hea külgsurvetöödeldavusega. Kahefaasilisi Al-pronkse kasutatakse eelkõige valatult või detailide valmistamiseks kuumsurvetöötluse teel. Alumiiniumpronkse Al-sisaldusega ca 10% kasutatakse laeva sõukruvide, klappide, pumpade jms merelistes tingimustes töötavate seadmete või nende osade valmistamiseks.
3)Ränipronksid
Räni lahustuvus vases piirdub temperatuuril 850°C 5,3%-ga ja väheneb temperatuuri alanedes. Tehnikas kasutatavad ränipronksid sisaldavad tavaliselt 3% Si ja on homogeense ühefaasilise struktuuriga. Tavaliselt on ränipronksid legeeritud väiksestes kogustes Mn-ga (kuni 1%). Ühefaasilisest struktuurist tulenevalt on ränipronksid hästi survetöödeldavad nii külmalt kui ka kuumalt. Ränipronkside omadused on ligilähedased tinapronksidele, mistõttu neid kasutatakse sageli tinapronkside asemel.
4)Berülliumpronksid
Berülliumpronksid Be-sisaldusega kuni 2,7% on suurima tugevusega vasesulamid. Sulamid on termotöödeldavad (karastatavad ja vanadatavad) nagu Al-Cu-sulamid, mille tulemusena saavutatakse tugevus kuni 1400 N/mm2. Enim kasutatav berülliumpronks sisaldab 2% Be, kuid teistes sulamites on Be-sisaldus 0,4...2,7% koos väikestes kogustes Co ja Ni-ga. Berülliumpronksi kasutatakse vedrude, membraanide, sädet mitteandvate tööriistade jm valmistamiseks.
11. Plastide liigitus; termomehaaniline ja tõmbekõver, esindajad.
Plastide liigitus; termomehaaniline, esindajad
Temperatuurile reageerimise (termomehaanilisuse) järgi liigitatakse palstid kahte gruppi:
a) Termoplastid [polüetüleen (PE), polüpropüleen (PP), polütetrafluoroetüleen ( PTFE ), polüstüreen (PS), polüvinüülkloriid (PVC), polümetüülmetakrülaat ( PMMA ), polüamiid (PA), polükarbonaat (PC), polüatsetaal (POM) jt].
Termoplastid muutuvad kuumutamisel voolavaks ning jahtudes taastuvad esialgsed omadused; nende makromolekulidel on enamasti lineaarne või veidi hargnenud struktuur.
b) Termoreaktiivid [epoksüvaik (EP), polüestervaik, fenoolformaldehüüdvaik (PF) jt].
Termoreaktiivid muutuvad kuumutamisel või kõvendi toimel ruumilise struktuuriga võrestikpolümeerideks, mis ei sula ega lahustu.
Plastide liigitus; tõmbekõver, esindajad
Lõppomaduste (tõmbekõvera) ja otstarbe järgi liigitatakse termoplastid ja termoreaktiivid:
a)tarbepalstideks [polüetüleen (PE), polüpropüleen (PP), polüvinüülkloriid (PVC), polüstüreen (PS), fenoolformaaldehüüdvaik (PF) jt]
b)konstruktsioonplastideks [polükarbonaat (PC), polüamiid (PA), polüatsetaal (POM), polüetüüleentereftalaat (PETP), polümetüülmetakrülaat (PMMA), epoksüvaik (EP) jt]
c)eriplastideks [polüfenüleensulfiid (PPS), polüeeter-eeterketoon (PEEK), polüvinüülideenfluoriid (PVDF), polüimiid (PI) jt]
Polümeeride liigitamine vormimisomaduste järgi
Termoplastid
Reaktoplastid e.
Termosetid
Elastomeerid
Lineaarsed , vähehargnenud
makromolekulid
Võrkstruktuuriga, ristsillatud makromolekulid
Lineaarsed, harvalt ristsillatud makromolekulid
Toatemperatuuril jäigad
Toatemperatuuril jäigad ja tugevad
Toatemperatuuril elastsed
Võimalik korduvalt vormida, viies materjali soojendamisel sulaolekusse ja jahutamisel uuesti tahkestada
Võimalik vormida ainult üks kord, mille käigus toimub molekulide omavaheline ristsildumine ja tugeva struktuuri moodustamine
Võimalik vormida ainult üks kord, mille käius toimub osaline molekulide omavaheline sildumine ja elastse struktuuri moodustamine
Termoplastid

• Lineaarsed, vähehargnenud
  
• makromolekulid
  
• Toatemperatuuril jäigad
  
• Võimalik korduvalt vormida, viies materjali soojendamisel sulaolekusse ja jahutamisel uuesti tahkestada
  

a)Polüetüleen (PE)
Enimtuntumad polüetüleeni homopolümeerid on:
HDPE – kõrgtihe polüetüleen
LDPE – madaltihe polüetüleen
LLDPE – lineaarne madaltihe polüetüleen
UHMWPE – ülikõrge molekulmassiga polüetüleen
1)kõrgtihe polüetüleen (HDPE) – on valdavalt lineaarne polümeer. Materjalil on madalatel temperatuuridel hea löögisitkus ning suurepärane keemiline vastupanu, kuida ta on tundlik ultraviolettkiirgusele.
2)madaltihe polüetüleen (LDPE) – on ulatuslikult hargnenud ahelatega polümeer. Materjalil on samuti madalatel temperatuuridel hea löögisitkus, kuid tal on väga väike kõvadus ning tugevus, hea keemiline vastupanu ja ta on suurepärane dielektrik .
3)lineaarne madaltihe polüetüleen (LLDPE) – on korrapärase struktuuriga polümeer. LLDPE-d iseloomustab kõrgem tõmbetugevus ning löögisitkus ja parem sulavoolavus kui LDPE-l.
4)ülikõrge molekulmassiga polüetüleen (UHMWPE) – on tunduvalt kõrgema molekulmassiga polümeer. UHMWPE-l on arvestatav kõvadus, suurepärane keemiline vastupanu ja hea vastupanu kriimustamisele ja abrasiivkulumisele; ta on tunduvalt suurema sitkusega. Materjal ei ole sulatöödeltav, mistõttu teda töödeltakse kummiolekus.
Polüetüleene kasutatakse ka plastkomposiitides, eelkõige klaaskiudarmeerituis, mis annab materjalile suurema kõvaduse ja tugevuse.
b)Polüpropüleen (PP)
Polüpropüleen on kõrgkristalne polümeer nagu PE. Peaahelal on aga CH3 külgrühmad, mille paigutuse süsteem või korrapära määrab selle, kas materjal on termoplast või elastomeer . PP on suurema tugevuse ja kõvadusega kui HDPE. PP tihedus on aga ligilähedane LDPE-le. Teda iseloomustab hea keemiline vastupanu ja kõrge väsimustugevus. Eripäraks on väga hea vastupanu korduvpainutusele, kuid madalatel temperatuuridel muutub polüpropüleen hapraks.
Kõrgema löögisitkusega materjali saamiseks kasutatakse polüetüleeni polümeeri mehaanilist segamist väiksetes kogustes elastomeeridega. Sitkem polüpropüleen on 2...10% eteeni sisaldav propeeni kopolümeer, mida nim polüallomeeriks. Polüallomeeri haprumistemperatuur on ca -40°C. Polüpropüleen on väga tundlik ultraviolettkiirgusele.
Polüpropüleenist valmistatakse ka klaaskiudarmeeritud plastkomposiite, milles klaaskiud annab materjalile suurema kõvaduse ja tugevuse. Ultraviolettkiirgusetundlikkuse vähendamiseks peavad kompositsiooni kindalsti kuuluma ka antioksüdandid ja UV- filtrid .
c)Polüvinüülkloriid (PVC)
Polüvinüülkloriid on suhteliselt odav termoplast, hea keemilise vastupanuga hapetele ja leelistele. Polümeeris olevad kloori aatomid muudavad selle molekulid polaarseteks. Molekulidevaheliste polaarsete tõmbejõudude tõttu saadaksegi üsna kõva ja jäik materjal. PVC on termiliselt väga ebastabiilne polümeer – ta annab väga kergesti ära HCl ja juba väike kogus tekkinud HCl autokatalüüsib edasise degradatsiooni väga kiiresti. Kompaundi kuuluvad kindalsti stabilisaatorid. PVC on kõige ulatuslikumalt plastifitseeritav materjal, mistõttu tal on mitmeid liike ja tema kasutusvaldkond on äärmiselt lai:
PVC – polüvinüülkloriid
UPVC – plastifitseerimata polüvinüülkloriid
PPVC – plastifitseeritud polüvinüülkloriid
CPVC – järelkloreeritud polüvinüülkloriid
PVDC – polüvinülideenkloriid
1)plastifitseerimata polüvinüülkloriid (UPVC) – on tugev, jäik ja kõva materjal ning hea ultraviolettkiirguskindlusega.
2)plastifitseeritud polüvinüülkloriid (PPVC) – on erinevalt UPVC-st vähem jäik, elastne plast , mille omadused on saadud lähtepolümeeri plastifikaatori lisamisel. Plastifikaatori kogus võib ulatuda vormitava materjali kaalust 5...50%. plastifikaatori tüüp ja kogus määravad saadava palsti lõplikud omadused. PPVC keemiline vastupanu on madalam kui UPVC-l.
Umbes 1/4 valmistatavast PVC-st kasutatakse plastifitseerimata kujul (UPVC), ülejäänud plastifitseerituna (PPVC).
3)järelkloreeritud polüvinüülkloriid (CPVC) – moodustub dikloroetüleeni monomeerist. CPVC mehaanilised omadused säilivad 10...15°C võrra kõrgemate temperatuurideni kui PVC-l.
4)polüvinülideenkloriid (PVDC) – on märkimisväärselt hea vastupanuvõimega orgaanilistele lahustitele. Sellel materjalil on mitmed märkimisväärseid omadusi, tänu millele ta on rida väga huvitavaid erirakendusi.
d)Fluorosüsinikpolümeerid
Fluorosüsinikpolümeerid on fluori sisaldavad fluoroorgaanilised polümeerid, mis jagunevad:
PTFE – polütetrafluoroetüleen
PVDF – polüvinülideenfluoriid
PFA – perfluoroalkoksüetüleen
ECTFE – klorotrifluoroetüleen
1)polütetrafluoroetüleen (PTFE) – on laialdast kasutust leidnud fluorosüsinikpolümeer. Selle materjali tähelepanuväärsemaiks omaduseks on kõrge termopüsivus. PTFE polümeer kaotab oma kristalse struktuuri temperatuuril üle 327°C, kuid ka sellel temperatuuril surve all olles ei valgu ta veel laiali.
Süsiniku ja fluori vaheline kovalentside on äärmiselt tugev, mis annab materjalile hea stabiilsuse. PTFE on keemiliselt inertne ja väga heade antifriktsioonomadustega. Teatud omaduste parandamiseks kastutakse erilisandeid: klaaskiud, pronkspulbrit, grafiiti jt.
2)polüvinülideenfluoriid (PVDF) – on fluorosüsinikpolümeer, millel on sulatatavatest fluorosüsinikpolümeeridest kõrgeim tõmbetugevus ning lisaks hea abrasiivkulumiskindlus ja keemiline vastupanu.
3)perfluoroalkoksüetüleen (PFA) – PFA on sulatatavatest fluoroplastidest kõrgeima termopüsivusega, mille keemiline vastupanu on sarnane PTFE-ga.
Antud plasti omadused saavad määravaks, kus on tegemist kõrgete temperatuurideg, kus PTFE mehaanilised omadused ei vasta nõutud tingimustele.
4)klorotrifluoroetüleen (ECTFE) – on etüleeni ja klorotrifluoroetüleeni kopolümeer. Materjali iseloomustab hea ilmastiku- ja kemikaalikindlus .
e)Polüstüreen (PS)
PS – polüstüreen
ABS – akrüülnitriil-butadieen-stüreen
SAN – stüreenakrüülnitriil
1)polüstüreen (PS) – on rabe, klaasjas (Tk = 100°C) (Tk – klaasistumistemperatuur) ja läbipasitev polümeer. Teda on kerge töödelda ning tal on hea mõõtmetepüsivus. Seevastu on PS-l väga madal kemikaalikindlus ja ta on tundlik ultraviolettkiirgusele.
2)akrüülnitriil-butadieen-stüreen (ABS) – on akrüülnitriilist, butadieenist ja stüreenist koosnev kopolümeer.
ABS on heade mehaaniliste omaduste, eriti löögisitkuse ja hea mõõtmetepüsivusega. On keemiliselt vastupidav paljudes hapetes, leelistes ning õlide (petrooleum) baasil valmistatud lahustites . Materjali on kerge vormida.
3)stüreen-akrüülnitriil (SAN) – on stüreeni kopolümeer, mis tavaliselt sisaldab 20...30% akrüülnitriili; tal on hea kombinatsioon tugevusest, kõvadusest, jäikusest nin läbipaistvusest koos parema keemilise vastupanuga kui PS. Polüstüreenmaterjalidest valmistatakse ka klaaskiudarmatuuriga plastkomposiite, andmaks materjalile paremaid tugevusomadusi ja suuremat kõvadust.
f)Akrüülplastid
Akrüülmaterjalid on termoplastsed polümeerid, mis saadakse estrite, akrüülhappe ja/või metakrüülhappe polümerisatsioonil. Enamkasutatavad akrüülplastid on PMMA ja PAN.
PMMA – polümetüülmetakrülaat
PAN – polüakrüülnitriil
Akrüülplaste sünteesitakse ka etüül- proüpüül- või butüülakrülaadi- või metakrülaadina.
1)polümetüülmetakrülaat (PMMA) – toatemperatuuril on polümeer amorfne ja seda kuni klaasistumistemperatuurini (Tk = 110°C). PMMA on kõva, jäik ja kõrge löögisitkusega termoplast, mis on väga hea läbipaistvusega ning kergesti vormitav kõigi termoplastide töötlusel kasutatavate tehnoloogiatega. Pleksiklaasina tuntud termoplast PMMA on vastupidav kõikidele majapidamiskemikaalidele, kuid ei kannata petrooli ega orgaanilisi lahusteid. PMMA on üks enamkasutatavaid optilisi materjale, kuna tal on hea läbipaistvus, võrreldes optiliste klaasidega.
2)polüakrüülnitriil (PAN) – PAN’i iseloomustab kõrge stabiilsus, vastupidavus hapetele ja määretele.
g)Polükarbonaat (PC)
Polükarbonaat on tugev ja läbipaistev materjal, kõrge löögisitkusega temperatuurivahemikus -40...115°C, madala väsimustugevuse ja kulumiskindlusega; ta lahustub mõningates orgaanilistes lahustites. Tugevuselt asub ta pingereas polüamiidide järel.
h)Polüamiid (PA)
Diamiinide ja orgaaniliste dihapete polükondensatsioonireaktsiooni tulemusena saadavad polüamiidid ehk nailonid on väga tugevad ja kõvad materjalid ning neil on hea abrasiivkulumiskindlus. Nad on elastsed ja kõrge löögisitkusega. Üldjuhul on nad kemikaali- ja lahustikindlad, kuid on tundlikud fenoolide suhtes. Kahjuks on polüamiidid vett imavad materjalid, mis mõjub tugevust alandavalt. Probleemiks on ka suur kristallumisest tingitud mahukahanemine ja järelkahanemine toatemperatuuril.
Omaduste parandamiseks kasutatakse täiteaineid ja modifikaatoreid: klaaskiudu, määrdeaineid ja paljusid teisi komponente, mis aitavad erinevaid omadusi esile tõsta.
i)Polüatsetaal (POM)
Formaldehüüdi polümerisatsioonil saadav polüatsetaal (POM) on tuntud ka lihtsalt atsetaalvaiguna või polüoksümetüleenina.
Polüatsetaale iseloomustab suur kõvadus ja tugevus ning head antifriktsioonomadused, mis säilivad kuni 120°C-ni.
Eristatakse kahte tüüpi polüatsetaale:
POM-C – atsetaalkopolümeer
POM-H – atsetaalhomopolümeer
1)atsetaalkopolümeer (POM-C) – on vastupidavam hüdrolüüsile, tugevatele leelistele ja termilisoksüdatiivsele degradatsioonile kui POM-H.
2)atsetaalhomopolümeeril (POM-H) – on aga parem tugevus, sitkus, kõvadus ja roomepiir, termopüsivus ning tihti ka suurem kulumiskindlus.
POM on väga hästi töödeldav ning on eriti sobiv täppisdetailide valmistamiseks.
j)Küllastunud polüestrid
Estrid on onrgaaniliste hapete ja alkoholide vahelise kondensatsioonireaktsiooni produktid . Eristatakse kahte polüesterpolümeeri:
PETP – polüetüleentereftalaat
PBT – polünutüleentereftalaat
1)polüetüleentereftalaat (PETP) – PETP on kõrge tugevuse ja kõvadusega termoplast, mille iseloomulikeks omadusteks on suur mahukahanemine vormimisel, piiratud hüdrolüüsikindlus, head elektrilised ja soojuslikud omadused ning ta võib pidevalt töötada temperatuuridel 110°C.
2)polübutüleentereftalaat (PBT) – PBT on termoplast, milles on hästi tasakaalustatud jäikus- ja kõvadusomadused. Ta võib pidevalt taluda töötemperatuuri kuni 100°C, seejuures olenemata pingeolukorrast mitte kaarduda, kuigi suur kahanemine vormimisel ja halb vastupanu hüdrolüüsile on PBT puudusteks.
k)Polüeeter-eeterketoon (PEEK)
Polüeeter-eeterketoon on hinnatud materjal aladel, kus on esitatud kõrgendatud nõuded materjali temperatuurikindlusele, elektrilisele koormusele ja kemikaalikindlusele. Sulamistemperatuur on üle 340°C. Materjali iseloomulikeks omadusteks on suur mehaaniline tugevus, jäikus ja kõvadus, väga kõrge lubatud töötemperatuur (250...310°C) ja roomepiir, kulumiskindlus erinevates töökeskkondades, hea mõõtmetepüsivus, head dielektrilised omadused, erakordne radiatsioonikindlus, keemiline püsivus ning vastupidavus hüdrolüüsile, halb süttivus ja väga väike suitsueraldus põlemisel.
l)Polüfenüleensulfiid (PPS)
Polüfenüleensulfiidi iseloomustavateks omadusteks on hea stabiilsus kõrgetel temperatuuridel (ta on sobiv materjali pidevaks tööks temperatuuridel kuni 220°C), hea tugevus, jäikus ja kõvadus, kõrge roomepiir, väga hea mõõtmetepüsivus, head elektriisolatsiooniomadused, väga hea vastupanu radioaktiivsele kiirgusele, hea vastupanu kemikaalidele ja lahustitele ning halb süttivus.
m)Polüimiidid (PI)
Polüimiidid on grupp lineaarseid aromaatseid polümeere, millest osa on termoplastid ja osa on termoreaktiivid, kuid mis pakuvad parimaid omaduste kombinatsioone. Neid iseloomustab suurepärane omaduste stabiilsus: tugevus, jäikus, muutumatu kõvadus temperatuuriintervallis kuni 500°C (nii on neile lubatud töötemperatuurideks -273°C kuni 250°C ja enam, lühiajaliselt kuni 480°C). Samuti on neil kõrge roomepiir, head antifriktsioonomadused, kõrge kulumiskindlus (võimalike määrdelisanditega kombineeritus), mõõtmetepüsivus, head dielektrilised omadused, suurepärane vastupanu radiatsioonile ja halb süttivus.
Termoreaktiivid

• Võrkstruktuuriga, ristsillatud makromolekulid
  
• Toatemperatuuril jäigad ja tugevad
  
• Võimalik vormida ainult üks kord, mille käigus toimub molekulide omavaheline ristsildumine ja tugeva struktuuri moodustamine
  

a)Epoksüplastid (EP)
Epoksügruppi sisaldavatele oligomeeridele kõvendi lisamisel moodustub ruumilise struktuuriga polümeer – epoksüplast. Vaikude, kõvendite, täiteainete ja muude lisandite kombineerimisel saadakse hulgaliselt erinevate omadustega kompaunde, mida kasutatakse elektrotehniliste toodete valmistamisek, hermetiseerimiseks, liimimiseks jms. Kõvenemisel ei teki lenduvaid aineid ja mahukahanemine on väike (0,2...2%). Epoksüoligomeere kasutatakse ka suuremõõtmeliste detailide vormimiseks, kasutades täitematerjaliks klaasriiet, klaaskiudu või süsinikkiudu.
b) Fenoplast (PF)
Esimesi kasutusele võetud termoreaktiivseid materjale olid fenooli ja formaldehüüdi baasil polümeerid – saadud fenooli polükondensatsioonil formaldehüüdiga. Saadav polümeer on läbipaistmatu, piimijasvalge, mis aja möödudes tumeneb. Üldiselt aga lisatakse fenoolvaigust vormimispulbritele värvipigment juba valmistamisel, et anda materjalile ühtlane tume värvus. Üks tuntumaid fenoolvaigust plaste on bakeliit .
Fenoolformaldehüüdist materjale iseloomustavad suur kõvadus, jäikus töötemperatuur kuni 150°C, madal soojusjuhtivus, head elektriisolatsiooniomadused, hea vastupidavus õlidele, määretele ja enamikule üldkasutatavatele lahustitele.
c)Aminoplastid
Selle grupi polümeerid, sisaldades aminorühma –NH2, saavad kondenseeruda aldehüüdidega, moodustades jäiga polümeeri. Tähtsamateks keemilisteks ühenditeks, mis annavad aldehüüdidega polümeere, on karbamiid ja melamiin .
UF – karbamiidformaalaldehüüd
MF – melamiinformaalaldehüüd
Karbamiidformaalaldehüüd (UF) ja melamiinformaalaldehüüd (MF) – on tugevad ja jäigad termoreaktiivsed plastid . Üldiselt on need materjalid muudegi omaduste poolest küllaltki sarnased; vahet tuleks teha aga nende temperatuuriulatuvuses, milles MF on mõnevõrra parem. MF-i töötemperatuur ulatub kuni 95°C, kui UF-l on see 80°C. Kõrgematel temperatuuridel hakkab UF intensiivselt tumenema ja algab materjali destruktsioon. Lisaks on UF ja MF väga heade elektriisolatsiooniomadustega ning hea vastupanuga enamikule kemikaalidele.
Elastomeerid

• Lineaarsed, harvalt ristsillatud makromolekulid
  
• Toatemperatuuril elastsed
  
• Võimalik vormida ainult üks kord, mille käius toimub osaline molekulide omavaheline sildumine ja elastse struktuuri moodustamine
  

Elastomeeride esindajad: SI, SB, TPE-S, TPU jt.
Naturaalkummi (NR)

• Saadakse kautšukipuu mahlast ( heveapuu Brasiilias, guayule Mehhikos ja Kagu-Aasias guttapertš ja balata)
  
• Mahl jookseb läbi happeaurude ja valtsitakse 3-4 mm lehtedeks
  
• Võrkstruktuurita NR -nn. Latex - kaitsekindad, kondoomid
  
• Vulkaniseeritud NR- rehvimaterjal (30% kõikidest elastomeeridest)
  

Stürool-butadieenkummi (SBR) ja akrüülnitriil-butadieen-kummi- (NBR)

• SBR on üldotstarbeline, väga levinud elastomeer- saadakse stürooli ja butadieeni kopolümerisatsiooni käigus
  
• Puuduseks on vananemine ja lahustuvus õlis ja bensiinis
  
• Kasutatakse jalatsite taldade, kaabli-isolatsioonkihtide valmistamiseks
  
• NBR- halvasti töödeldav, valdavalt autode talverehvide valmistamiseks (madal Tg),
  
• Saadakse butadieeni ja akrüülnitriili kopolümerisatsiooni käigus
  
• Ei lahustu õlis ja bensiinis- kasutakse tihendite jm. suurt tugevus ja rebimiskindlust nõudvates rakendustes
  
• Elektrijuht - ei saa isolaatorina kasutada!
  

12.Plastide omadused, eelised ja puudused.
Plastid on polümeermaterjalid, mille põhikomponendiks on polümeerid. Mitmekomponentse süsteemina sisaldavad need lisaks põhipolümeerile mitmeid lisandeid ja abiaineid, mille ülesandeks on polümeeride tehnoloogiliste ja talitusomaduste modifitseerimine :

• Füüsikaliste, mehaaniliste või elektriliste omaduste modifitseerimine
  
• Termo- ja valguskindluse tõstmine
  
• Hinna alandamine
  
• Värvuse, läbipaistvuse jt optiliste omaduste muutmine
  
• Töödeldavuse parandamine
  

Põhilisteks lisa- ja abiaineteks on täiteained, plastifikaatorid, stabilisaatorid, määrdeained ja värvained.
Polümeerid kui plastide põhikomponendid on kõrgmolekulaarsed ühendid, milles makromolekul on ehitatud madalmolekulaarsetest ühendidest – monomeeridest, mis on ühendatud kovalentsidemetega.
1)Plastide omadused:
a) mehaanilised:

• vastupanu mehaanilistele mõjudele – tõmbele, survele, paindele ja löögile.
  
• Kõvadus,
  
• hõõrdumine, kulumiskindlus.
  

b) füüsikalised.

• Sooja- ja külmakindlus
  
• soojusjuhtivus
  
• soojuspaisumine
  

c)elektrilised.

• vastupanu elektrivälja toimele
  
• dielekriline vastupidavus.
  

d)optilised:

• läbipaistvus
  
• valguse neeldumine /peegeldumine
  

e)keemiline vastupidavus
f)sanitaar-hügieenilised omadused.
Tehnoloogiliselt olulised omadused, mis määravad plastide töödeldavuse:

• sulavoolavus/sulaviskoossus
  

• niiskusesisaldus
  

• termostabiilsus
  
• kompaundi koostis (kompaund on segukoostis, mis on töötlemisvalmis ja sisaldab juba kõiki vajalikke lisandeid).
  
• Kahanemine
  

2)Plastide eelised.

• Madalamad töötlemistemperatuurid kui metallidel ja keraamikal, seega madalam energia kulu.
  
• Mahu/kaalu suhe on polümeermaterjalide kasuks, minimaalne viimistlemis vajadus
  
• Toote odavus .
  
• Hea töödeldavus,
  
• korrosioonikindlus
  
• kergemakaalulisus
  
• hea mehaanilise tugevuse ja tiheduse suhe ( eritugevus )
  
• plastid tagavad ühtlaselt vaikse töö.
  
• Nad on head elektri- ja soojusisolaatorid
  

Plastkomposiidid on komposiitmaterjalid , mille struktuuris maatriksiks ehk põhimaterjaliks on plast ning armatuuriks ehk sellesse sisestatavaks lisandiks tavaliselt kas klaaskiud, metallpulber, molübdeensulfiid või mõni muu iseloomulik omadusega materjal, vedelik või määre. Maatriksiks võivad olla termoplastid ja termoreaktiivid.
Plastkomposiitide põhilisteks eelisteks on

• Odavus, võrreldes teiste komposiitmaterjalidega ( metalsed , keraamilised )
  
• Hea tehnoloogilisus
  
• Kõrge eritugevus
  
• korduvkasutatavus
  

3)Plaskomposiitide nagu plastidegi põhiliseks puuduseks on

• Suhteliselt madal lubatav töötemperatuur
  
• haprumine madalatel temperatuuridel.
  
• Nende vananemine aja jooksul
  

13. Plastide, komposiitide vormimismeetodid.
Plastide tootmine ja töötlemine oleneb plastitüübist ja toote konstruktsioonist. Termoplaste eelkõige valatakse, vormitakse ja töödeltakse ekstruuderiga; termoreaktiive pressitakse, valatakse ja vormitakse. Mõlemal puhul kasutatakse ka lõiketöötlemist (treimist, freesimist, saagimist, puurimist). Keevitamist on võimalik rakendada ainult termoplastide töötlemisel.
Pulbriliste materjalide vormimine
Enamik plastide töötlemisprotsesse koosneb järgmistest operatsioonidest:

• soojendamine pehmenemiseni
  
• vormimisprotsess
  
• jahutamine ( tardumine )
  
• toote eraldamine.
  

Tehnoloogilised omadused, mis on määravad plastide töötlemisel, on järgmised: voolavus, niiskusesisaldus, termostabiilsus, osiseline koostis ja kahanemine.
a)Pressimine
Pressimine on töötlemiseviis, mille puhul materjal viiakse rõhu ja kuumuse toimel plastsesse olekusse, nii et ta täidab kogu vormi. Pressimiseks kasutatakse sõltuvalt energia ülekande viisist mehaanilisi, hüdraulilisi, pneumaatilisi või kombineeritud presse ja neisse paigutatavaid või nende juurde kuuluvaid ühe- või mitmepesalisi pressvorme. Vormi viidud plastipulber ( presspulber ) muutub temperatuuril 170...200°C ja rõhul 15...75 MPa voolavaks, täidab vormipesa ning muutub keemiliste reaktsioonide tulemusena kõvaks ja lahustumatuks. Pressimist kiirendab eelnev tablettimine (toatemperatuuril ja rõhul 50...200 MPa) ja soojendamine kõrsagedusvooluga (20...50 MHz) temperatuurini 100...140°C.
Kasutatakse järgmisi pressimismeetodeid:
a) otsepressimine.

• külmpressimine (T
• kuumpressimine (T > 170°C; p > 45MPa)
  

b) valupressimine – pressvormi surutakse soojendatud , voolavaks muutunud materjal (T=170...200°C; p= 15...75 MPa)
b)Survevalamine
Survevalamine on levinuim ja arenevaim plastide töötlemismeetod nii termoplastide kui ka termoreaktiivide korral. Valamiseks kasutatakse survevalumasinat, milles pöörlev tigu (või siis vanemates konstruktrioonides ka kolb) surub silindris soojuse ja rõhu toimel voolavaks muutunud materjali läbi valukanali vormi.
Survevalumasin koosneb :

• valusõlmest, milles toimub materjali plastifitseerumine, homogeniseerumine ja materjali viimine voolavasse olekusse.
  
• Vormisulgemissõlmest, mille ülesandeks on valuvormi sulgemine ja avamine ning vormi kooshoidmine valamisel.
  
• Valuvormist, mis võib olla ühe- või mitmepeasline.
  

Valumasina iseloomulikesk parameetriteks on vormi sulgemisjõud, valandi maht, protsessi rõhk.
Survevalumasinatel võib toote vormimise protsessi jagada neljaks osaks:

• vormi sulgemine ( vormi liikumine suulise vastu)
  
• materjali surumine vormi.
  
• Materjali tardumine vormis ja uue materjali ettevamistus valamiseks.
  
• Valuvormi avamine ja toote eemaldamine vormist.
  

Termoplastide valamisel on silindri temperatuur 100...280 °C ja rõhk 57...400 MPa. Vormi surutud kuum materjal tardub jahtudes (vormi temp. 30...90°C) ning omandab vormipesa kuju.
Termoreaktiivide korral on silindri temp. 80...95°C ja rõhk 100... 200 MPa. Nende survevalu põhineb asjaolul, et termoreaktiivid käituvad lühikese aja vältel nagu termopalstid. Hiljem materjal kõveneb kuumas vormis (140...180°C) kulgevate reaktsioonid tulemusena.
c)Ekstrusioon
Ektrusioonil töödeldakse termoplaste järgmiselt: ekstruuderi kuumas silindris muudetakse plastid pöörleva teo toimel plastseks, see võimaldab neid suruda läbi vormiva kanali (ekstrusioonipea ehk suulise). Seejärel toode jahutatatkse. Ekstruuderi silindri temperatuur (140...240°C) oleneb eelkõige plastist .
Ektrsiooniprotsessi staadiumiteks on

• materjali plastifitseerimine ekstruuderis
  
• plastses oleksus materjali vormimine suulises,
  
• vormitud materjali jahutamine
  
• vastuvõtt, lõikamine, kerimine .
  

Põhisõlmed ekstruuderite ehituses on järgmised: tiguvõll (tigu), silinder , kütteelemendid, suuline ja ajam . Ekstruuderid liigitatakse tööorganite järgi üheteoliseks, kaheteolisteks ja erikonstruktsiooniga ekstruuderiteks.
d)Valuvormimine
Valuvormimine seisneb ilma lisarõhkusid kasutamata termoplastse materjali sulatamises ja järgnevalt selle viimises vormi, milles toimub tardumine kas jahtumise või katalüsaatorite mõju tulemusena. Vormimise operatsioonideks polümerisatsioonil vormis on

• materjalide ja vormi ettevalmistus
  
• polümeriseeruva kompositsiooni valmistamine
  
• toote vormimine.
  

Valuvormitavaist materjalidest levinumad on nailon ja polüakrülaadid.
e)Rotatsioonvalu
Rotatsioonvalu korral surutakse pulbriline plast tsenrifugaaljõu mõjul vastu kuuma vormi; jahtudes omandab sulanud materjal vormi kuju. Nii saab vormida suuri ja keeruka kujuga esemeid.
Lehtmaterjalis toodete vormimine
Lehtmaterjalide korral kasutatakse üle- või alarõhu abil vormimist (vastavalt pneumo - või vaakumvormimist) või mehaanilist vormimist.
Lehtmaterjali vormimismasina osad on vorm, infrapunasoojendi ja kompressor või vaakumpump.
Lehtmaterjali vormimisprotsess kossneb järgmistest operatsioonidest:

• lehtmaterjali soojendamine
  
• lehtmaterjalile sobiva kuju andmine
  
• toote vormist eemaldamine.
  

Termopalstist lehtmaterjali vorimisel soojendatakse see temperatuurini 100...200°C ja surutakse (rõhul kuni 2,5 MPa) või imetakse vaakumi abil vastu vormi (mudelit), mille kuju ta jahtudes omandab. Vormimismenetlusel valmistatakse termoplastsetest lehtmaterjalidest õhukeseseinalisi suuremõõtmelisi tooteid.
Pneumovormimine võimaldab, võrreldes vaakumvormimisega, valmistada sügavamaid ja suurema seinapaksusega tooteid.
Mehaaniline ehk kahepoolne vormimine toimub lehtmaterjali ettekuumutamisega, kus ta vormitakse mittekuumutatava matriitsi ja templi vahel.
14. Komposiitmaterjalid: liigitus maatriksi ja armatuuri järgi. Kermis ? Prepreg ?
Komposiitmaterjalideks nim kahest või enamast osast (faasist) materjale, kusjuures faaside omadused ja orientatsioon on järsult erinevad ja kontrollitavad. Komposiitmaterjal on heterogeenne, selle omadused (korrosiooni- ja kuumuskindlus, magnetilised omadused, jäikus, tugevus jm) on määratud tema koostisse kuuluvate faasidega. Tavaliselt on üks faasidest kõva ja tugev ning teine plastne ja elastne. Kõva faasi nim armatuuriks (sarruseks) ja plastsest maatriksiks.
Armatuur e. Sarrus annab komosiitmaterjalile tugevuse, jäikuse ja tagab mehaaniliste omaduste säilimise tööolukorras (kõrgel või madalal temperatuuril, agresiivses keskonnas jne).
Maatriks annab materjalile vormi, monoliitsuse ning tagab koormuse ümberjaotumise armatuuri elementide (kiudude) vahel.
a) Komposiitmaterjalide liigitus armatuuri järgi
Armatuur võib olla kiuline või pulbriline. Kiuline armatuur on riie , vilt, lint jne. Kiudarmatuuril on nii positiivseid kui ka negatiivseid omadusi. Eeliseks on suurem tugevus ja võimalus luua maksimaalse tugevusega komposiitmaterjale. Puuduseks on aga see, et kiudarmatuur võib kanda ainult teljesuunalist koormust. Ristisuunas kiudarmatuur tugevust ei tõsta, vaid võib isegi komposiitmaterjale nõrgestada. Kiudarmatuurina kasutatakse:

niitkristalle e. Fibrille, mida iseloomustab maksimaalne tugevus, kergus, kuumus- ja korrosioonikindlus, aga ka kõrge hind (MgO, mulliit Al2O3∙2SiO2 jt)

metalltraati, mida iseloomustavad stabiilsed füüsikalis-mehaanilised omadused ja odavus (W, Mo, teras)

polükristallilist ja anorgaanilist kiudu (süsinik, kvarts jt), mida iseloomustab odavus ja kergus ning mis on väga tundlikud mehaaniliste mõjutuste suhtes.
b)Komposiitmaterjalide liigitus maatriksi järgi
Komposiitmaterjali põhimaterjaliks on reeglina maatriks, mis koos armatuuriga (sagedamini kiududega) võtab vastu koormuse. Kui kuid purunevad, deformeerub maatriks plastselt. Seega maatriksi deformeeritavus peab olema sama suur või suurem kui kiudude deformeeritavus (εM˃εA) (εM – maatriksi deformeeritavus; εA – armatuuri deformeeritavus).
Komposiitmaterjali maatriksina kasutatakse metalle ja sulameid (alumiiniumi, magneesiumi, niklit , titaani jt), polümeersetest materjalidest termoreaktiive (epoksü-, polüester- ja fenoolvaike), keraamilistest materjalidest oksüüdkeraamikat (Al2O3, MgO, ZrO2 ) ja mitteoksüüdkeraamikat (boriide TiB2, ZrB2, nitriide Si3N4, AlN, BN ja silitsiide MoSi2).
Maatriksi koostise järgi eristatakse komposiitmaterjale järgmiselt:

• metallkomposiitmaterjalid (MKM), ka disepersioonarmeeritud komposiitmaterjalid ja pseudosulamid.
  
• Plastkomposiitmaterjalid (PKM)
  
• Keraamilised komposiitmaterjalid (KKM)
  
• Süsinikkomposiitmaterjalid (SKM)
  

c)Kermis
Kermis on rasksulavate suure kõvadusega karbiidide, nitriidide, oksiidide, boriidide jt. alusel pulbermetallurgilisel teel valmistatud komposiitmaterjal. (Kokkuvõttev seletus allolevast kermiste seletusest).
Kermised on keraamilis-metalsed komposiidid, kus keraamilise komponendina kasutatakse rasksulavaid suure kõvadusega oksiide, karbiide, boriide, nitriide. Kermiseid saab toota vaid pulbermetallurgia meetoditega. Tuntuimad ja enimkasutatavad on karbiidkermised , eelkõige volframkarbiidi (WC) baasil karbiidkermised, mida tuntakse ka kõvasulamitena. Kõvasulameid WC-Co, WC-TiC-Co, WC-TiC-TaC-Co jt. kasutatakse tööriistade, kulumiskindlate ja kuumustugevate detailide valmistamisel.
d)Prepreg
Eelimpregneeritud materjalid (prepregid) on kiudarmatuurid või riided, mis on eelnevalt impregneeritud vaiguga (epoksüvaik jt) ning neil on lastud osaliselt tahkistuda (’’sültistuda’’). Täielikuks tahkistumiseks tuleb neid kuumutata rõhu all. Seega on neid võimalik toatemperatuuril lihtsalt vormida sobilikuks kujuks. Preprege tuleb hoida külmas, sest ka toatemperatuuril toimub tahkistumine, kuid aeglaselt.
Prepregide eelisteks ,tavalise mähkimise ja immutamise teel saadud komposiitmaterjalide ees, on väga head mehaanilised omadused, mis on saavutatud täpsete koguste vaigu immutamisel kiudarmatuuri või riidesse. Puuduseks on neil kõrge hind, mille põhjuseks on kallis tehnoloogiline protsess õige koguse vaigu immutamiseks kiudarmatuuri või riidesse.
Preprege kasutatakse põhiliselt lennukite ja superautode valmistamiseks.
15. Tehnokeraamika liigitus, esindajad, omadused.
Tehnokeraamika all mõeldakse kaasaegseid rasksulavate ühendite baasil valmistatud töörista- ja eriomadustega konstruktsioonimaterjale.
Tehnokeraamika on väga erinevate omadustega sõltuvalt koostisest ja valmistamise tehnoloogiast . Nende seas on häid elektrijuhte (keraamilised ülijuhid), kui ka peaaegu ideaalseid dielektrikuid .
Tehnokeraamika üldisteks positiivseteks omadusteks on

• suur kuumus- ja termopüsivus (keemilise koostise stabiilsus temperatuuri muutudes)
  
• korrosiooni- ja tulekindlus
  
• suur kõvadus ja kulumiskindlus
  
• väike tihedus
  

Tehnokeraamika üldistkes puudusteks on

• väike painde- ja tõmbetugevus
  
• suur haprus
  
• omaduste hajuvus
  
• halb töödeldavus
  
• kõrgehind
  

Tehnokeraamika liigitus
Tehnokeraamilisi materjale liigitatakse mitmeti. Enam kasutamist on leidnud liigitamine keemilise koostise ja kasutusalade järgi.
Keemilise koostise järgi jaotatakse tehnokeraamika kolme gruppi:
a) oksiidkeraamika
b) mitteoksiidkeraamika :

• karbiidid
  
• nitriidid
  
• boriidid
  
• silitsiidid
  

c)segakeraamika:

• oksiidnitriidid
  
• oksiidboriidid jt.
  

Tehnokeraamika koosneb põhiliselt rasksulavaist ühendeist ( oksiidid, karbiidid, nitriid , boriidid jne), mille sulamistemperatuur on >1500°C. Rasksulavate ühendite omadused sõltuvad aatomivaheliste keemiliste sidemete tugevusest ja kristallvõre struktuurist.
Rasksulavad ühendid jagatakse oksiidideks ja hapnikku mittesisaldavateks. Hapnikku mittesisaldavad rasksulavad ühendid, mida kasutatakse tehnokeraamikas, on karbiidid, boriidid, nitriidid, ja silitsiidid.
Üleminekugrupi metallide (IV...VI grupp) baasil rasksulavail ühendeil – karbiididel ja nitriididel – on reeglina sisendustüüpi ruum- ja tahkkesendatud kuupvõre või kompaktne heksagonaalvõre. Mittemetalli aatomid asetsevad metalli aatomite vahelistes tühimikes. Metalli ja mittemetalli aatomite vahel on tugevad kovalent- ja ioonsidemed, mis muudab oluliselt komponentide individuaalsust ja füüsikalisi omadusi. Ühendeil on märksa kõrgem sulamistemperatuur, elastsusmoodul , kõvadus ja väiksem joonpaisumistegur .
Boriidid ja silitsiidid on keerulise asedustüüpi kristallvõrega (heksagonaalne, tetragonaalne, rombiline jt)
1)Oksiidkeraamika
Oksiidkeraamika aluseks on oksiidid Al2O3, MgO, ZrO2, SiO2, TiO2 , BeO jt. Kui metall, mis oksiide moodustab, on mitmevalentne, siis moodustuvad mitu erineva hapnikusisaldusega oksiidid ( näiteks TiO, TiO2). Püsiva valentsusega oksiidid on reeglina dielektrikud. Oksiidid on kõrge sulamistemperatuuriga, suure kuumuspüsivusega, kuid väikese termokindlusega (vastupanuga termilistele löökidele).
2)Mitteoksiidkeraamika
Mitteoksiidkeraamika aluseks on karbiidid, nitriidid, boriidid ja silitsiidid.
Karbiidid
Karbiidid on struktuurilt ja füüsikalis-keemiliste omaduste poolest tüüpilised sisendustüüpi keemilised ühendid (välja arvatud SiC). Kõige stabiilsemad on IV ja V rühma karbiidid. Neil on NaCl-tüüpi tahkkesendatud kuupvõre. VI grupi karbiididiel ( Cr, Mo, W) on rombiline (Cr3C2) või kompaktne heksagonaalvõre (Mo2C, WC). Nendel karbiididel on tugevamad metalsed omadused. Karbiidid on kõrgema sulamistemperatuuriga ja suurima kõvadusega tehnomaterjalid . Kahjuks väike kuumuspüsivus taksitab nende kasutamist kõrgetel temperatuuridel.

Nitriidid
Nitriidid on struktuurilt ja füüsikas-keemilistelt omadustelt sarnased karbiididega. Metalse sideme osakaal nitriidides on suurem kui karbiidides, kus määravaks on tugev ioonne side metalli ja süsiniku aatomite vahel. Metalse sideme suuremale osakaalule vihjab nitriidide madalam sulamistemperatuur ja parem elektrijuhtivus. Nitriidide mikrokõvadus on väiksem kui karbiididel ja langeb igas grupis elemendi aatomnumbri suurenedes, mis ka viitab ioonse sideme Me-N nõrgenemisele. Tehnokeraamikas kasutataks niitriide Si3N4, AlN ja BN.
Boriidid
Boriidid on asendustüüpi kristallvõrega keemilised ühendid. Boori aatomid võivad olla valentselt seotud või üksteisest isoleeritud. Seepärast on boriidide kristallvõre keerulisema (hekagonaalne, rombiline, tetragonaalne) kujuga. Tehnokeraamikas kasutatakse TaB2, TiB2, ZrB2
Silistsiidid
Silitsiidid on räni ja IV...VI rühma metallide keemilised ühendid. Silitsiidid on asendustüüpi keeruka kristallivõrega keemilised ühendid, kus valdav on kovalentne side räniaatomite vahel. Nad on füüsikalis-keemiliste omaduste poolest lähedased boriididele. Neil on hea soojus - ja elektrijuhtivus, happe- ja leelisekindlus. Näiteks MoSi2 ei oksüdeeru õhus kuumutamisel kuni 1700°C-ni.
3)Segakeraamika
Segakeraamika aluseks on kahe või enama rasksulava ühendi segu. Tüüpilisteks segakeraamika esindajateks on karbonitriidid, oksinitriidid jne.
Karbonitriidid
Karbonitriidid on karbiidi ja nitriidi baasil tardlahused. Enamik karbiide ja nitriide on vastastikku piiramatu lahustuvusega. Nad ületavad mõningate füüsikal-mehaaniliste omaduste poolest vastavaid karbiide ja nitriide. Näiteks on Ti(C,N) baasil kermiste paindetugevus ja löögisitkus suurem kui TiC baasil kermistel.
Simeonid
Simeonid on keerulise koostisega oksinitriidid räninitriidi ja metallioksiidi ( Al, Mg, Be ja Y) baasil. Nad on perspektiivsed konstruktsioonimaterjalid tänu suurele kõrgtemperatuursele tugevusele, kuumpüsivusele, väikesele soojuspaisumistegurile ja heale termokindlusele.
Tehnokeraamikas on kõige enamlevinud ja perspektiivsem Si3N4 ühend Al3O4-ga sialon.
4)Keraamilised komposiidid
Keraamilisteks komposiitmaterjalideks nim liitmaterjale, mis koosnevad keraamilisest maatriksist ja tugevast faasist (armatuurist). Viimaseks võib olla rasksulav metall (W,Mo jt.) või ühend ( WC, SiC, Al2O3 jt). Keraamilisi komposiite iseloomustab lisaks keraamikale omase suure kõvaduse ja survetugevuse ka rahuldav tõmbetugevus ja löögisitkus.
Tehnokeraamika omadused
a)Tugevus
Tugevus on tehnokeraamika olulisim omadus. Suhteliselt väike tugevus ja suur haprus on peamised tegurid, mis takistavad keraamika laialdasemat kasutamist.
Keraamika on habaras, kuna tal puudub täielikult plastne defoematsioon toatemperatuuril ja isegi kõrgetel temperatuuridel. Teoreetiliselt peaks keraamika olema kõige suurema tugevusega materjal, kuna aatomite vahel on valdavalt kovalentsed ja ioonsed sidemed, mis on suurima tugevusega.
Arvestades aatomivaheliste sidemete tugevust, peaks keraamika tõmbetugevus olema 100...500 Gpa, 1/20 elastsusmoodulist. Praktikas on aga keraamika tõmbetugevus ligikaudu 2 suurusjärku väiksem, 1/2000 elastsusmoodulist. See on seletatav sisemiste (mikropoorid ja -praod, lisandid) ja pindmiste ( kriimud , vaod, mikropraod) defektidega.
Tehnokeraamika tugevus langeb temperatuuri tõusuga vähem kui kermistel, kuna ta ei sisalda kergsulavat faasi. Tänu sellele saab keraamikaga treimisel kasutada suuremaid lõikekiirusi, kuna suurtel kiirustel võib temperatuur tõusta lõiketera tipus kuni 1000°C-ni.
b)Kõvadus
Tehnokeraamiliste materjalide kõvadus on vahemikus 1200...3000 HV. Nad on tunduvalt kõvemad kui metallid, mille baasil nad on moodustunud. Keraamika kõvadus (nagu tugevuski) väheneb temperatuuri tõusuga vähem kui kermiste kõvadus. Kõvaduse langus temperatuuri tõustes määrab kaudselt materjali maksimaalse kasutamistemperatuuri.
c)Kulumiskindlus
Kulumiskindlus on teine tehnokeraamika kui konstruktsioonimaterjali tähtsamaid omadusi. Keraamika kulumiskindlus sõltub materjlai kõvadusest ja löögisitkusest ning töötingimustest, kus keraamikat kasutatakse. Ühtedes töötingimustes võib ta olla väga töökindel, kuid teistes väiksese töökindlusega. Näiteks hõõrdekulumisel on keraamika kulumiskindlus võrreldav WC-Co kermiste kulumiskindlusega, kuid erosioonikulumisel abrasiivosakeste joas jääb enamik keraamikat suure hapruse tõttu kermistele alla, kuigi nad n kõvemad kui kermised. Ainult kuumpressitud B4C ja Si3N4 ületavad erosioonikindluselt WC-Co kermiseid märgatavalt. Keraamika erosiooni kiirus sõltub oluliselt abrasiivosaksete kiirusest (kineetilisest energiast) ja kohtamisnurgast.
Tehnokeraamika esindajad
Põhilised tehnokeraamilised materjalid
Kaasajal kõige sagedamini kasutatav tehnokeraamika on valmistatud Al203, Zr03, MgO, Si3N4, AlN ja SiC baasil. Nende omadused sõltuvad suuresti keemilisest koostisest ja valmistamise tehnoloogiast.
a)Al2O3-keraamika
Al2O3 oli esimene tehnokeraamika, mida hakati valmistama 1930-ndail aastail ja on ka nüüdisajal kõige enam kasutatav. Valge värvuse tõttu nim teda valgeks keraamikas . Al2O3 keraamikal on järgmised positiivsed omadused:

• kõrge korrosiooni-, happe-, leelisekindlus
  
• hea sooja- ja elektriisolaator
  
• suhteliselt madal hind
  

Al2O-TiC on kõige levinum dispersioonitugevdatud keraamika, mis sisaldab 25...40% tugevtaud faasi (TiC). TiC lisamine suurendab Al2O3 soojusjuhtivust, termokindlust, tugevust ja sitkust, mis on suuremad kui puhtal Al2O3-l. Musta värvuse tõttu nim seda ka mustaks keraamikas.
Al2O3-ZrO2 on suure tugevuse, löögisitkuse ja termokindlusega. Tugevuse tõus on seotud metastabiilse tetragonaalse (t-ZrO2) kristallivõre muutmisega pinge all monokliinseks kristallvõreks (m-ZrO2). Sellega kaasneb osaline energia neeldumine ja juba eksisteerivate mikropragude leviku piirdumine. Kui Al2O3 sisaldab primaarset m.ZrO2, siis on materjalil küll hea löögisitkus, kuid väike tugevus. Nimelt Al2O3 ja m-ZrO2 soojuspaisumistegurite erinevuse tõttu (m.ZrO2-l on väiksem) tekib jahtumisel m-ZrO2 ümebr hulgaliselt submikropragusid. Löögil energia hajub paljude mikropragude levimiseks ega koondu ühe magistraalprao arenguks. Optimaalne on 15% m-ZrO2 sisaldus Al2O3-s.
b)ZrO2-keraamika
ZrO2 on üheks perspektiivikamaks keraamiliseks konstruktsioonimaterjlaiks tänu suurele tugevusele ja purunemissitkusele. ZrO2 saadakse tsirkoonist (ZrSiO4) kuumutamisel 1680°C mils tsirkoos laguneb.
Suur tugevus ja löögisitkus tuleneb ZrO2 kristallivõre ehitusest. Nimelt sõltub puhta ZrO2 kristallivõre tüüp temperatuurist:

• kuni 1170°C on stabiilne monokliinne kristallivõre
  
• vahemikus 1170-2370°C on stabiilne tetragonaalvõre
  
• üle 2370°C on stabiilne kuupvõre
  

Faasimuutus tetragonaalne → monokliinne on martensiitse iseloomuga , millega kaasneb 3...5%-line mahumuutus, millest omakorda tekivad jahtumisel suured sisepinged. Seepärast tuleks vältida faasimuutust.
Kui ZrO2 lisada veidi (3...15%) CaO, Y2O3, või MgO, siis säilib tetragonaalvõre (osaliselt või täielikult) ka madalatel temperatuuridel. Seda nim osaliselt või täielikult stabiliseeritud struktuuriga ZrO2. Sellise struktuuriga ZrO2 on suure tugevusega, kuna mikorprao ees toimub suurte tõmbepingete tõttu tetragonaalse võrega ebastabiilsete kristallide muutmine monokliinse võrga kristallideks. Sellega kaasneb kristallide mahumuutus ja energia neeldumine, mis viib mikroprao leviku peatumisele.
Käesolevaks ajaks on saavutatud ZrO2 keraamika paindetugevuseks kuni 2000 MPa ja purnunemissitkuseks 6...12 MPa∙m1/2. ZrO2 on suur korrosiooni- ja kulumiskindlus ning väike hõõrdetegur. Ta on ka suure kuumuspüsivusega ja väikese soojusjuhtivusega. ZrO2 üheks iseärasuseks on see, et tema joonpaisumistegur on ainult 20% väiksem kui malmil, mistõttu sobib ta hästi sisepõlemismootorite silindrite hülsside ja klapipesade valmistamiseks.
c)Si3N4-keraamika
Räni reageerib kõrgetel temperatuuridel lämmastikuga ja moodustab stabiilse ühendi Si3N4. Räninitriidi kristallivõre esineb kahes modifikatsioonis: α-Si3N4 ja β-Si3N4. Parimaid omadusi on saadud keraamikal, mil α : β suhe on 9:1.
Si3N4 kristallivõres on Si-N aatomid ühendatud omavahel kovalentsidemetga, mis annab Si3N4-le suure kõvaduse ja stabiilse tugevuse laias temperatuurivahemikus.
Si3N4 on keemiliselt väga inertne. Ta ei lahustu kontsentreeritud sool-, lämmastik- ja väävelhappes, ei reageeri hapnikuga, veeaurudega, kloor - ega väävelvesinikuga temperatuuril kuni 1000°C. Si3N4 on väga heade mehaaniliste omadustega, väikse joonpaisumisteguriga ja suure soojusjuhtivusega (seega ka suure termokindlusega) ning väga hea kulumiskindlusega. See teeb ta eriti perspektiivseks nii lõikekeraamikana kui ka kulumiskindla konstruktsioonimaterjalina.
d)AlN-keraamika
AlN saadakse Al pulbri nitreerimisel temperatuuril 800...1200°C. AlN on heksagonaalse kristallvõrega.
AlN on väga happekindel, mistõttu teda kasutatakse agresiivsetes keskkondades. AlN soojusjuhtivus on mitu korda suurem kui Al2O3. AlN on väike joonpaisumistegur (4,5∙10-6), mis annab talle suure termokindluse.
e)SiC-keraamika
SiC saadakse elementide otsese sünteesiga SiO2 taandamisel C-ga temperatuuril 2100...2150°C või Si aurude reageerimisel C-ga temperatuuril 1500...1700°C.
Tehnokeraamikas kasutatakse kahte SiC modifikatsiooni: β-SiC ja α-SiC. Β-SiC on kuupvõrega ja α-SiC on heksagonaalvõrega. Kuna α-Sic on vähem tundlik parameetritele ja odavam, siis on praktikas enamkasutatav kui β-SiC.
SiC-l on suur kõvadus, väike joonpaisumistegur ja suur soojusjuhtivus ning kuumuspüsivus. SiC võib töötada temperatuuril kuni 2200°C ja laguneb 2700°C juures.
SiC on keemiliselt inertne. Ta hakkab õhus intensiivselt oksüdeeruma alles temperatuuril 1400°C, kuna kuumutamisel tekib SiC pinnale õhuke tihe SiO2 kile, mis takistab õhu edasist juurdepääsu. SiC ei lahustu väävel- ja lämmastikhappes.
f)Sialon
Sialon on ühefaasiline keemiline ühend (Si3Al3O3N5), mis on stabiilne väga kitsas piirkonnas. Sialon avastati 1970. a. Üheaegselt Jaapanis ja Inglismaal. Sialoni võib valmistada pulbertehnoloogias tuntud tavalise vormimise või paagutamisega.
Sialon on struktuurilt ja mehaanilistelt omadustelt lähedane Si3N4-le ja keemilistelt omadustelt Al2O3-le. Ta on hea kuumustugevus ja –püsivus, väike joonpaisumistegur, hea termokindlus, mõõdukas soojusjuhtivus ning hea kulumiskindlus.
Tänu headele mehaanilistele omadustele ja keemilisele inertsusele, aga samuti suhtelisele odavusele ja tehnoloogilisusele nim sialone ka ’’superkeraamikas’’. Tänu suurele termokindlusele (ületavad selles valdkonnas kõiki teisi keraamilisi materjale), valmistatakse sialonist gaasiturbiini töölabidaid, raketi- ja reaktiivmootorite düüse jne. Sialone kasutatakse eduaklt malmi, Ni sisaldavate kuumuskindlate teraste, silumiini jne treimiseks .