Tehnomaterjalide III kontrolltöö kordamine (1)

1. Mitteraudmetallide liigitus: tiheduse, sulamistemperatuuri, toodete valmistamise viisi järgi,
termotöötluse järgi?
tiheduse järgi: - kergmetallid ja – sulamid ρ keskmetallid ja –sulamid ρ = 5000...10000 kg/m3 (Sn, Zn, Sb, Cr, Ni, Mn, Fe, Cu)- raskmetallid ja –sulamid ρ>
10000 kg/m3 (Pb, Ag, Au, Ta, W, Mo)
sulamistemperatuuri järgi: - kergsulavad Ts kesksulavad
Ts = 327… 1539 °C (Al, Mg, Mn, Cu, Ni, Co, Ag, Au)
- rasksulavad Ts > Ts Fe = 1539 °C
toodete valmistamisviisi järgi ( liigituse alus – faasidiagramm (FD) ):- deformeeritavad ehk
Survetöödeldavad , valusulamid
termotöötluse järgi (TT võimalikkus eeldab lahustuvuse muutust või faasimuutust tardolekus):
TT: lõõmutamine, karastamine , vanandamine .
2. Al ja tema sulamid: liigitus- deformeeritavad ja valusulamid, termotöödeldavad ja mittetermotöödeldavad sulamid. Al tugevnemine külmdeformeerimisel. Põhilised legeerivad elemendid Al-sulamites. Al-sulamide TT: karastamine, lõõmutamine, vanandamine.
Lähtudes toodete saamise (valmistamise) moodusest, liigitatakse alumiiniumisulamid kaheks:
1) deformeeritavad (survetöödeldavad) sulamid
2) valusulamid
Termotöödeldavuse põhjal jagunevad sulamid samuti kaheks:
1) termotöödeldavad (vanandatavad) sulamid
2) mittetermotöödeldavad (mittevanandatavad) sulamid
Puhas Al on küll madala tõmbetugevusega (70...135 MPa), kuid seda saab tõsta külmdeformeerimise (kalestamise) teel või teiste elemenditega legeerimisel. Tugevust võib tõusta märgatavalt (kuni 500 MPa), lisaks on sellistel sulamitel hea eritugevus (Rm/ρ kuni 20).
●Al on väga aktiivne hapniku suhtes ja mis tahes värske pind oksüdeerub kiiresti. Moodustub mõne aatomkihi paksune tihe oksiidikiht , mis kaitseb pinda edaspidise korrosiooni eest.
●Al hea korrosioonikindlus on tingitud oksiidpindest.
●Al korrosioonikindlust saab veelgi suurendada anodeerimisega, mille eesmärgiks on paksema oksiidikihi ja kõva pinde saamine.
●Kõrge puhtusastmega Al (üle 99,5% Al) on väikese tugevusega ja seda kasutatakse peamiselt keemia- ja toiduainetööstuses mahutite ja torustike valmistamiseks.
●Tehniline Al sisaldab kuni 0,5% Fe ning on raua ja alumiiniumisulam. Fe tõstab märgatavalt Al tugevust, vähedab aga plastsust ja korrosioonikindlust.
Al-sulamite termotöötlemisel rakendadakse:
1) karastamist- plastsuse suurendamine
2) vanandamist- tugevdamine
3) lõõmutamist- struktuuri ühtlustamine ja kalestumise kõrvaldamine
Enamik deformeeritavaid alumiiniumisulameid on termotöödeldavad, misläbi saab suurendada nende tugevust ja kõvadust. Tugevuse tõstmiseks sulameid karastatakse ja
vanandatakse kas loomulikult või kunstlikult. Seejuures saavutatakse tugevus mitte karastamisega, nagu terastel , vaid vanandamisega.
3. Cu ja tema sulamid: pronksid , messing , vaseniklisulamid. Cu tugevnemine külmdeformeerimisel.
Vaske legeeritakse väga mitmesuguste elementidega. Saadakse palju kasulikke sulameid, millest peamised on:
- Cu-Zn-sulamid ehk messingid (valgevased)
- Cu-Sn-, Cu-Al- jt sulamid ehk pronksid
-Cu-Ni-sulamid
4. Ni ja tema sulamid (ei pea teadma sulamite nimetusi, küll aga põhilisi Ni-sulamite
legeerivaid elemente). Supersulamid.
Suur osa niklist (u 15% kogutoodangust) kasutatakse legeeriva elemendina terases ja malmis , aga ka mitteraudmetallisulamites.
●Puhas Ni on suurepärase korrosioonikindlusega alustes, hapetes. Seetõttu kasutatakse teda keemiatööstuse seadmetes ja toiduainetööstuses.
●Hinna odavnemise eesmärgil kasutatakse niklit tihti õhukese lehena mittelegeerterasest pleki plakeerimisel.
●Ni kasutus legeeriva elemendina terastes ja malmides: -ehitusterases (0,5...5% Ni) ja
kõrgtugevates terastes (0,5...20% Ni) - roostevabades austeniitterastes ja kuumustugevates terastes (6...20 %Ni) - legeermalmides (1...6% või 14...36% Ni) ja legeervaluterastes (0,5...20% Ni)
●Ni suurepärast korrosioonikindlust saab parandada vase, kroomi või molübdeeniga legeerides.
Inkonell, hastelloi ja nimonik on tuntud supersulamitena (super alloy),
kuna nad on eelkõige ette nähtud tööks kõrgetel temperatuuridel .
5. Polümeerid, polümeeridest valmistatavad tooted. Liigitus päritolu ja peaahela kuju järgi.
Polümeeride supermolekulaarne struktuur.
Polümeerid (polymers) on keemilised ühendid, mille molekul koosneb kovalentsete sidemetega seotud korduvatest struktuuriühikutest ehk elementaarlülidest. Polümeerid on kas
looduslikud (nt. merevaik, tselluloos , tärklis) või sünteetilised (paljud plastmassid ) materjalid, millel on erinevad omadused ja kasutusalad.
NB! Kõik plastid on polümeerid, aga kõik polümeerid ei pruugi ollaplastid ( kummid , liimid , pinnakattematerjalid)
Polümeeridest saab valmistada järgmisi polümeertooteid:
●Plastmassid (polümeerid, mida saab valada)
●Kiud
● Elastomeerid (kummid)
●Liimid (adhesiivid)
●Pinnakattematerjalid
● Komposiitmaterjalid
Päritolu järgi:
●Looduslikud- nt. tselluloos, kautšuk, vill, puuvill , nahk jne.
● Modifitseeritud looduslikud- struktuur säilib peale keemilist töötlemist. Nt. Viskoos (toodetakse puidu tselluloosist)
●Sünteetilised- naftast, kivisöest, maagaasist
Peaahela kuju järgi:
●Lineaarne
●Hargnenud
●Ristsillatud
●Takerdunud
Polümeerid ei saa oma supermolekulaarse struktuuri tõttu olla gaasilises olekus, sest keemistemperatuur on üldjuhul kõrgem polümeeri lagunemistemperatuurist.
●Polümeerid võivad olla ainult vedelas või tahkes agregaatolekus.
●Supermolekulaarse struktuuri põhimõisted on kristallilisus ja amorfsus . Polümeersetel materjalidel esineb nii kristallilisus kui amorfsus.
●Kristallilisus on kolmedimensionaalne korrastatus atomaarsel tasandil, kus aatomid võrepunktidena moodustavad määratud parameetritega kristallivõre.
6. Plastid: lisandid, liigitus ( termoplastid , termoreaktiivid , elastomeerid). Plastide liigitus
lõppomaduste ja otstarbe järgi (konkreetsed näited iga liigi kohta). Plastide kasutamise
eelised ja puudused.
Plastid ehk plastmassid on sünteetilised materjalid, mis on kas puhtad vaigud (polümeerid) või vaigu ja lisandi sulamid.
Lisandid :
●Täiteaine - pulbriline, kiuline, teraline või rullmaterjali kujuline.Vajalikud polümeeri kulu vahendamiseks ja plasti omaduste (surve- ja tõmbetugevus, kõvadus, kujukindlus jt.) kujundamiseks. Orgaaniline täiteaine: nt. puidujahu, tselluloos, paber; anorgaaniline: nt. asbest , grafiit, klaaskiud
●Stabilisaator - plasti vananemisprotsessi aeglustamiseks.
●Plastifikaator - plastsusomaduste ja töödeldavuse parandamiseks. Plastifikaatorid on tavaliselt vedelikud.
●Värvaine - dekoratiivsel eesmärgil
●Erilisandid- parandavad mõningaid tarbimisomadusi, nt. soodutavad plasti lagunemist.
Plastid jaotatakse lõppomaduste ja otstarbe järgi:
● Tarbeplastid - massiliselt toodetavad, odavad, mehaanilised ja termilised
omadused tagasihoidlikud::
polüetüleen (PE)
polüpropüleen (PP)
polüvinüülkloriid (PVC)
polüstüreen (PS)
fenoolformaldehüüdvaik (PF) jt.
●Konstruktsiooniplastid-tavaliselt kallimad ja toodang on väiksem.
Kannavad koormusi, väike roome, jäikus/sitkus, temperatuuri- ja ilmastikukindlad::
polükarbonaat (PC)
polüamiid (PA)
polüatsetaal (POM)
polüetüleentereftalaat (PETP)
polümetüülmetakrülaat ( PMMA )
epoksüvaik (EP) jt.
●Eriplastid-ühe spetsiifilise omadusega::
fluorplast ( PTFE )
polüimiid (PI) jt.
7. Enamlevinud termoplastid: PE, PP, PVC, PTFE, PS, PC, PET, PMMA (nende
põhirakendused ja iseloomulikumad omadused)
8.Termoreaktiivid: epoksü-, feno- ja aminoplast. Nende kastutamine ja põhilised omadused.
Fenoplast (PF)
Esimesi kasutusele võetud termoreaktiivseid materjale olid fenooli ja formaldehüüdi baasil polümeerid. Saadav polümeer on läbipaistmatu, piimjasvalge, mis aja möödudes tumeneb. Üldiselt
aga lisatakse fenoolvaigust vormimispulbritele värvipigment juba valmimisel, et anda materjalile ühtlane tume värvus. Üks tuntumaid fenoolvaigust plaste on bakeliit .PF materjale iseloomustavad suur kõvadus, jäikus ja töötemperatuur kuni 150 °C, madal soojusjuhtivus , head elektriisolatsiooniomadused, hea vastupidavus õlidele, määretele ja enamikele üldkasutatavatele lahustitele.
Aminoplastid
Selle grupi polümeerid sisaldavad aminorühma -NH2 ja saavad kondenseeruda aldehüüdidega, moodustades jäiga polümeeri. Tähtsamateks keemilisteks ühenditeks, mis annavad aldehüüdidega polümeere, on karbamiid ja melamiin .UF- karbamiidformaldehüüd.MF- melamiinformaldehüüd
Mõlemad materjalid on tugevad ja jäigad termoreaktiivsed plastid. Vahet tuleb teha nende temperatuuritaluvuse osas, milles MF on mõnevõrra parem. MF töötemperatuur on kuni 95 °C, UFil 80 °C. UF ja MF on väga heade elektriisolatsiooniomadustega ning hea vastupanuga enamikele kemikaalidele.
Epoksüplastid (EP)
Vaikude, kõvendite, täiteainete ja muude lisandite kombineerimisel saadakse hulgaliselt erinevate omadustega kompaunde, mida kasutatakse elektrotehniliste toodete valmistamiseks,
hermetiseerimiseks, liimimiseks jm. Kõvenemisel ei teki lenduvaid aineid ja mahukahanemine on väike (0,2...2%). neid kasutatakse suuremõõtmeliste detailide vormimiseks, kasutades täitematerjaliks klaasriiet, klaaskiudu või süsinikkiudu
9. Kummid ja elastomeerid. Omadused ja kasutamine.
●Kummi ( rubber ) on materjal, mida võib korduvalt venitada vähemalt kahekordse pikkuseni ja mis taastab jõust vabastamisel esialgse pikkuse.
●Elastomeer on kummitaoline materjal, millel on piiratud venivus ja mis ei taasta jõust vabastamisel täielikult dimensioone.
Kummit iseloomustab:
●Väga kõrge molekulaarmassiga ja väga madala elastsusmooduliga lineaarse painduva ahelaga polümeerid, mille keerdunud molekule on kerge sirgeks tõmmata
●Väga madala klaasistumistemperatuuriga polümeerid, mida kasutatakse sellest kõrgematel temperatuuridel
●Venimata olekus on polümeer amorfne
●Polümeersed molekulid on omavahel harvalt ristseotud plastsuse vähendamiseks ja täieliku kummilelastsuse saavutamiseks.
Polüuretaan (PUR)
●Polüuretaanid võivad olla termoplastsed või termoreaktiivsed elastomeerid.
●Neist saab kergelt valmistada vahtusid (40 % toodetest ongi vahud )
●Polüuretaanid on ühed tugevamad elastomeerid
●Läbipaistev, tugev, abrasiivkulumiskindel, hea survetugevusega, kütusekindel
●Kasutatakse: rehvid, kütusemahutid, hammasrattad, laagrid , autode stanged, tööstuslikud pingid , polstrid, jalanõude tallad jne.
10. Komposiitmaterjalid. Komposiitmatejalide liigitus maatriksi koostise ja armeerivate
elementide kuju järgi.
Komposiitmaterjaliks (KM) (composite material ) nimetatakse kahest või enamast osast (faasist) koosnevaid materjale, kusjuures faaside omadused ja orientatsioon on selgelt erinevad
ja kontrollitavad .KM on heterogeenne, st. omadustelt mitteühtlane. Tema omadused on määratud koostisse kuuluvate faasidega. Tavaliselt on üks faasidest kõva ja tugev, teine plastne ja elastne.
Armatuur ehk sarrus (reinforcement) on KM kõva ja tugev faas, mis annab KM-le tugevuse, jäikuse ja tagab mehaaniliste omaduste säilimise tööolukorras.
Maatriks (matrix) on KM plastne ja elastne faas, mis annab materjalile vormi, monoliitsuse ning tagab
koormuse ümberjaotumise armatuuri elementide vahel.
11. Plastmaatrikskomposiitmaterjal: maatriksi ja armatuuri enamkasutatavad materjalid, KM
üldised omadused. PMKM eelised ja puudused.
Plastmaatriks (polümeermaatriks)
PMKM on komposiitmaterjal, mille maatriksiks on polümeer.Selliste komposiitmaterjalide peamine eelis, võrreldes teiste komposiitmaterjalidega, on valmistamise lihtsus, odavus ja madal
tihedus. Puuduseks on piiratud töötemperatuur, suhteliselt madal nihketugevus ja jäikus.
Suurest polümeeride nomenklatuurist leiab komposiitide valmistamiseks peamiselt ühe liigi- termoreaktiivid (epoksü-, polüester,- fenoolvaigud, mille töötemperatuur ei ületa 200 °C).
Armatuur annab edasi mehaanilist koormust või annab materjalile mingi eriomaduse: termokindluse, roomekindluse jne, mida on võimatu saavutada isotroopsete materjalide kasutamisel .
Põhilisteks armatuuri materjalideks on metalltraat ja klaaskiud, kuid vajadusel on loodud ka erimaterjale.Struktuuri järgi jaotatakse armeerivad kiud monokristalseteks, polükristalseteks ja amorfseteks
12. KM põhilised armeerivad kiud, nende põhiomadused.
Komposiitmaterjali armatuur (läbimõõt 3-200 μm, tavaliselt u 10 μm):
●Klaaskiud
●Süsinikkiud
●Orgaanilised kiud
●Metallkiud
● Keraamilised kiu
● Pikkuselt võivad armeerivad kiud olla pidevad (pikkus on võrdne toote pikkusega) või diskreetsed .
●Armeerimist pikkade kiududega kasutatakse komposiidi tugevuse või jäikuse tagamiseks. Diskreetsed kiud tugevdavad küll vähem, kui takistavad materjali purunemist
13. Tehnokeraamika . Tehnokeraamika liigitus koostise, kasutusvaldkonna järgi.
Tehnokeraamika all mõeldakse rasksulavate ühendite baasil saadud tööriista- ja eriomadustega
konstruktsioonimaterjale. Sellega eristatakse tehnokeraamika ühelt poolt ehituskeraamikast ( tellised , seina- ja põrandaplaadid jt) ja teiselt poolt tarbekeraamikast ( fajanss -, portselan-, savinõud jt) Tehnokeraamilised materjalid on väga erinevate omadustega sõltuvalt nende koostisest ja
valmistamise tehnoloogiast.
14. Tehnokeraamika üldised eelised ja puudused, põhilised omadused.
Tehnokeraamika üldised eelised:
●Suur kuumus- ja termopüsivus (keemilise koostise stabiilsus)
●Korrosioonikindlus
●Suur kõvadus ja kulumiskindlus
●Väike tihedus
Tehnokeraamika üldised puudused:
●Väike painde- ja tõmbetugevus (300...500 MPa)
●Suur haprus
●Omaduste suur hajuvus
●Halb töödeldavus
●Kõrge hind
15. Tehnokeraamika omaduste võrdlus metall - ja plastmaterjalidega.