Terased ja malmid (0)

Terased
Teraseks nim raua ja süsiniku sulamit milles on süsiniku 2,14%, mangaani 1%, räni 0,4%. (Raua sulamistemperatuur on 1535oC ja tihedus 7860 kg/m3, süsiniku sulamistemperatuur on 3400oC) Keemilise koostise järgi võib teraseid liigitada süsinikterasteks ja legeerterasteks. Kasutusotstarbe järgi võib teraseid liigitada tööriista ja konstruktsiooniterasteks. Teraseid iseloomustatakse oluliste näitajatega ja need oleksid: karastuvus, töödeldavus, keevitatavus , tugevus, kõvadus, sitkus, elastsus , plastilisus jne.
Süsinik konstruktsiooniteras.
Süsinik terased jagunevad süsinik konstruktsiooni-terasteks ja tööriistaterasteks. Konstruktsiooniterased jagunevad tavaterased, kvaliteetterased ja kõrgekvaliteetterased. Taandamisastme järgi toodetaks tavakonstruktsiooniteraste grupis nii keevaid, poolrahulike ja rahulike teraseid. Tavateraseid kasutatakse laialt mitte vastutusrikaste detailide valmistamiseks näiteks raudbetoondetailides tugevduseks. Nendest terastest ei saa valmistada detaile, mis vajavad termilist töötlust. Tähistatakse C45, kus C näitab süsinikku ja 45 näitab süsiku sisaldust sajandik %-tes. Seega süsiniku sisalduson selles terases 0,045%. Kui lisatakse E, siis näitab see lisandite sisaldust. Näit C45E . Väikese fosfori ja väävli sisaldusega vääristeras.
Kvaliteetsed süsinik konstruktsiooni terased.
Kuna terased sisaldavad süsinikku jäätakse kvaliteetterastel C täht ära. Teras 15-25 on tsementeeritavad terased (terase pinnakihti töödeldakse süsinikuga). Teras 30-35 valmistatakse keermetatud detaile. Teras 40,45,50 valmistatakse võlle. Teras 55-60 valmistatakse kulumiskindlaid detaile. Number näitab süsinikusisaldust sajandik %- tes
Automaaditeras .
Automaaditeraseks nimetatakse teraseid, mida töödeldakse automaatmetallilõike-pinkidega. Automaadi-terases on suurendatud fosfori ja väävli sisaldust. Nende ainete sisaldus võimaldab töötlemisel saada murde-lastu. Seleen ja fosfor parandavad ka pinnakvaliteeti. Automaaditerastest valmistatakse vähem vastutusrik-kaid detaile näiteks kruvid , poldid, tihvtid jne. Neid teraseid toodetakse külmalt kalibreerimise teel.
Valuteras . Sellele terasele lisatakse räni, et parandata terase vedelvoolavust. Niisugused terased täidavad hästi valuvorme .
Süsinik tööriistateras. Toodetakse kvaliteetseid ja kõrgekvaliteetseid süsinik tööriistateraseid. Erinevus nende vahel seisneb selles, et kõrgekvaliteedilistes terastes on vähendatud väävli ja fosfori sisaldust. Väävel soodustab punarabedust, fosfor aga sinirabedust. Süsinik tööriistateraste kuumuskindlus on 250 – 350ŗC.
Legeeritud terased. Legeeritud terasteks nim niisugust teraseid, milledesse on lisatud peale süsiniku, räni, väävli ja fosfori lisatud veel teatav % legeerivaid elemente nagu kroomi , niklit , mangaani jne. Eristatakse madalalt legeeritud (lisandeid kuni 3%) , keskmiselt legeeritud (lisandeid 3…5%) ja kõrgelt legeeritud (lisandeid üle 5,5%) teraseid.
Legeerivate elementide tähtsus nende teraste omadustele:

• Cr – kroom – suurendab terase tugevust läbikarastatavust ja korrosioonikindlust.
  
• Ni – nikkel – suurendab terase sitkust tugevust ja korrosioonikindlust.
  
• Co – koobalt – suurendab materjali magnetilisi omadusi terase tugevust ning muudab terase peenestruktuurilisust
  
• Mo – molübdeen – suurendab terase kõvadust ja kulumiskindlust, soodustab peenema struktuuri tekkimist
  

• Mn – mangaan – suurendab elastsust kulumiskindlust ja kõvadust
  
• Si – räni - parandab terase voolavust ,suurendab vastupanu keemilistele reaktiividele, suurendab elastsust
  

• W – volfram – suurendab terase kuumuskindlust ja kõvadust
  
• Ti – titaan – suurendab tugevust ja kuumuskindlust
  
• Al – alumiinium - suurendab kuumuskindlust vähendab tagiteket ja suurendab korrosioonikindlust.
  

Legeeritud vedruterased . Nendele terastele lisatakse mangaani, kroomi ja vanaadiumi . Vedrude juures on oluline elastsus ja tugevus.
Legeeritud tööriistaterased. Nendele terastele lisatakse kroomi, volframi , vanaadiumi, molübdeeni, räni, mangaani. Legeeritud tööriistaterased ei ole keevitatavad .
Kiirlõiketeras on kõrgelt legeeritud tööriistateras. Põhiliseks legeerivaks elemendiks on volfram. Suurendab kiirlõiketerase kuumustugevust 500 …600ŗC juures. Volfram moodustab süsinikuga karbiide, mis on väga kõvad.
Korrosioonikindlad terased on vastupidavad keemilisele ja elektrokeemilisele korrosioonile. Need terased sisaldavad vähe süsinikku. Korrosioonikindlate terastes põhiliseks legeerivaks elemendiks on kroom. Veel lisatakse korrosioonikindluse tõstmiseks terastesse niklit, titaani, mangaani. Näiteks turbokompressorite labades on kroomi ja niklit. Toiduainete tööstuses kasutatakse teraseid , mis sisaldavad kroomi, niklit, titaani ja mangaani.
Kuumustugevad ja kuumuskindlad terased.
Kuumustugevus on vastupidavus koormustele kõrgel temperatuuril. Kuumustugevad terased, mis töötavad temperatuuril kuni 350ŗC on süsinikterased. 350ŗC …500ŗC juures kasutatakse kroomi, molübdeeni, volframi, alumiiniumi ja titaani sisaldusega teraseid. Katelde valmistamisel kasutatakse madala süsiniku ning koobalti ja titaani sisaldusega teraseid. Kuumuspüsivad terased on need, millede struktuur ja koostis kõrge temperatuuri juures ei muutu. Sisepõlemismootorite hülsid, vedrud , puksid, tõukurid, pihustite nõelad ja teised keeruka kujuga kuumust taluvad detailid valmistatakse terastes, mis sisaldavad kroomi, molübdeeni, alumiiniumi, vanaadiumi.
Malmid
Malm on raua ja süsiniku(2,14…6,7%) sulam . Süsinik on malmis keemilise ühendina moodustades rauaga tsementiite või vabas olekus grafiidina.
Sõltuvalt süsiniku olekust jaotatakse malmid järgmiselt:
Valgemalm – selles malmis on kogu süsinik rauaga seotud tsementiidi kujul. Valgemalm on väga habras ja kõva ega ole lõiketöödeldav. Sellest malmist toodetakse tempermalmi. Diiselmootorite hülssside sisepind muudetakse valgemalmiks, et suurendada nende kulumiskindlust.
Hallmalm – selles malmis esineb süsinik grafiidina lehe või lille kujuliselt. Hallmalmi markeeritakse Cy4,Cy20,Cy45 kus arv malmi margis iseloomustab tõmbetugevust. Hallist malmist valmistatakse detaile valamise teel. Hallmalmi ei saa sepistada. Keevitada saab aga halvasti. Lõiketöötlemisel tekib palju metallitolmu.
Kõrgtugevmalm – Kui hallmalmile lisada alumiiniumi või magneesiumi, siis tekivad kristalliseerumise tsentrid ning grafiit omab keeruka kuju. Niisugusel malmil on suur tugevus. Kõrgtugevast malmist võib valada väntvõlle, nukkvõlle, hammasrattaid jne.
Tempermalm – kui valgest malmist valandeid kuumutada, siis valges malmis olev süsinik muutub perajaks grafiidiks. Kui kuumutamine toimub liiva sees, siis tempermalmi murdepind on valge. Kui aga pannakse musta rauaoksiidipurusse, siis saadakse must murdepind. Tempermalmist valmistatakse sanitaartehnikas kasutatavaid ühendusdetaile ja masinate keresid.
Metallide termiline töötlemine
Lõõmutamine - nim niisugust termilist töötlust kus materjali kuumutatakse vastavalt süsiniku sisaldusest teatud temperatuurini. Hoitakse sellel temperatuuril kuni materjal on kogu ristlõike ulatuses kuumenenud ja jahutatakse seejärel koos ahjuga maha. Madalalt legeeritud terastel jahtumiskiirus 30…50ŗC/h. See aitab parandada materjali lõike töödeldavust, ühtlustada struktuuri, vähendada sisepingeid ja valmistada materjal ette järgmisteks termilisteks töötlusteks.
Normaliseerimine - kuumutatakse materjal sõltuvalt süsiniku sisaldusest. Jahutamine toimub kiiremini – seisvas õhus. Normaliseerimisel jääb materjal kõvemaks kui lõõmutamisel. Teised omadused on analoogsed lõõmutatud detailidele.
Karastamine - nim niisugust termilise töötluse operatsiooni, kus materjali kuumutatakse vastavalt süsiniku sisaldusest kuni austeniitse struktuuri tekkimiseni. Materjali hoitakse kõrgel temperatuuril ja jahutatakse kiiresti kuni 240ŗC Sellisel temperatuuril tekib austeniit - martensiitne struktuur. Martensiitse struktuuri saamine on karastamise põhieesmärk. Eriti kiire peab jahutus olema 600ŗC- 500ŗC kraadi vahel. Terased karastuvad, kui süsinikku on üle 0,32%. Jahutuskeskkonnana kasutatakse vette, mille jahutus võime on kõige intensiivsem 18ŗC ja 20ŗC vahel. Kiirema jahutuskeskkonna annavad 10% soolalahused, aeglasema aga õli, õhk ja sulametallid. Karastamine ühes jahutuskeskkonnas - niimoodi karastatakse lihtsa ristlõikepinnaga
süsinikterastest valmistatud detaile.
Karastamine kahes jahutuskeskkonnas - temperatuurini kuumutatud detail jahutatakse kiiresti kuni 400ŗC-ni ja asetatakse seejärel aeglasemasse jahutuskeskkonda. Niimoodi karastatakse keeruka ristlõikepinnaga süsinik- ja legeeritud terastest valmistatud detaile.
Karastamine kõrgsagedusvooluga - kasutatakse tavaliselt kõrgsagedusvoolu mille sagedus on vahemikus 8000 …16000 Hz. Kõrgsagedusvoolul on omadus kulgeda pindamööda. Seega kuumeneb ainult pinnakihti. Kui seda kiirelt jahutada, siis saadakse nn pindkarastus. Niimoodi karastatud pind on väga kulumiskindel ja detail töötab hästi painel ja väändel.
Noolutamine - järgneb karastamisele, selleks et anda karastatud detailile tugevus. Detail kuumutatakse sobiva temperatuurini ja jahutatakse õhu käes. Sõltuvalt kuumutus temperatuurist jagatakse noolutus järgmiselt.
Madalnoolutus, kuumutustemperatuur on 250ŗC. Niimoodi noolutatakse tööriistu, mis ei tööta löögile (viilid, kaabitsad, hõõritsad).
Keskmine noolutus temp on 300 ...350ŗC ja niimoodi noolutatakse tööriistu, mis töötavad löögilistele koormustele ja detaile, mis töötavad kulumisele.
Kõrgenoolutus temp on 450ŗC. Niimoodi noolutatakse detaile, mis töötavad liitpingete olukorras.
Vanandamine . See on protsess, mille juures metastabiilne struktuur läheb üle stabiilseks. Seda võib teha kahel viisil: loomulikul viisil lasta materjalil seista 1,5…2.a, või kunstlikul viisil, kus peale karastamist kuumutatakse detaili 150…200ŗC ja hoitakse selle temperatuuri juures 8…10 tundi ning lastakse siis aeglaselt jahtuda, seda protsessi korratakse 2…3 korda.
Tsementeerimine. See on metalli pinnakihi rikastamist süsinikuga. Selleks paigutatakse detailid teraskasti tsementeerimispulbrisse. Tsementeerimispulber koosneb söest ja kondijahust millesse on lisatud Na ja Ba karbonaati. Kast suletakse hermeetiliselt . Need pinnad, mis ei vaja tsementeerimist kaetakse savi või aspestiga. Kast asetatakse ahju mille temperatuur on 870…930ŗC.Hoitakse sellisel temperatuuril 6…8 tundi. Selle aja jooksul tungib süsinik 1,8…2 mm sügavusele pinnakihti ning süsiniku sisaldus pinnakihis tõuseb 0,8… 1,2%- ni . Tsementeeritud detailid kuuluvad karastamisele ja noolutusele. Tsementeeritud detailid on hästi kulumiskindlad.
Nitreerimine - nim pindkihi rikastamist lämmastikuga. Nitreeritavad detailid asetatakse ahju mille temperatuur on 500…600ŗC, ahju juhitakse ammoniaaki mis laguneb seal vesinikuks ja lämmastikuks. Lämmastik difundeerub pinnakihti kiirusega 0,1 mm 10 tunni jooksul. Vesinik tuleb ahjust kõrvaldada. Nitreerimise põhipuuduseks on see, et hoideaeg ahjus on väga pikk. Nitreeritud detailid ei vaja termotöötlust säilitavad oma mõõtmed ja on puhtad. Võrreldes tsementeeritud detailidega on nitreeritud detailid kulumis- ja korrosioonikindlamad. Nitreeritud detailidel suureneb väsimustugevus.
Tsüaneerimine - on materjali pinnakihi rikastamine nii süsiniku kui ka lämmastikuga. Selleks kasutatakse naatriumi ja kaaliumi tsüaanisoolasi. Tsüaanisoolad on väga mürgised sellepärast peab protsess toimuma hästi ventileeritud ruumides. Tsüaneeritakse madalal 500…600ŗC või kõrgel temperatuuril 830… 850ŗC. Madalal temperatuuril tsüaneerimisel rikastub pinnakiht peamiselt lämmastikuga kõrgel aga süsinikuga. Tsüaneeritud detailid vajavad karastamist ja madalat noolutamist . Võrreldes tsementeeritud pinnaga on tsüaneeritud pind on kulumiskindlam ja talub paremini tsüklilist koormust. Tsüaneerimise aeg on 1,5…6 tundi.
Malmi termiline töötlemine. Malmi töötlemise eesmärgiks võib olla sisepingete kaotamine, süsiniku väljapõletamine, omaduste stabiliseerimine ja parendamine . Valatud detailide jahtumisel tekkivad neisse sisepinged. Valupingeid saab kaotada vanandamise või lõõmutamisega. Vanandamine võib kesta 3…24 kuud. Lõõmutatakse 500ŗC 3…4 tundi. Malmi kulumiskindlust saab suurendada karastamisega. Detailid kuumutatakse 800…880ŗC ja jahutataks õlis. Seejärel noolutatakse 300…400ŗC. Detailidel peale sellist töötlust säilib kõvaduse kuid kaovad sisepinged.
Vask ja vasesulamid
Vaske toodetakse vaskpüriidist. Toorvasest eraldatakse vask leek- või elektrolüütilise rafineerimise teel. Elektrolüütilise rafineerimise teel saadav vask on puhas (99,99%). Puhast vaske tähistatakse keemiliselt Cu . Vase sulamistemperatuur on 1083oC ja tihedus 8900 kg/m3. Tähtsamad vase sulamid on pronks ja messing . Elektrotehnikas on kasutuses puhas vask. Kui vasele lisada Al või Sb väheneb sulami juhtivus kolm korda.
Pronks on vase sulam tina, plii, alumiiniumi ja teiste elementidega. Pronksid jagunevad tinapronksideks ja tinavabadeks pronksideks. Pronksid töötlemisviisi järgi jaotatakse survega töödeldavateks ja valupronk-sideks. Valupronks sisaldab 77% vaske, 11% alumiiniumi, 6% rauda ja 6% niklit. Pronks on laialdaselt kasutatav laevaehituses, sest ta ei korrodeeru merevees . Tinapronksid jagunevad kahte rühma: deformeeri-tavad (tina kuni 5%) ja valatavad (tina üle 5%). Tinapronksist valmistatakse vee- ja gaasitorustike detaile ning laagriliudasid.
Alumiiniumpronks sulam, milles kuni 10% (Al) alumiiniumi. Heade mehaaniliste omadustega deformeeritav ja valatav. Peale valmistamist vajab vanandamist.
Ränipronks sisaldab kuni 5% (Si) räni. Väga elastne materjal ja sobib vedrude valmistamiseks.
Berülliumpronks sulam, mis sisaldab 2…3% (Be) berülliumi. Töötlemise käigus vajab karastamist ja noolutamist. Sobiv kõvadus, tugevus ja elastsus membraanide ja vedrude valmistamiseks. Sama elastne, kui teras aga korrosioonikindel.
Kroompronks sisaldab kuni 1% (Cr) kroomi. Hea elektrit juhtiv ja kuumakindel materjal. Kroompronksist valmistatakse elektrimootorite kollektoreid, generaatorite kontaktrõngaid, keevituselektroode jne, kus vaja kuumakindlust.
Kaadmiumpronks sisaldab 1% (Cd) kaadmiumi ja on pronksidest parim elektrijuht. Kasutatakse juhtmete valmistamisel.
Messinguks e valgevaseks nim vase ja tsingi(kuni 45%) sulamit. Messing, mis sisaldab vähem kui 10% tsinki kannab nimetust tombak. Mida suurem on messingis tsingi sisaldus seda hapram ta on. Messingid jaotatakse survega töödeldavaks ja valu messinguks. Valumessing sisaldab näiteks 66% vaske, 23% tsinki, 6% alumiiniumi, 3% rauda. Alumiiniumi, mangaani, nikli , räni vähene( kuni 1%) lisamine parendab messingite omandusi.
Vase- nikli sulamid jagunevad konstruktiivseks ja elektrotehniliseks.
Kuniaal sisaldab kuni 13% niklit ja kuni 3% alumiiniumit. Temast saab valmistada suure tugevusega detaile ja elektrotehnilisi tooteid. Tugevuse suurendamiseks tuleb kuniaali karastada ja vanandada, kusjuures tugevuse annab just vanandamine.
Uushõbe. See sisaldab kuni 30% (Ni) niklit ja 35% (Zn) tsinki ja on heleda värvusega. Uushõbe ei korrodeeru õhus. Sellest valmistatakse mehaanilise kella detaile, metallraha, söögiriistu.
Melhior .See on vase ja nikli (30%) sulam, mis sisaldab 1% (Mn) piires mangaani ja 0,8% rauda. Sellel materjalil on suur korrosioonikindlus . Sellest valmistatakse soojusvahetus aparaatide detaile, nõusid, münte, arstiriistu jne
Konstantaan. See materjal sisaldab kuni 40% niklit ja 2 % piires mangaani. Sellest valmistatakse küttekehade traati.
Nikeliin. See materjal sisaldab kuni 35% niklit. Sobib takistite valmistamiseks.
Kopell. See sulam sisaldab 43% niklit ja umbes 0,5% mangaani. Sellest valmistatakse termopaare.
Manganiin. See on vase sulam, mis sisaldab 2… 3% niklit ja 11… 13% mangaani. See materjal on suure elektrilise takistusega, mis vähe sõltub temperatuurist.. Sulamist valmistatakse elektriseadmete kütteelemente ja elektriseadmete täpisdetaile.