METALLID

   

  Teatris kasutatakse metalli põhiliselt konstruktsiooni materjalina. Aga ka kinnitusvahendid(naelad, kruvid jne) ning tööriistad(saed, haamrid) jmt on ju  enamasti metallist. Antud lehel tutvustan üldiselt metalle ning kahte suuremat alajaotust, millest tehtud tooteid teatris enim kasutatakse.

 Metallid, nende liigitus ja omadused

Metallid on ained, millel on hea elektri-ja soojusjuhtivus ning enamikul juhtudel ka töödeldavus jasuur plastilisus ning elastsus. Elementidest. Metallide hulka kuulub 80% keemilistestMetallid liigitatakse kahte gruppi:

• raud ja rauasulamid(ingl. k. iron and ferrous alloys; u 95% kogu maailma metallitoodangust)

• mitteraudmetallid ja mitterauasulamid(ingl. k. non-ferrous metals and alloys; nendel alla kuuluvad kõik ülejäänud metallid ja nende sulamid)

Füüsikalis-keemiliste omaduste ja maakoores leidumise järgi eristatakse tihedusest lähtuvalt kergmetalle ja -sulameid(light metals and alloys), mille tihedus ei ületa 5000 kg/m³ (liitium, berüllium, magneesium, alumiinium, titaan jt), raskemetalle- ja sulameid (heavy metals and alloys), mille tihedus ületab 10 000 kg/m³ (plaatina, volfram, molübdeen, plii, tina jt), ja keskmetalle ja -sulameid (tihedus üle 5000, kuid alla 10 000 kg/m³). Sulamistemperatuurist lähtuvalt kergsulavaid metalle ja sulameid (fusible metals and alloys), mille sulamistemperatuur ei ületa plii oma, s.o. 327 ^oC (tina, plii, antimon, elavhõbe jt.), rasksulavaid metalle ja sulameid (refractory metals and alloys), mille sulmamistemperatuur ületab raua oma, s.o. 1539 ^oC (volfram, tantaal, molübdeen, nioobium, kroom, vanaadium, titaan jt.), ja kesksulavaid metalle ja sulameid (sulamistemperatuur üle plii, kuid alla raua sulamistemperatuuri). Keemilisest aktiivsusest lätuval jaotatakse metalle: väärismetalle (noble metals)(hõbe, kuld ja nn. Plaatinametallid-roodium, pallaadium, plaatina jt) ja mitteväärismetalle (non-noble metals). Tehakse vahet ka leelismetallide, leelismuldmetallide, haruldaste ja hajusate, radioaktiivsete jt metallide vahel.¹

Materjali vastupanu deformeerimisele ja purunemisele iseloomustavad materjali mehaanilised omadused: tugevus, kõvadus, plastsus ja sitkus.

Tugevus (strength) on materjali võime purunemata taluda koormust, ebaühtlast temperatuuri vm. Metallide tugevusnäitajateks on erijuhtudel proportsionaalsuspiir, voolavuspiir, tugevuspiir jt. Eristatakse konstruktsioonitugevust, staatilist, dünaamilist ja kestvustugevust.

Kõvadus (hardness) on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele deformatsioonile. Tuntumad kõvadusteimid (Brinelli, Rockwelli ja Vickersi meetod) põhinevad kõvast materjalist otsiku(indentori) surumisel uuritava materjali pinda.

Plastsus (plasticity) on materjali võime muuta purunemata talle rakendatud väliskoormuse mõjul oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada jäävata(plastset) deformatsiooni pärast väliskoormuse lakkamist.

Sitkus (ductility) on materjali omadus koormamisel taluda (enne purunemist) olulist deformeerimist. Sitkuse vastupidine omadus on haprus..

Sõltuvalt tööolukorrast (koormamise viisidest) eristatakse staatilisel, dünaamilisel ja tsüklilisel koormamisel määratavaid mehaanilisi omadusi.

 

Teatris põhiliselt kasutatavad metallid

 

Teras on raua sulam, mille süsinikusisaldus on alla 2, 14%. Prkatilist kasutamist leiavad terased süsinikusisaldusega vähem kui 1,5%. Toodetakse mittelegeerteraseid e, süsinikteraseid (palin carbon steel) ja legeerteraseid(alloy steel). Mõlemad sisaldavad lisaks süsinikule ja legeerivatele elementidele samuti tavalisandeid: mangaan(Mn), räni(Si), fosfor(P), väävel(S).

Terase tootmise lähtematerjalid on toormalm ja terasmurdu e. rauamurd. Tootmise meetod põhineb malmi süsiniku- ja lisanditesisalduse vähendamisel. Legeerterase tootmisel veel ka legeerivate elementide lisamisel.

Lisandite hulgast terases sõltub selle vastupidavus ja töödeldavus. Süsinik vähene kogus terases on oluline selleks, et see oleks sitkem ja plastsem st lihtsamini vormitav. Legeerivad lisandid muudavad terase tugevamaks ja paremaks ning vähendavad tema roostetamise ohtu. Selle pärast ongi teras võrreldes malmiga sitke ja talub ühtlaselt hästi igasuguseid pingeid, mis tagab teraskonstruktsiooni suure töökindluse.

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.

Teraste liigid:

LIIK	LISANDID	OMADUSED	TÖÖTLEMINE	TOOTED
Konstruktsiooniterased (jagunevad omakorda tavaterased, kvaliteetterased, kõrgkvaliteetterased)	-	-	Nendest terastest ei saa valmistada detaile, mis vajavad termilist töötlust.	Konstruktsiooni profiilid
Automaaditeras	suurendatud fosfori ja väävli sisaldus, seleen	Lisandid võimaldavad töötlemisel saada murde laastu. Seleen ja fosfor parandavad pinna kvaliteeti.	Automaatmetallilõikepinkidega	Vähem vastutusrikkad detailid nt kruvid, poldid, tihvtid jne
Valuteras	räni	Parandatud vedelvoolavus	Valuvormimine	-
Süsinik tööriistateras (kvaliteetsed ja kõrgekvaliteetsed)	vähendatud väävli ja fosfori sisaldus	Kuumuskindlus on 250 – 350ºC	-	Meislid, vasarad, kärnid, tornid, höövli terad, freesid, saelehed, sirkel, viilid, kaabitsad, žiletiterad, tõmbesilmad jne
Legeeritud terased	lisatud peale süsiniku, räni, väävli ja fosfori lisatud veel teatav % legeerivaid elemente nagu kroomi, niklit, mangaani jne	-	-	-
Legeeritud vedruterased	mangaan, kroom, vanaadium	Parem elastsus ja tugevus	-	Vedrud
Legeeritud tööriistaterased	kroom, volfram, vanaadium, molübdeen, räni, mangaan	Ei ole keevitatavad.	-	-
Kiirlõiketeras e kõrgelt legeeritud tööriistateras	põhiliseks legeerivaks elemendiks on volfram	Suurendatud kuumustugevust 500 …600ºC juures	-	-
Korrosioonikindlad (roostevabad) terased	sisaldavad vähe süsinikku, põhiliseks legeerivaks elemendiks on kroom, lisatud korrosioonikindluse tõstmiseks niklit, titaani, mangaani	Kõrge korrosioonikindlus	-	Roostevabad sööginõud, turbokompressorite labad jne
Kuumustugevad ja kuumuspüsivad terased	kroom, molübdeen, volfram, alumiinium, titaan, koobalt, vanaadium	Kuumustugevus-vastupidavus koormustele kõrgel temperatuuril Kuumuspüsivad-struktuur ja koostis kõrge temperatuuri juures ei muutu.	-	Katlad, sisepõlemismootorite hülsid, vedrud, puksid, tõukurid, pihustite nõelad ja teised keeruka kujuga kuumust taluvad detailid

Konstruktsiooni materjalid:

• terasprofiilid
• torud
• latid
• vardad
• lehtmetall
• võrklehed, perfolehed, restid ja restastmed
• talad

Töötlemine:

Terasprofiili tüübid

- lõikamine

- keevitamine 

- jootmine

-pindamine

 

Alumiinium on enamlevinumaid elemente maakoores. Alumiiniumit saadakse põhiliselt mineraalist- boksiidist. Kaasajal ei osata veel alumiiniumit otse maakidest toota. Tootmisprotsess jaguneb kolme ossa: 1) alumiiniumoksiidi Al₂O₃ (alumina, aluminium oxide) saamine; 2) Al₂O₃ elektrolüüs Al saamiseks; 3) rafineerimine. Alumiiniumil on rida häid omadusi: hea korrosioonikindlus, väike tihedus, väga plastne, vormitav paljude moodustega, hea elektrijuhtivus.

Miinusteks on (puhta alumiiniumi puhul) madal tõmbetugevus aga seda saab suurendada kalestamise teel või teiste elementidega legeerimise teel. Alumiinium on väga aktiivne hapniku suhtes ja metalli mis tahes värske pind oksüdeerub kiiresti. Samas kaitseb oksiidikiht edaspidise korrosiooni eest ning annab seetõttu hea korrosioonikindluse.

Kõrgepuhtus astmega alumiinium (99,5% ja enam) on väikse tugevusega ja teda kasutatakse peamiselt keemia-ja toiduainetööstuses mahutite ja torustike valmistamisel. Tehniline alumiinium, mis sisaldab, kuni 0,5% rauda on suurema tugevusega aga vähem plastne ning halvema korrosioonikindlusega. Peale raua kasutatakse alumiiniumi lisandina ka terast, räni ja mangaani.

Alumiiniumsulameid liigitatakse lähtudes töödeldavusest ja termotöötlusest:

1. puhas Al, Al-sulamid, pulberalumiinium
2. deformeeritavad sulamid, valusulamid
3. vanandatavad, mittevanandatavad

Konstruktsioonimaterjali tooted:

• alumiiniumprofiilid
• torud
• latid
• vardad
• lehtmetall
• võrklehed, perfolehed, restid ja restastmed
• talad
• rullid
• rihvel

Levinumad alumiiniumprofiilid

Töötlemine:
- lõikamine
- keevitamine
- pindamine
- jootmine

Alumiiniumplekk

Allikad:

Metalliõpetus ja metallide tehnoloogia I Metalliõpetus ja metallurgia Priit Kulu, Jakob Kübarsepp, Leo Valdma, Tallinn 1998

Metalliõpetus ja metallide tehnoloogia III Materjali ja tehnoloogia valik Daniil Arensburger, Priit Kulu, Jakob Kübarsepp, Jüri Pirso, TTÜ Kirjastus, Tallinn 1999

Ehitustehnika alused L.Ossipov, G. Jakovlev, Kirjastus "Valgus", Tallinn 1965

 https://sites.google.com/site/terased/ Tiit Tiidemann