1. SUUNDUMUSED MATERJALITEHNOLOOGIAS
Priit Kulu, TTÜ metalliõpetuse professor

2. Innovaatilised materjalid ja protsessid autotehnikas
1) kõrgtugev teras
2) Al-raam

3. Materjalid, n.o
metallid
plastid
keraamika
komposiitmaterjalid

4. Materjalitehnoloogiate ajalooline ja kavandatav areng

5. PROJEKTEERITUD MATERJALID (komposiitmaterjalid)
Materjaliajastud
KIVI
VASK
PRONKS
RAUD
PLAST
KERAAMIKA (KIVI)
KIVI, PUU
VASK, RAUD
PLASTID
PROJEKTEERITUD MATERJALID (komposiitmaterjalid) 1 2 3 4

6. Materjalide klassifikatsioon ja arengusuundumused (1)
Põhilised materjaligrupid:
metalsed konstruktsioonimaterjalid ja metallmaatrikskomposiidid,
konstruktsioonikeraamika ja keraamikamaatrikskomposiidid,
plastid ja polümeermaatrikskomposiidid,
multimaterjalid,
elektri- ja magnetmaterjalid,
biomaterjalid,
pakendmaterjalid,
materjalide ringlus ja korduvkasutus
The Futures Project - Technology Map, EUR EN, Dec. 1999

7. Prioriteedid materjalide valdkonnas
kergkaalulisus,
kõrgtemperatuursed materjalid,
biomaterjalid ja biosobilikkus,
multifunktsionaalsus ja arukus,
materjalide ja nende valmistustehnoloogiate arvutimodelleerimine,
säästlikkus,
minimeerimine ja bioimiteerimine
The Futures Project - Technology Map, EUR EN, Dec. 1999

8. KÕRGTEHNOLOOGILISED METALSED MATERJALID (KTMM)
Eriomadustega MM
Elektriliste omadustega NbTi, Nb3Sn, Nb3Ge nanokristalsed metallid
Konstruktsioonisulamid
Magnetomadustega Fe-Nb-B-sulamid, Sm-Co-sulamid, SmFe3, Sm2Fe17N, amorfsed metallid, nanokristalsed metallid
Mehaaniliste omadustega Mg-, Al-sulamid, Al-metaklaas, vahtmetallid
Termomehaaniliste omadustega Ti-sulamid, supersulamid, MV-terased, metalliidid, rasksulavad metallid, kujumälumetallid
Bioomadustega Ti-sulamid
Keemilised ja termoomadused amorfsed sulamid, supersulamid, MV-terased, Al-sulamid, Ni- ja Fe aluminaadid

9. Kergmetallid ja -sulamid
KTMM
Mg-sulamid (Mg:  = 1740 kg/m3, Ts – 649 0C)
Legeerivad elemendid: Al %; Zn, kuni 5 – 6%; Mn; Zr
Rm  300 N/mm2 (deformeeritavad) Rm/  20
220 N/mm2 (valusulamid)
Al-sulamid
Al-Li sulamid (Li ainus, mis  Rm, E, kuid  = 2500 kg/m3) – 2Li,  4Mg, Rm = 220 – 350; Rp0,2 = 135 – 210 N/mm2
Pulberalumiiniumsulamid
dispersioontugevdatud Al-sulamid (SAP-Al2O315%, Al-C-sulamid – Al4C3 20 mahu%), lubatud töötemperatuur kuni 550 0C
Vahtalumiinium ( ~ 200 kg/m3)

10. Kõrgtugevad terased KTMM Tugevuse/sitkuse tõstmise teed:
struktuuri peenendamine (KTMT jt.) transkris-
madala C-sisaldusega teraste kasutamine talne puru nemine
dupleksterased (PM/HIP) 22 – 25% Cr, F – d < 20 m
martensiitvanandatavad terased (maraging steels) (1980) K  C-vaba martensiidi, V  intermetallid (4 – 5) nm, (NiTi, Ni3Ti jt.)
Rm  2000, Rp0,2  1500, A = %
TRIP – terased (Transformation Induced Plasticity)
Ni-Cr terased 0,2 – 0,3% C, 8 – 14% Cr, 8 – 32% Ni, Mn, Mo, Si
Rm  1700; Rp0,2  1550 N/mm2, A = 50 – 60%

11. Kõrgtugevad terased KTMM Tugevus-plastsus Rp0,2 N/mm2 2000 1000 20 40
KTMT
TMT + def. van
Madallegeerterased
Mart. van. terased (kõrgleg.)
Tugevus-plastsus
Rp0,2 N/mm2
2000
1000 20 40 60 A%

12. Kõrgtugevad titaanisulamid
KTMM
Ti-sulamid (Ti:  = 4540 kg/m3, Ts – C)
TiAl6V4 (tava, TT)
Rm  ( ) N/mm2  max Rm/ 34, A = 12%
TiAl6V4 (valu+HIP)
Rm  1000, Rp0,2  860 N/mm2, A = 10%

13. Kulumiskindlate materjalide ja pinnete grupid
Tribo M
Kulumiskindlate materjalide ja pinnete grupid

14. Omaduste kompleks “kõvadus-sitkus”
Tribo M
Omaduste kompleks “kõvadus-sitkus”

15. Tribomaterjalide ja -pinnete struktuurid (1)
Dispersioon- armeeritud
Lühikiud- armeeritud
Pidevkiud- armeeritud
Sandwich-tüüpi
Pinnatud

16. Tribomaterjalide ja -pinnete struktuurid (2)

17. Pulbertehnoloogia materjalitehnoloogias
Tribo M
Pulbertehnoloogia materjalitehnoloogias

18. Nüüdistööriistaterased (1)
Tribo M
Nüüdistööriistaterased (1)
I põlvkonna kiirlõiketerased
karbiidse noolutuskõvaduse terased C, nt HS 6 – 5 – 2 – 5
W-Mo -V –Co
intermetalliidse noolutuskõverusega terased
C, Co7W6, (CoFe)7W6 jt
( )W-7Mo-1-3V-( )Co
Struktuur

19. Nüüdistööriistaterased (2)
Tribo M
Nüüdistööriistaterased (2)
II põlvkonna kiirlõiketerased – PM terased (PM/HIP)
Uddeholmi terased Vanadis 4, 6, 10, 23, 30, 60 (Super Clean) 1,3 - 2,9% C; → 6,5 W; 1,5 - 7% Mo; 3,1 - 9,8% V; → 10,5% Co
Struktuur

20. Nüüdistööriistaterased (3)
Tribo M
Nüüdistööriistaterased (3)
III põlvkonna kiirlõiketarased – PM terased, (pihustusvormimine (Sprayforming, SF) + HIP)
Vanadis 4 EXTRA
WEARTEC
2,8 C; 8,9 V; 7,0 Cr; 2,3 Mo; Si; Mn
ROLTEC
1,4C; 4,6Cr; 3,7 V; 3,2 Mo; Si; Mn
TOUGHTEC
1,6C; 7,2V; 5,0 Cr; 2,3 Mo; Si; Mn

21. Kõrgtehnoloogiline keraamika (KTK)
Eriotstarbeline keraamika
Oksiid (TiO2), AlN
Elektrokeraamika
Konstruktsiooni/tööriista-keraamika
Mitteoksiid (Si3N4, SiC, B4C)
Optokeraamika
Mehaaniliste ja termoomadustega
Keemiliste ja termoomadustega
Magnetkeraamika
Radiatsioonikindlad
Biokeraamika

22. Keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid
Tribo M
Keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid
Oksiidkeraamika: SiO2, AlO3, ZrO2, MgO-baasil mulliit (3Al2O3*2SiO2)
Karbiidkeraamika: WC, Cr3C2, TiC, SiC, SiC, TiC – SHS protsess (nt. Si ja C või Ti ja C segudest)
Nitriidkeraamika: Si3N-baasil, AlN
Segakeraamika: Ti(C, N), SiAl(OH) (sialoon)-baasil

23. Keraamilis-metalsed tööriistamaterjalid - karbiidkermised
Tribo M
Keraamilis-metalsed tööriistamaterjalid - karbiidkermised
WC-Co – (6 - 30)% Co HV10
Cr3C2-Ni – ( )% Ni HV10
TiC-Ni-Mo – ( )% NiMo(2:1) HV10
TiC-teras – ( )% austeniit/martensiitstruktuuriga teras, HV30

24. Metall-keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid
Tribo M
Metall-keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid
Karbiidterased ja -sulamid
Ferro-TiC
Teras ( )% -TiC
Topeltarmeeritud MMKM
(Cr-teras + 20%VC) + 20%WC
Iseräbustuvad sulamid
NiCrSiB +  50% (WC-Co)
TiC-NiMo – ( )% (NiMo)(2:1) 920 – 1620 HV10
Cr3C2-NiCr – ( )% NiCr

25. Keraamilis-metalsete materjalide kulumiskindlus
Tribo M
Keraamilis-metalsete materjalide kulumiskindlus

26. KÕRGETEMPERATUURSED MATERJALID (KõTM)
Kuumuskindlus = kuumuspüsivus + kuumustugevus
Kuumustugevus  roomekindlus
(Metallide roomavus – T > 0,4 Ts, tardlahuse struktuuriga sulamid – T > (0,7 - 0,8) Ts
Roomekindluse tõstmise teed:
kõrge Ts materjalid  Trekr
legeerimine ( vastupanu dislokatsioonide liikumisele)
jämedateraline, eelistatult monokristalne struktuur

27. Roomekindlad terased ja sulamid
KõTM
Roomekindlad terased ja sulamid
austeniitterased
supersulamid (Tlub. > C)
nimonik (Ni-Cr + Co, Ti, Al)
inkonell (Ni-Cr-Fe)
hastelloid (Ni-Cr + Fe; Mo)
intermetalliidsed sulamid
sulamid rasksulavate metallide baasil (W-, Mo-, Ti-sulamid)

28. Erinevate konstruktsioonimaterjalide töötemperatuurid
KõTM
Erinevate konstruktsioonimaterjalide töötemperatuurid

29. PULBERMETALLURGIA (PM) (1)
MT & TVT
PULBERMETALLURGIA (PM) (1)
PM (Seotud eelkõige autotööstusega, autol USA-s 2004 a. 19,5 kg. Uued automootorid  12 kg
PM detaile)
Pulbrid – eellegeeritud pulbrid, ülipee-
ned lisandid – Ni (1 – 2) m
Tehnoloogiad – pulbersepistamine (PF),
nt kepsud
Materjalid -   7,75 g/cm3 – hammas-
rataste hambad
PM detailid  asend. meh. töödeldud
ja valatuid
PM Al- ja Ti-sulamid asendavad valan-
deid ja sepiseid

30. Pulbermetallurgia (2) MT & TVT PM/HIP Eelised:
väga peen mikrostruktuur ja omaduste
isotoopsus  võimaldab UT,
mittekalduv vesinikharpusele (HISC)
teised
kuju lähedus,
konstruktsiooni paindlikkus,
mehaanilised omadused,
väikeseeria majanduslikkus
1. Inert gas atomizing to produce powder
3. The capsules are subjected to high isostatic pressure and high temperature to obtain full density
2. Sheet metal capsules are filled with the powder

31. Pulbermetallurgia (3) SF/HIP
Analoogne PM/HIP, tooriku vormimisele pihustusmeetodil

32. Tänan tähelepanu eest! Priit Kulu Tel. 620 3352
E-post: