3. Metallit. Metalleista, erityisesti : 9/14/2015

Transkriptio

1 3. Metallit Metalleista, erityisesti : Teräs, rakenneteräs, ruostumaton teräs ja ohutlevyt. Alumiini (ensi kerralla) Kupari (ensi kerralla) ja hieman muistakin metalleista. 1

2 Yleistä : Metallit ovat epäorgaanisia rakennusaineita kuten silikaatti ja kalkkipohjaiset materiaalit. Metallit ovat lujuudeltaan 10-kertaa lujempia ja jäykempiä kuin tavanomaiset silikaattimateriaalit. Metallit ovat sitkeitä ja niillä on yleensä hyvä vetolujuus : valurauta voi olla hyvin haurasta. Täydentävät hyvin silikaattimateriaalien ominaisuuksia : yhteensopivuus hyvä Metallin kidehila : Teräksen kiderakenne : Teräs jähmettyy valmistusprosessin kuluessa sulasta tilasta kiteiseen muotoon : Kiderakenne voi olla tilakeskinen / ferriittinen tai pintakeskinen / austeniittinen kuutiollinen kidejärjestelmä. Atomien väliset sidosvoimat sallivat kidehilan atomitasojen liukua toisiinsa nähden kiderakenteen rikkoutumatta : Metallit ovat hyvin muokattavissa. Kiderakenne on epäyhtenäinen : hyvin järjestäytyneet kiderakeet ja niiden väliset epäjärjestäytyneet vyöhykkeet, raerajat. Tilakeskinen / ferriittinen Pintakeskinen / austeniittinen 2

3 Teräs ja sen hiilipitoisuus : Alkuvaiheessa rautaa käytettiin rakenteissa epäpuhtaana valurautana, hiiltä ei osattu poistaa raudasta riittävän tehokkaasti. Voidaan määritellä : hiilipitoisuus < 1,7 % teräs hiilipitoisuus > 1,7 % valurauta Hiilipitoisuuden kasvaessa lujuus ja kovuus kasvaa, mutta tärkeä sitkeys heikkenee. Teräkset eleisimmin ryhmitellään : matalahiilisiin < 0,25 %, keskihiilisiin > 0,25 % ja < 0,60 % runsashiilisiin > 0,60 %. alajako seosaineiden mukaan ja jatkojalostuksen mukaan. Periaatekuva! Teräksen sisältämä hiili ja seosaineet: Hiili on liuenneena rauta-atomien muodostamassa kidehilassa tai kemiallisena yhdisteenä erillisenä kiteenä tai sulkeumana, karbideina : Tyypillisin karbidi on sementiitti (fe3c). Karbideja muodostavat seosaineet : Kromi, molybdeeni, vanadiini ja wolframi. Karbideja EIVÄT muodosta seosaineista : Mangaani, nikkeli, pii, alumiini ja kupari. Teräksen hiottua pintaa, valomikroskooppissa. Seosaineet ja epäpuhtaudet luonnollisesti esiintyvät teräksessä monina kemiallisina yhdisteinä : Oksidit, sulfidit, silikaatit ja nitridit, yhdistrelmät näistä. Yhteinen nimitys : kuonasulkeumat. Sulfidisulkeumia 3

4 Hiili teräksessä : Austeniittia : Martensiittia, teräs C jäähdytetty nopeasti (karkaistu). Ferriittiä, C 0 % : Perliittiä, C 0.8 % : Seuraavan sivun kuva Perliittisferriittinen C 0.5 % : Sementiittiä raerajalla C > 0.8 % : Hauras! Rauta hiilitasapainopiirros (pitää paikkansa myös pienillä %:n seosmäärillä) Teräksen lämpökäsittelyt : Osattu hyödyntää ilmeisesti aina raudan valmistuksen yhteydessä. Tarkoituksena vaikuttaa raudan sisäiseen kiderakenteeseen. Tässä on kuvattu yksi menetelmä eli normalisointi : Lämpökäsittely osana levytyotteiden valmistusta Huom! suunnat Rakeiden väliset raerajat ovat materiaalin sisäisiä epäjatkuvuuskohtia : vaikuttavat lujuuteen, korroosioon, hitsaukseen... myös epäpuhtaudet ja seosaineet kasaantuvat raerajoille. 4

5 Teräksen lujuus : Vedetyn koeasauvan käyttäyminen kokeen aikana : sitkeys on erinomainen. vetolujuus vaihtelee 50 Mpa MPa. Kimmokerroin Mpa Murtotilanteessa venymä > 10 % Teräksen lujuus jatkuu... Raudan atomit liukuvat, dislokaatio, leikkausrasituksen alaisena toistensa suhteen. Suunta vaihtelee sisäisen epäjärjestyksen mukaan. Tuloksena on uudelleen järjestyneet atomit, epäjärjestys on siirtynyt uuteen paikkaan : sidokset ja lujuus ovat edelleen jäljellä. Dislokaatio on nauhamainen tai viivaminen kidevirhe : sijoiltaanmeno, paikaltaan siirtyminen... 5

6 Metallien väsyminen : Metallien lujuutta alentaa väsyttävä kuormitus : Ulkoinen kuorma tai sisäinen kuorma ; lämpöliikkeet. Erityisesti väsyttävät kuormat, joissa : kuormituksen taso on korkea > 60 %, jännitys vaihtaa merkkiä ja kuormakertoja on paljon > 10 6 ovat vaarallisia. Murtuminen alkaa alkusäröstä joka alkaa kasvaa ja johtaa rakenteen pettämiseen. Särön syntyminen Murtuminen Teräksen ominaisuuksia : Etuja : kevyt luja (lujuus/paino-suhde hyvä) liitokset helppoja kiinnitykset helppoja homogeeninen materiaali voidaan valmistaa halutuilla ominaisuuksilla kosteuden vaihteluilla ei merkitystä palamaton aine hyvä kulutuskestävyys hidas korroosio sallii hoikat rakenteet myöhemmät suurehkot muutokset helppoja Haittoja kallis hoikkuudesta johtuvat stabiiliusongelmat ei kestä korkeita lämpötiloja pinnan korroosio-ongelmat työstäminen työmaalla vaikeaa suunnitelmien tulee olla valmiita rakentamisen alkaessa 6

7 Matalahiilisen teräksen ominaisuuksia : Hiilipitoisuus : n. 0,09 % ( 0,16 %) Kimmokerroin : E = N/mm2 Pituuden lämpötilakerroin : /K Iskusitkeyden testauslämpötila : - 40 C Terässtandardit ( S = structural) : Mikrorakenne on ferriittiäja / tai perliittiä, ei taipumusta muodostaa maretensiittia lämpökäsittelyssä. Ominaisuuksiltaan pehmeitä, matala-lujuuksisia mutta sitkeitä teräksiä. Muokattavissa, koneistettavissa, hitsattavissa. Halvimpia teräslaatuja. Suurtuotantoa. Käyttökohteet : rakenteiden teräsosat rakennuksissa ja silloissa. HSLA teräs on matalaseoksinen High Strength Low-Alloy teräs : seosaineina kuparia, vanadiinia, nikkeliä ja molybdeeniä yht. < 10 %. Terästen nimikejärjestelmä : 7

8 Keskihiilisen ja runsashiilisen teräksen ominaisuuksia ja käyttökohteita : Keskihiilisten terästen hiilipitoisuus mahdollistaa monipuolisen terästen lämpökäsittelyn austenoimalla, sammuttamalla ja hehkuttamalla (karkaisu ja nuorrutus, päästettyinä). Paremmat lujuusominaisuudet kuin matalahiilisillä : Käyttökohteet : koneenosat joissa vaaditaan kulumiskestävyyttä, suurta lujuutta ja sitkeyttä. Rautateiden kiskot. Runsashiilisten terästen korkea hiilipitoisuus mahdollistaa erittäin lujia ja kulumiskestäviä teräslaatuja. Mutta ne ovat erittäin hauraita. Seosaineina kromia, vanadiinia, volframia ja molybdeenia. Teräkseen muodostuu karkaisu ja päästökäsittelyjen jälkeen kovia karbideja. Käyttökohteet : työkaluteräkset. Teräksen valmistus : Rautamalmi rikastetaan ennen masuunia. Jatkuvatoimiseen masuuniin rikaste syötetään yhdessä hiilen ja kalkkikiven kanssa : Raudasta poistuu happi, rauta pelkistyy. Hiili ja muut epäpuhtaudet jäävät valurautaan. Sula rauta päätyy masuunin pohjalle, sula kuona poistetaan päältä. Raakaraudan valmistuksessa syntyy sivutuotteena masuunikuonaa. Tiivistämistä 8

9 Teräksen valmistus jatkuu... Valmistuksen yhteydessä masuuneissa raudan happi siis sidotaan palamisen yhteydessä hiileen, syntyy hiilidioksidia. Sula rauta jatkojalostetaan säätämällä hiilipitoisuus oikeaksi ja poistamalla epäpuhtauksia ja lisäämällä seosaineita. Nykyisin rauta valetaan jatkuvana valuna valssatuiksi aihioiksi tai kuumavalssatuiksi lopputuotteiksi. Ominaisuudet säädetään lopullisesti oikeiksi lämpökäsittelyillä. Ruostumattoman teräksen valmistus : Teräksen korroosion kestävyysominaisuuksia on mahdollista parantaa lisäämällä siihen kromia ja nikkeliä : Pitoisuudet ovat suuria, kromia 18 %. Hiilipitoisuus alhainen. Kaikki teräksen ominaisuudet muuttuvat, luonnollisesti myös lujuus. 9

10 Ruostamottomien teräksien lujuus : Ruostumaton teräs on parempi kuin tavallinen teräs korkeissa lämpötiloissa. Austeniittiset ovat hyvin muovattavia ja iskusitkeitä matalissa lämpötiloissa, hitsattavia ja säilyttävät hyvin lujuutensa korkeissa lämoötiloissa. Ferriittiset teräkset ovat austeniittisia halvempia, kylmäsitkeys ei ole niin hyvä kuin austeniittisten. Duplex teräkset sisältävät likimain yhtä paljon austeniittista ja ferriitistä mikrorakennetta : käytännössä yleisiä hyvän hitsattavuuden, muovattavuuden ja riittävän korrosiokestävyyden takia. Martensiittiset ovat lujia, mutta hauraita ja huonosti muovattavia : soveltuvat työkaluteräkseksi. hyvä kulutuskestävyys. Esimerkki teräksen korroosionopeudesta : Kokeissa kromin lisääminén pysäyttää teräksen korroosion. Ruostumattoman teräksen pinnalle tullut naarmu ei johda korroosion kiihtymiseen, vaurio korjaantuu itsestään. Työstettävyys hitsattavuus ominaisuudet poikkeavat, käytännössä erikoisosaamista. Pintakäsittelyt mahdollisia. 10

11 Säänkestävä teräs : Säänkestävä teräs ruostuu aluksi normaalisti, mutta ruostekerros on normaalia tiiviimpää estäen hapen pääsyn teräkseen, ruostuminen hidastuu : Kupari ja ulkoilman happi ja kosteus muodostavat tiiviin patinakerroksen. Korroosiokerroksen vaurioiduttua, muodostuu uusi suojaava korroosiokerros. Ruoste tahrii kuten tavallisen teräksen ruostekin. Seosaineita ovat: kupari, kromi ja nikkeli sekä eräissä laaduissa myös fosfori. Ruostuminen hidastuu 1/3... 1/5 osaan seostamattoman teräksen ruostumisnopeudesta. Rautaruukki : Cor-ten teräs (esim. S235JOW, W = weather) Terästuotteita : Teräksen lämpökäsittely-menetelmiä : kuumamuokkaus C normalisointi C rekristallisointihehkutus C myöstöhehkutus C karkaisu > 700 C päästö C nuorrutus = karkaisu + päästö kylmämuokkaus = muokkaaminen lämmittämättä Korroosiokestävyydeltään erilaisia teräslaatuja : Tavallinen teräs (ns. musta rauta) Sänkestävä teräs eli ns. Cor Ten teräs (patinoiva ruostekerros) seosaineena vähän kromia ja kuparia (0,6 % Cr, 0,4 % Cu) Ruostumaton teräs : rakennusalan käyttämä ruostumaton teräs (rosteri)on yleensä ns. 18/8 teräs (18 % Cr, 8 % Ni) Haponkestävä teräs useita koostumuksia (esim. 18 % Cr, 12 % Ni, 2 % Mo) Kromi korroosionkestävyyden ja nikkeli sitkeyden lisäämiseksi ja molybdeeni pistesyöpymisen estämiseksi. 11

12 Terästuotteiden jatkojalostus valssamalla : Kuumavalssaus : Profiilituotteet. Ohutlevytuotteet. Terästuotteiden jatkojalostus valssamalla jatkuu... Nauhatuotteiden, ohutlevyjen valssaus : 12

13 Terästuotteiden jatkojalostus valssamalla jatkuu.. Teräsprofiilien valssaus : Monivaiheisen valssin jälkeen profiili saa lopullisen muotonsa. Valssattuun tuotteeseen jää alkujännityksiä. Terästuotteiden jatkojalostus valssamalla jatkuu.. Putkien valmistus : Kuumavalssaamalla Kylmämuovaamalla Hitsaamalla tulpan avulla saadaan valssien välissä pyörivään tankoon reikä aihioon saadaan tasainen putken seinämäpaksuus, materiaali lujittuu Muotoilu tapahtuu vähitellen : Valmistetaan ympärä- ja suorakulmaisella poikkileikkauksella. Myös kartiokas mahdollinen. Kierresauma/ suora. 13

14 Teräksen liitostapoja : Hitsaus kaasuhitsaus Puikkohitsaus : kaarihitsaus MIG, MAG, TIG - (suojakaasu) jauhekaarihitsaus pistehitsaus Mekaaniset liitostavat pultit ruuvit Suojakaasuhitsaus : naulat niitit Juottaminen Kitkaliitos. Ohutlevyjen kylmävalssaus : 14

15 Teräksen pinnoitus : 1. Kuumasinkitys. 2. Sähkösinkitys (galvanointi). 3. Maalaus. 4. Muovipinnoitus. Muovipinnoitus : PVF2 : Käytetään vaativassa ulkokäytössä. Sen korroosion ja ulkonäönkestävyys ovat molemmat hyvät. Se kestää myös erilaisia pesuaineita, joten julkisivujen puhdistaminen käy helposti. Polyesteri : Käytetään sisä- ja ulkopinnoissa. Pinnoite on erittäin luja, joten se ei naarmuunnu helposti. PURAL : On uusin pinnoite. Sillä on hyvät ominaisuudet kulutusta ja säärasituksia vastaan. Se on erityisesti tehty kattoja varten, mutta soveltuu myös julkisivujen pinnoitteeksi. Pinnoitteessa on pieni struktuuri, joten pinta ei ole sileä. PVC : Käytetään kuivissa tiloissa, joissa elintarvikkeet saattavat joutua suoraan kosketukseen pinnoitteen kanssa (elintarvikeluokiteltu). Pinnoitteiden ominaisuuksia : Pinnoitteet poikkeavat paljon ominaisuuksiltaan : Pinnoitteiden paksuuksilla suuri merkitys. Pitkäaikaiskestävyys ratkaisevaa, värien pysyvyys ja kiinnitykset. Hyvin rajallisesti! 15

16 Ohutlevyjen valmistus ja liittämistapoja : Ohutlevytuotteet valmistetaan taivuttamalla ja / tai rullamuovaamalla. Ohutlevyjä voidaan liittää toisiinsa : naulaus itseporautuva ruuvi niittaus (popniitti) lista taitos kieleke ym. erikoismenetelmät ("klipsit") Ohutlevytuotteita : Ohutlevyt ja ohutlevystä mineraalivillasta valmistetut sandwich-elementit ovat erittäin kilpailukykyisiä hallirakennusten julkisivuissa : käyttöä jouduttu rajoittamaan vanhojen julkisivujen korjaushankkeissa. Koska levyrulla, josta lähdetään rullamuovaamaan on aina saman levyinen, korkeampi profiili johtaa kapeampaan levyyn. Ohutlevyn käyttöä pitää pyrkiä välttämään kolhuille alttiissa rakenteissa. Kolhuja ei voi oikaista, pinnoiteita on vaikea korjata. 16

17 Hitsatut jatkojalosteet : Hitsaamalla valmistetaan paksuista rakenneteräs-levyistä ja profiileista : I-palkit, leukapalkit, pilarit, ristikot. Kehitetty laivojen rakentamiseen. Paksut levyt polttoleikataan kaistoiksi. Kaistat hitsataan roboteilla pulverihitsaus- Menetelmällä rakenteiksi. Terästuotteiden valmistusmenetelmät, yhteenvetoa : Valaminen : Valurautatuotteet. Muovaava työstö : taonta valssaus (kuuma-, kylmävalssaus) taivutus syväveto painosorvaus, kuulapuhallus. Veto. Leikkaavat työstöt : Katkaisu, stanssaus. (mek) Polttoleikkaus (kuum) Lastuava työstö : Poraus, sorvaus, jyrsintä, höyläys, ja Sahaus, viilaus ja hiominen 17

18 Teräksen palosuojaus : Betonointi. Rappaukset. Kipsilevyt. Vermikuliitti, (asbesti), mineraalivilla. Palonsuojamaalit. Vesi (huolehdittava, että vesi höyrystyessä syntyvä paine ei riko rakenteita) Pilari Välipohja Teräs pitkien jännevälien rakenteiden rakennusmateriaali : Teräs on kantava materiaali pitkien jännevälien siltarkanteissa : - maantiesiltojen bintarakenteet ovat betonia ja pienissä kevyen liikenteen silloissa usein puuta. 18

19 Teräs on hyvä materiaali hybridi- ja liittorakenteissa : - leukapalkit ovat esikorotettuja, reiällisiä teräspalkkeja. - Näiden varaan lasketaan esijännitetyt ontelolaatat. - Yhteistoiminta varmistetaan saumoihin asennettavilla raudoitteilla ja saumavaluilla sekä laattojen päälle tulevalla pintavalulla. Hitsaamalla koottuja rakenteita : HQ- palkit kannattelevat tyypillisesti ontelolaattoja. Delta-palkki (alla) on tehokas matalissa toimistotalojen välipohjissa : Huomaa paloteräkset ja liittyminen betoniseen välipohjaan 19

20 Teräsristikot : Teräsristikot ovat hyvä erittäin edullinen vaihtoehto hallien kattorakenteissa : Muistettava, että teräsrakenteiden varmuuskertoimet on normeissa asetettu erittäin alhaisiksi. Hyvin hoikissa rakenteissa on helposti stabiliuden kanssa ongelmia : Paikallinen stabiiliuden menetys lommahdukset. Rakenneosan stabiiliuden menetys nurjahdukset. Koko rakennuksen stabiiliuden menetys - jatkuva sortuma. Metallien korroosio : Perimmäinen syy metallien korroosioon : metallit eivät ole pysyviä, metallit eivät esiinny luonnosa puhtaana vaan kemiallisina yhdisteinä, malmeina. rikastettujen metallien energiapitoisuus on suurempi kuin malmien. Metallien syöpymistä ei voi kokonaan estää mutta sen nopeutta voi hidastaa : ympäristön merkitys on ratkaiseva. yleinen, tasainen korroosio on paras vaihtoehto. paikallinen pistekorroosio jännityksen alaisena on huonoin vaihtoehto. Rakennusaineiden kosketus voi aiheuttaa korroosiota : vaaralliset aineyhdistelmät. kosketuskohta synnyttää hapen konsenraatioeron ja veden kondenssipisteen. Raeraja on kosketuskohta mikrotasolla. Jännitys-, eroosio ja korroosioväsyminen : paljastuu uuttaa anodista pintaa, kiihtyvällä nopeudella. Esimerkki korroosiosta : 20

21 Sähkökemiallinen korroosio : Korroosioon vaikuttavat tekijät : 1. ANODINEN REAKTIO syöpyminen 2. KATODINEN REAKTIO pelkistyminen 3. Sähköä johtava (vesi)liuos, jonka kautta anodi ja katodi ovat NESTEKONTAKTIssa 4. Anodin ja katodin välillä METALLINEN KONTAKTI 5. Anodin ja katodin välinen POTENTIAALIERO Reaktion nopeus on seurausta potentiaalierosta jos muut edellytykset ovat olemassa. Ilman epäpuhtaudet vaikuttavat rakenteiden korroosioon : rikkiyhdisteet muodostavat rikkihappoa, tuhoaa oksidikerrokset. CO 2 muodostavat hiilihappoa. Meri-ilmasto, maantiesuola... Matallien epäpuhtaudet ja raerajat. Heikko sähkövirta! Ilmassa tapahtuva korroosio, perustyypit : 1. Kromityyppi ; korroosio lakkaa tiiviin suojakalvon muodostuttua. 2. Kuparityyppi ; korroosio hidastuu ja suojaklvo tulee yhä paksummaksi. 3. Sinkkityyppi ; suojakalvo häviää jatkuvasti, korroosiollavakionopeus. Kiinnikkeiden aiheuttama ruostuminen : Galvaaninen korroosio aktivoituu, kun: 1. Ilman suhteellinen kosteus yli 60 prosenttia 2. Epäpuhdas ilma: runsaasti metallisia lika partikkeleja, rikkiä Ruuviliitoksessa erilaisia metalleja, joiden potentiaaliero on suuri. 4. Anodin ja katodin pinta-alojen suhde on pieni. Estäminen, keinoja : 1. Saata galvaaninen pari toimintakyvyttömäksi: - suojaamalla rakenteet kosteudelta, - eristä eri metallit toisistaan tai - eristä metallit elektrolyytistä. 2. Vältä yhdistämästä metalleja, joiden potentiaaliero on suuri. 3. Järjestä rakenteen tuuletus. 4. Valitse ruuvit jalommasta aineesta kuin rakenne. - epäjalomman (rakenne) pinta-ala suuremmaksi kuin jalomman (kiinnike). 5. Valitse riittävä pinnoitus. 6. Järjestä lämpötila mahdollisimman alhaiseksi. 7. Materiaalin valinta: vältä sähkösinkittyjä kiinnikkeitä, joiden korroosionkesto on heikko. 21

22 Sinkkikerroksen syöpyminen : Sähkösinkitys on murto-osan kuumasinkityksen paksuudesta : Alumiini : Alumiini on raudan jälkeen eräs tärkeimmistä teollisuusmetalleista : Maaperäastä 8 %. Suhteellisen kevyttä (lujuus/paino). Suhteellisen korroosionkestävää. Suhteellisen helppo liittää. Kallis materiaali, valmistus vaatii runsaasti energiaa. Käyttö pääasiassa seoksina: Valuseokset. Mg, Si tavallisesti. Cu, Mg, Zn tavoitteena suuret lujuudet. Ominaisuuksia: Tiheys 2700 kg/m 3. Kimmokerroin E = MPa stabiliteettiongelmia ja suuret taipumat. Vetolujuus Mpa. Pituuden lämpötilakerroin = /K Pieni kovuus. Hyvä heijastuskyky n. 90 %. Sulamispiste alhainen C, sytyttyään palamaan palo jatkuu itsestään. 22

23 Alumiini : Duralumiini : Seosalumiini : 3,5 5,5 % Cu, 0,5 % Mn, 0,3 1 % Mg ja 0,3 1,2 % Si. Vetolujuus 400 Mpa, murtovenymä 8 12% ja kimmokerroin sama MPa. Alumiinioksideja ovat mm: Korundi (puhdas Al), rubiini, safiiri, topaasi ja smaragdi (epäpuhtaita). Alumiinin valmistus ja alumiinituotteet : Alumiinin yleisin raaka-aine on bauksiitti : Al2O3, seassa rautaoksideja. Valmistetaan mm. Norjassa ja Islannissa. Alumiini eroitetaan oksidistaan elketrolyyttisesti: Sähkönkulutus suurta, 40 % tuotantokustannuksista. Energiasisältö alumiinilla 8 x raakateräs. Alumiinia voidaan lämpökäsitellä, mm. karkaista. Tuotteiden valmistus : Pursottamalla ja Vetämällä. Muovaamalla ohuiksi folioiksi. Alumiinijauheesta voidaan sintraamalla, puristamlla korkeissa lämpötiloissa kiinteiksi kappaleiksi (3D-tulostus) 23

24 Alumiinin käyttö : Alumiinia käytetään erilaisina profiileina ja levyinä rakentamisessa : verhous- ja katelevyt. valmisprofiilit, listat. kalvot. Alumiinia voidaan liittää ruuveilla, niittaamalla, liimaamalla ja hitsaamalla : Kaikin tunnetuin hitsausmenetelmin. oksidikalvo poistettava ennen hitsausta. kappaleet nopea lämpeneminen ongelmana. Alumiinin korroosio : Alumiinin korroosion estää sen tiivis oksidikerros : Anodisointi eli eloksointi: oksidikerroksen kasvattaminen sähkökemiallisesti n. 500-kertaiseksi voidaan värjätä muutamilla värityypeillä. Eloksoitua alumiinia ei voi muokata. Kemiallinen hapetus : kromatointi ja fosfatointi käytetään lähinnä maalauksen esikäsittelynä, parantaa tartuntaa. Korroosiota ei pääse tapahtumaan jos oksidikalvo ei rikkoudu : kalvo pysyy hyvin kiinni ja paikkautuu itsestään. kalvo syöpyy betonissa, emäksisessä ympäristössä. Vältettävä alumiinin kosketusta kupariin, suojaamattomaan teräkseen tai messinkiin. Alumiinikiinnikkeet tai ruostumaton, kuumasinkitty, kadmioitu kiinnike. Pistesyöpymät mahdollisia. 24

25 Kupari : Kupari harvinaisempi mutta rakentamisessa jo kauan käytetty materiaali : Monomorfinen; kidemuoto säilyy, pintakeskinen kuutio sulamispisteeseen saakka. Ei voida vaikuttaa ominaisuuksiin lämpökäsittelyllä kuten teräksellä. Kupariseoksilla suuri merkitys : Kuparin ja tinan lejeerinki, pronssi oli suuria innovaatioita. Kuparin ja sinkin lejeerinki, messinki aiemmin vesikalusteissa. Kuparilla suuri romuarvokin : Kiinnitykset, missä kannattaa käyttää. Kuparin valmistus : Kuparin valmistus monivaiheinen : Kuparin pitoisuudet malmeissa hyvin pieniä: kuparikiisu CuFeS 2 ja kuparihohde. Kupari rikastetaan ensin vaahdottamalla: Rikasteessa on jo n. 10 % kuparia. Pasutetaan liekkisulatusuunissa ja pelkistetään konvertterissa raakakupariksi: 98 99% kuparia : pasutuksessa muutetaan ensin oksidiksi hapettamalla (saadaan rikki erilleen) Raffinoidaan kuparielektrolyysissä, rikkihapolla ja sähköenergialla : 99,99 % kuparia. 40% kuparista valmistetaan kierrätysmateriaalista. Valmistus hyvin kallista, vaikka energiaa kuluu vähemmän kuin alumiinilla. Antiikin aikana kupari oli kauan rautaa suositumpi helpon muokattavuuden takia. 25

26 Kuparin patinoituminen : Sään vaikutuksesta kuparin pintaan muodostuu oksidikerros : maaseutuilmastossa muuttuu karbonaateiksi, teollisuusilmastossa sulfaateiksi ja meriilmastossa klorideiksi. Patina muodostaa suojakerroksen kuparin pinnalle : Ilman epäpuhtaudet vaikuttavat syöpymisnopeuteen. Ainoa metalleista, jonka väri muuttuu kokonaan toiseksi : Punaruskeasta > kuparinruskea > vihreä. Syövyttää rautaa ja sinkkiä sähkökemiallisesti : eristetään lyijylevyllä. Messinkejä haittaa sinkkikato : aiheuttaa pistesyöpymiä vesijohtokalusteissa. Kuparimateriaalissa joskus esiintyvät epäpuhtaudet saattavat aiheuttaa pitemäisiä syöpymiä : tämän tyyppisiä ongelmia esiintyi vielä 1970-luvulla asennetuissa kupariputkissa. Varauduttava suunnittelussa liukoisten suolojen likaavaan vaikutukseen. Kuparituotteet : Yleisiä ominaisuuksia: hyvä sähkönjohtokyky. hyvä lämmönjohtavuus : W/ 0 Cm pituuden lämpötilakerroin = /K lämpötilan vaihteluista aiheutuva jännitysvaihtelu saattaa aiheuttaa oksidikalvon rikkoutumisen ja korroosiota. korroosiokestävä (patinoituu hitaasti) lujuus riippuu kylmämuovauksesta : 230 Mpa >>> 370 Mpa. matalissa lämpötiloissa hyvä lujuus, jäykkyys ja iskusitkeys ei väsymisrajaa Luujuus huononee hekutuksessa C.. kimmokerroin E = N/mm2. korkeammissa lämpötiloissa viruma ja relaksaatio kiihtyvät vaihtelee seostuksen mukaan jonkin verran. kallis yleiseksi rakennusmateriaaliksi 26

27 Kuparituotteet : Tyypillisiä tuotteita : muototangot katto- ja seinälevyt jäykät putket hehkutetut, taipuisat kupariputket Langat ja kaapelit Kupariseoksia : Messinki : Ms 70 (70% Cu, 30% Zn) Ms 63 (63% Cu, 37% Zn) käyttö: helat, putket Lyijymessinki : Ms 358 (3% Pb, 58% Cu, 39% Zn) Ms 456 (Cu, Zn, Al, Pb) (voimakkaan keltaista) Pronssit : Tp 107 (93% Cu, Sn ja muita) käyttö pumpuissa ym. koneissa Uushopea : ( % Cu, % Ni ja % Zn) 27