Valuraua (hall ja valge malm) — definitsioon, omadused ja kasutus

Valuraua (hall ja valge malm) — definitsioon, omadused ja kasutus: selge juhend koostise, erinevuste, mehaanika ja praktiliste rakenduste kohta köögitarvetest tööstuseni.

Valuraua on rauasulam. Tavaliselt kasutatakse seda terminit halli malmi kohta. Valuraua on kahte peamist liiki: hall malm ja valge malm. Nende kahe vahelised erinevused põhinevad peamiselt räni sisaldusel sulamites. Kogu malm sisaldab umbes 95% rauda. Hall malm sisaldab 3% räni ja 2% süsinikku. Valge malm sisaldab vähem räni.

Räni hallis malmis põhjustab süsiniku muutumist grafiidiks. See põhjustab selle tumehalli või peaaegu musta värvi. Kui räni on vähem, muutub valge malmi süsinik tsementiidiks või rauakarbiidiks (Fe₃ C). See põhjustab pinnale valgete murdude tekkimist ja annab valgele malmile selle nime.

Hall malm juhib väga hästi soojust. Seetõttu kasutatakse seda sageli köögitarvete valmistamiseks.

Mis on valuraua peamised tüübid ja kuidas need tekivad

Lisaks hallile ja valgele malmile eristatakse praktikas ka teisi valuraua vorme, mida mõjutavad koostis ja töötlemine, näiteks malmjas (malleable) ja kuupide vormiga (nodulaarne või täppis- ehk täringukujuline—tuntud ka kui duktiilne ehk spheroidal cast iron). Kõik need tüübid põhinevad peamiselt süsiniku (C) ja räni (Si) sisaldusel ning sulami jahutuse kiirusel.

Peamised omadused

• Struktuur: Hall malm sisaldab grafeedi terakesi või plaate, mis annavad sellele tummise värvuse ja head vibratsiooni summutavad omadused. Valge malm sisaldab tsementiiti (Fe₃C) ja on seetõttu kõvem ja rabedam.
• Mehaanilised omadused: Hall malm on purunemisel rabedam kui teras, kuid tal on hea survetugevus. Valge malm on väga kõva ja kulumiskindel, kuid väheldasem venivuses ja mõranemisvõimes.
• Soojus- ja elektrijuhtivus: Hallal malmil on väga hea soojusjuhtivus, mistõttu on see populaarne kööginõude ja ahjude valmistamisel. Elektrijuhtivus on samuti suhteliselt hea, kuid sõltub sulami täpsest koostisest.
• Töödeldavus: Hall malm on tavaliselt lihtsam töödelda ja keevitada kui valge malm. Valge malm on kõva ja raskesti freesitav või puuritud.
• Kulumiskindlus: Valge malm on kulumisele eriti vastupidav tänu karbiidide olemasolule.

Kuidas valurautat toodetakse ja mõjutatakse selle omadusi

Valuraua sulam toimub tavaliselt kõrgel temperatuuril sulatusahjus (näiteks kuppelahi või elektriahjud). Sulami omadusi juhitakse lisandite abil: räni (Si) soodustab grafiidi eraldumist, mangaan (Mn) ja väävel (S) mõjutavad kõvaduse ja habrasuse tasakaalu. Jahutuse kiirus vormis on samuti oluline: kiire jahutamine eelistab tsementiidi moodustumist (valge malm), aeglasem jahutamine võimaldab grafeedi väljakasvu (hall malm).

Kasutusalad

• Hall malm: masinakarbid, mootoriplokid, hammasrattad, piduriklotsid, köögipliidid ja pannid — eriti seal, kus on vaja head soojusakumulatsiooni ja vibratsiooni summutamist.
• Valge malm: kulumiskindlad detailid nagu jahvatusterad, purustid, sõelad ja varuosad, kus on oluline kõrge kõvadus ja kulumiskindlus.
• Duktiilne/nodulaarne malm: kasutatakse laialdaselt tööstuses detailide puhul, kus nõutakse suuremat venivust ja löögitaluvust (nt torustikud, sillad, vedrustuse komponendid).

Töötlemine, hooldus ja ohutus

• Masintöötlus: hall malm on üldiselt hästi töödelav; valge malm nõuab karbiidide tõttu spetsiaalseid tööriistu ja aeglast lõikekiirust.
• Keerulisemad termotöötlused: valge malmi saab kergelt muundada malmjaksmiseks anneaži abil, mis muuta tsementiidi grafeediks — nii saab kombineerida kõvadust ja sitkust.
• Köögitarbed: valurautapannid vajavad sageli õlitamist/hooletamist (nn "seasoning"), vältida kiiret jahutamist kuumalt pinnalt ja vältida pikaajalist kokkupuudet hapetest vedelikest, mis võivad põhjustada roostetamist.
• Ohutus: valuraua töötlemisel võib tekkida tolmu ja suitset, mis sisaldab metallioksiide — töökohtadel tuleb rakendada asjakohaseid kaitsemeetmeid ja ventilatsiooni.

Keskkond ja ringlus

Valuraua ja valurauatoodete ringlus on laialt levinud — metalli ümbertöötlemine säästab ressursse ja energiat võrreldes puhta tooraine sulatamisega. Samas tuleb jälgida jäätmekäitlust ning suitsu ja tolmu filtreerimist tootmisprotsessides, et vähendada keskkonnamõju.

Lühikokkuvõte

Valuraua puhul on elementaarne erinevus halli ja valge malmi vahel räni ja jahutuskiiruse mõju süsiniku vormile: hall malm sisaldab grafeediteraid, mis annavad hea soojusjuhtivuse ja vibratsiooni summutuse; valge malm sisaldab tsementiiti (Fe₃C), mis teeb selle kõvaks ja kulumiskindlaks, kuid rabedaks. Valuraua valik sõltub lõpptootest: kas eelistatakse soojusjuhtivust ja töödeldavust või maksimaalset kulumiskindlust.

Küsimused ja vastused

K: Mis on malm?

K: Mitu peamist malmi tüüpi on olemas?

K: Mille alusel erinevad hall malm ja valge malm?

K: Kui palju rauda on igas malmis?

K: Milline on räni kogus hallis malmis?

K: Mille tõttu muutub halli malmi süsinik grafiidiks?

K: Miks kasutatakse hallist malmist sageli toidunõusid?

Otsing