Materiallære. VG2 Industriteknologi

Transkript

1 Materiallære VG2 Industriteknologi

2

3 Industriskolen Innhold 1. Materialegenskaper Metaller Metallets oppbygning Et metall består av mange korn Forming i kald tilstand og deformasjonsherding Mykgløding Jern og stål Jern Stål Lettmetaller Aluminium Aluminiums egenskaper Smeltetemperatur aluminium Plast Plastmaterialet Fremstilling Termoplast Herdeplast Fordel med plastmaterialer Tre Kompositte materialer Elastomerene - Gummi Glass

4 Materiallære VG2 Industriteknologi Kunnskapen om materialers egenskaper, muligheter for bearbeiding og bruk har gjennom århundrer vært grunnlaget for utvikling og fremstilling av forskjellige konstruksjoner og produkter. Metaller har spilt en viktig rolle for alle høykulturer som vi kjenner gjennom historien. De tidligste funnene av metaller var klumper av gull, som stort sett ble brukt til smykker. Omkring år 2000 f.kr. lærte folk i Asia å framstille kobber og tin til en legering som fikk navnet bronse. Derav har vi navnet bronsealderen. Bronsen ble ikke oppdaget i Norden før omkring år 1500 f.kr. År 1500 f.kr. ble det oppdaget at jern kunne smis og bearbeides slik at det ble sterkere enn bronse. Da begynte jernalderen. En stadig utvikling av materialer og ikke minst bearbeidingsprosesser, har hatt en avgjørende betydning for utviklingen i samfunnet. Fremstilling av lettmetallkvaliteter, plast og kompositter har bidratt til å lage konstruksjoner som ikke hadde vært mulig å framstille med jern. 1. Materialegenskaper Dette er et godt materiale eller dette var et dårlig materiale kan vi si. Men hva mener vi med det? Hva er godt, eller hvorfor er en ting dårlig? Uten at vi egentlig tenker over det eller sier det, mener vi at det aktuelle materiale har en eller flere egenskaper som passer til et bestemt formål. Et materiale er ikke godt eller dårlig i seg selv. Men det kan oppfylle et funksjonskrav mer eller mindre godt. Hvor godt eller dårlig det fyller funksjonskravene, bestemmes av de forskjellige egenskapene materialet har. Det er mange typer egenskaper vi kan være ute etter. De viktigste egenskapene for et konstruksjonsmateriale er 1. Mekaniske egenskaper, som - Strekkfasthet - Bøyefasthet - Slagfasthet - Trykkfasthet - Forlengelse - Elastisitetsmodul - Hardhet 2. Termiske egenskaper, som - Brennbarhet - Temperaturbestandighet - Varmeledningsevne - Varmeutvidelse 4

5 Industriskolen 3. Elektriske egenskaper 4. Kjemiske egenskaper, som - Løselighet - Permeabilitet Dette er reine materialegenskaper som er vel definerte og forholdsvis lette å måle. Verdiene for disse materialene er knyttet til materialet som sådan, og er (praktisk talt) uavhengig av produktets fasong og størrelse. En material- eller råvareleverandør vil oppgi flere eller færre av disse egenskapene, og kanskje enda andre, i sine datablad. De verdiene som er oppgitt for disse egenskapene, er såkalte korttidsverdier. Som navnet sier, gir prøveformen resultatet i løpet av kort tid. Det kan dreie seg om sekunder eller minutter. Når materialet blir brukt i en konstruksjon, spiller bruksbetingelsene en stor rolle, og da blir det også spørsmål etter en annen type egenskaper: 5. Aldringsegenskaper, som - Indre spenninger - Værbestandighet 6. Temperaturens innvirkning på andre egenskaper 7. Belastningens betydning for egenskapsforandringene Faste stoffers oppbygging De aller fleste stoffer har krystallinsk struktur. Det betyr at atomene er ordnet etter et eller annet karakteristisk romgeometrisk mønster. Det minste romgeometriske ordningsmønsteret en kan finne i en krystall kalles elementærcellen, og dette ordningsmønsteret repeterer seg selv ut gjennom hele krystallet. Krystallinsk struktur er knyttet til fast tilstand. Det motsatte av krystallinsk struktur er amorf struktur, noe som betyr at stoffet ikke har noe påvisbart ordningsmønster for atomene. Det er bare noen få stoffer som er amorfe, glass og en rekke av termoplastene er amorfe. Det er også framstilt amorfe metall legeringer, dette er foreløpig på forskningsstadiet. 5

6 Materiallære VG2 Industriteknologi 2 Metaller Metallene er den største gruppen av grunnstoffer. De leder varme og elektrisitet, de er seige og ugjennomsiktige, selv i meget tynne sjikt. Rene metaller brukes sjelden alene, men ofte blandes flere typer av metalliske grunnstoffer sammen i såkalte metallblandinger / legeringer. Årsaken til dette er behovet for å oppnå bestemte egenskaper i sluttmetallet. I grove trekk kan en si at en legering er en blanding av metaller (to eller flere stoffer der ett er et metallisk stoff). Legeringen får andre egenskaper enn de opprinnelige metallene hver for seg. 2.1 Metallets oppbygning Metaller kjennetegnes ved at de har relativt stor fasthet, seighet og kan lede elektrisk strøm. Alle materialer er bygget opp av atomer, som er bundet til hverandre på forskjellig vis med mer eller mindre sterke bånd. Når metaller er bundet sammen med sterke krefter, og leder elektrisk strøm, skyldes dette at atomene bindes sammen ved såkalt metallbinding. Den ser slik ut: Atomene holdes sammen av sterke krefter. Årsaken er at de har mistet elektroner som svever fritt i mellom atomene. I en metallisk binding har atomene mistet elektroner og blir positivt elektrisk ladet. Egentlig vil derfor atomene frastøte hverandre som to like magnetpoler. Men de negative elektronene svever omkring og binder det hele sammen som «lim». Kreftene som holder atomene sammen er så sterke at tråd på tykkelse med lillefingeren din kan holde en last på 15 tonn. Vi kan lage legeringer som klarer både mer og mindre. Det er på grunn av de frie elektronene at metaller leder elektrisk strøm. Setter vi et elektrisk spenningstrykk over en metallstav eller kabel, vil de frie elektronene løpe mot positiv pol. 6

7 Industriskolen 2.2 Et metall består av mange korn For å finne grunnen til forskjellig orientering, må vi se hvordan en metallsmelte størkner. I smeltet tilstand holdes atomene sammen med små krefter i forhold til i fast tilstand. Bevegelsesenergien (på grunn av atomvibrasjon) er større enn bindingsenergien mellom atomene. Derfor rives atomene løs fra hverandre og flyter fritt. Metallet er smeltet. Når smelta kjøles ned til størkningstemperaturen, begynner noen atomer å slå seg sammen i krystallmønsteret sitt. Dette skjer her og der i smelta. Så kommer flere atomer til, og krystallene (eller kornene som vi ofte kaller dem) vokser. Orienteringen på mønsteret er tilfeldig siden disse kornene først flyter rundt som øyer i havet. Til slutt er alle atomene i smelta tatt opp i den faste strukturen. Nå har vi fått et metallstykke som har mange korn. Dersom vi studerer størkning ved veggen av en form, vil kornene vokse fra veggen og innover i smelta. 7

8 Materiallære VG2 Industriteknologi 2.3 Forming i kald tilstand og deformasjonsherding Ved en kaldvalseprosess ser vi hvordan hvert korn har forandret form, samtidig som tykkelsen på materialet er blitt redusert: Legg merke til korn A før valsing. Etter valsing. Figuren viser forming i kald tilstand. En annen måte å forme på, er for eksempel å bøye en metalltråd. Når du retter den ut igjen, vil du oppdage at det går lettere å bøye tråden der den ikke har vært bøyd fra før. Det er tydelig at metallet er blitt sterkere på bøyestedet. Dette er hensikten med kaldforming. Vi kaldvalser plater, og kan faktisk fordoble styrken. Aluminium og legeringer som ikke får høyere fasthet ved varme behandling, blir ofte kaldvalset for å oppnå høyere fasthet. Det er ikke alltid vi valser så hardt at materialet blir dobbelt så hardt som i myk tilstand. Vi har tilstandsbetegnelser på dette ifølge europeisk standardisering (EuroNorm): Tilstandsbetegnelse etter NS-EN Kaldformet tilstand Noen mekaniske egenskaper relatert til legeringen AlMg2,5 (aluminium legert med 2,5 % magnesium) Flytegrense N/mm 2 Strekkfasthet Forlengelse% Hardhet N/mm 2 HV O Mykglødet H12 Kvarthard H14 Halvhard H16 Trekvarthard H18 Hard Tabellen over viser bare noen av tilstandene. Det finnes mange flere tilstander og dessuten kombinasjoner med andre prosesser som øker hardheten ytterligere. Men når materialet hardvalses, mister det sin tøyelighet og formbarhet. Jo hardere valset, dess mindre formbart er det etterpå. Kjøper du en plate i den hardeste tilstanden, kan du ikke forme den som du kanskje hadde tenkt. Den vil brekke nokså snart. En løsning er å varme den opp der den skal bøyes. Da blir den mykglødet, og er tilbake til O-tilstanden som før den ble valset. 8

9 Industriskolen Sammenhengen mellom kaldvalsing og egenskaper er skjematisk fremstilt nedenfor: Vi kan tegne et diagram for dette: En strekkstav vil begynne å flyte etter en viss spenning. Dette merkes ved at den rette delen av strekkurven begynner å avbøyes. For aluminium er overgangen ikke lett å bestemme eksakt, på grunn av at vi ikke har ett eksakt punkt på kurven. Derfor måles flytegrensen ved 0,2 % forlengelse, kalt Rp 0,2. Når vi belaster staven videre over flytegrensen, tøyes den relativ mye mer enn i det elastiske området før vi kom til flytegrensen. Stopper vi ved B og avlaster, følges den stiplede linjen på skrå ned til B. Hvis vi igjen belaster staven, følger vi den stiplede linjen opp igjen, og når flytegrensen litt lenger oppe enn før. Strekker vi videre til C og avlaster, følges den stiplede linjen på skrå ned til C. Og igjen, ved ny belastning, følges den stiplede linjen opp igjen. Flytegrensen blir høyere når vi kaldformer materialet (strekker staven). 9

10 Materiallære VG2 Industriteknologi Strekkprøvingsdiagrammet er en forenklet måte å demonstrere dette på, men viser oss faktisk en ting til, at tøyeligheten avtar jo mer vi kaldformer materialet. Om vi ser på figuren på forrige side igjen, ser vi at vi i begynnelsen har full tøyelighet i materialet. Men etter at vi stanset ved B, hadde vi brukt opp noe av den. Det ble kortere vei til brudd. Enda tydeligere er det ved C. For nå er omtrent halve tøyeligheten brukt opp. Vi kan tenke på tilstanden ½-hard. Konklusjonen blir derfor at kaldvalset materiale er sterkere, men mindre formbart. 2.4 Mykgløding Mykgløding er en varmebehandling som benyttes når en ønsker å hente fram formbarheten i materialet. I mange produksjonsprosesser inngår kaldforming. Vi har nettopp sett hvordan kaldforming påvirker materialets fasthet og ikke minst formbarhet. Ved forming av skrog, vinkler og hjørner, vil en møte mer og mer motstand mens formingen pågår. Er en uheldig og går for langt, vil materialets tøyelighet til slutt være oppbrukt, og godset sprekker. Ofte må en ty til oppvarming av det kaldformede området. Temperaturen vi må opp i, ligger på ca. 400 o C. Under kaldformingen er kornene i materialet blitt flattrykte og avlange. Ved oppvarmingen skjer det en ny krystallisasjon, som gir oss nye og runde korn. Vi er tilbake til startstreken igjen med et mykt og tøyelig materiale. Kaldformingen kan fortsette. Ofte må en foreta mykgløding flere ganger før en har nådd den formen en ønsker. Figuren viser at oppvarmingen på grunn av sveising har mykglødet det valsede materialet. 10

11 Industriskolen 3 Jern og stål 3.1 Jern Rent jern er sølvhvitt, relativt mykt og lar seg lett både smi og trekke ved vanlige temperaturer. Densiteten (tettheten) er 7,85 g/cm 3. Det er forholdsvis korrosjonsbestandig i tørr luft og i karbondioksydfritt vann. I fuktig luft og vann ruster jernet. Bare en liten del av jernet som blir produsert, er rent metall i den forstand at det inneholder mer enn 99,9 % Fe. Resten av produksjonen gir såkalt råjern. Dette er jern med varierende innhold av karbon og andre grunnstoffer, og er utgangsmaterialet for videreforedling til stål og støpejern. Stål er en smibar legering av jern og karbon, og kan ha et vidt variasjonsområde i egenskaper avhengig av produksjonsprosess, varmebehandling og sammensetning. Ulegert stål har et karboninnhold på 0,01-2,0 %. Egenskapene bestemmes av karboninnholdet, selv om det også er fosfor, svovel, nitrogen og andre bestanddeler tilstede. Legert stål er tilsatt større mengder legeringselementer for å oppnå ønskede kvaliteter. Legeringselementene kan være nikkel, krom, mangan, molybden, kobolt, vadium og silisium. Både ulegert og legert stål kan være valset eller støpt. Støpestål er stål som egner seg for en endelig forming ved støping. Det anvendes til formål hvor styrke og duktilitet hos støpejernet ikke er tilstrekkelig. Samtidig kan det sveises og maskineres. 11

12 Materiallære VG2 Industriteknologi Støpejern er ikke smibare støpelegeringer av jern med et karboninnhold på 2,0-5,0 %, og med et vekslende Si-innhold. Ved å regulere innholdet av karbon i støpejernet oppnår en ulike struktur med tilhørende egenskaper. Omtrent 90 % av verdens stålprodukter går til de ulegerte stålene. Jern og karbondiagrammet 12

13 Industriskolen Ferritt er en av jernets tre rene fase tilstander. Ferritten er en krystallstruktur der atomene er ordnet i et kubisk romsentrert mønster. Ferritten eksisterer under 911 C for rent jern, og det kan kun løses meget små menger karbon i denne strukturen ved romtemperatur (ca. 0,06 %). Denne fasen kalles også for a-jern. Austenitt er en annen av jernets tre fasetilstander. Her er også atomene organisert i et kubisk mønster, men på en annen måte. Denne organiseringen kalles kubisk flatsentrert. Austenitten er umagnetisk, svært duktil (formbar) og kan inneholde inntil 2,06 % C ved ca C. For rent jern å eksistere austenitten mellom 911 C og 1394 C. Når jern legeres (blandes) med karbon, vil det dannes et temperaturområde der begge tilstandene, ferrittisk og austenittisk, eksisterer samtidig. Når vi ser på denne strukturen i et mikroskop vil vi kunne skille fra hverandre de mykere austenittkornene fra ferrittkornene. Kornene er metallkrystaller som består av fasene ferritt og austenitt. Når metaller legeres med Cr og Ni vil fasediagrammet endres fra jern- karbondiagrammet. Denne endringen er slik at omvandlingslinjene flytter seg til en lavere temperatur. På denne måten kan vi legere slik at vi får en materialstruktur som er en blanding av ferrittkorn og austenittkorn. 13

14 Materiallære VG2 Industriteknologi Martensittdanning Ved langsom avkjøling av karbonstål fra austenittområdet, (over C avhengig av karboninnhold), dannes det først ferritt eller sementitt og deretter perlitt. Den viktigste årsaken til disse omdanningene er de to forskjellige tilstandene til jernet, a-jern (ferritt) og g-jern (austenitt). Omdanningene forutsetter diffusjon av karbonatomer, og det krever en viss tid. 14

15 Industriskolen 3.2 Stål Ulegert og lavlegert stål Ulegert stål har et karboninnhold på 0,01-2,0 %. Egenskapene bestemmes av karboninnholdet, selv om det også er fosfor, svovel, nitrogen og andre bestanddeler tilstede. Legert stål er tilsatt større mengder legeringselementer for å oppnå ønskede kvaliteter. Legeringselementene kan være nikkel, krom, mangan, molybden, kobolt, vadium og silisium. I karbonstål er det kun karboninnholdet som bevisst er avpasset og kontrollert for å oppnå den økende fasthet. Imidlertid er både mangan og silisium tilstede da disse brukes bl.a. til å fjerne oksygenet i stålet under fremstillingsprosessen. I tillegg er det vanligvis små mengder med forurensninger av svovel og fosfor. Resirkulert skrap kan gi ulike mengder av kobber, krom og nikkel. Lavlegert stål inneholder mer mangan eller silisium en det som går med til desoksydasjons-prosessen. Utenom jern inneholder stålet 2-4 % andre legeringselementer. Dette stålet vil inneholde hovedlegeringselementer som nikkel, krom eller molybden og små mengder med vanadium, kobber og bor. Materialet har større seighet, bedre motstandsevne mot atmosfærisk korrosjon, tåler større utmatting og slitasje og er lettere å sveise i forhold til ulegert støpestål. Noen typer lavlegert stål: Kromstål har høy herdbarhet og styrke. De er lettere å bearbeide enn nikkelstål av tilsvarende styrke. Kromstål brukes når det er behov for høy hardhet, for eksempel i senker, kulelager, sikkerhetsskap, valseruller, filer og verktøy. Kromstål har for øvrig bedre høytemperaturstyrke sammenlignet med ulegert stål. 15

16 Materiallære VG2 Industriteknologi Nikkelstål Nikkel øker fastheten og reduserer duktiliteten og seigheten forholdsvis lite. Herdbarheten forbedres slik at lengre avkjølingshastighet kan brukes, med tilhørende bedre kontroll av herdingen og av stabile dimensjoner. Skråslagheten, især ved lave temperaturer, forbedres. Ulempen er at nikkel er kostbart og at legeringer basert på krom og mangan ofte er like konkurransedyktig. Legeringer med opptil 6 % nikkel (0,1-0,5 % karbon <0,8 % mangan) brukes bl.a. til veivakslinger, veivstenger, akslinger m.v. Med % nikkel blir legeringene umagnetisk og seige, med lav termisk utvidelseskoeffisient, slik at disse kan brukes i motorer og turbinblader. Nikkelkromstål kombinerer fordelene både med krom og nikkel i legeringen. De er karakterisert ved høy styrke, god herdbarhet og de har god slipebestandighet. De brukes bl.a. til verktøy og kulelager. Dybden på herdingen økes i forhold til nikkel - eller kromstål. Luftherding er mulig i enkelte tilfeller ved bestemte legeringer. Krommolybdenstål gir til sammen både god duktilitet og seighet, og tillater sponskjærende bearbeiding. Molybden utvider arbeidstemperaturen i forhold til krom, både mht styrke og seigbestandighet. Typiske sammensetninger er av størrelsesorden 1 % krom, 0,5 % molybden. Kromvanadiumstål har bedre seigbestandighet og bedre utmattingsegenskaper enn rene kromstål. Typiske anvendelser ellers er til akslinger, smigods til lokomotiver m.v. Lavlegert støpestål brukes typisk i offshorekonstruksjoner, stempeltopper, sylinderdeksel, slitedeler, beltesko og gravemaskintenner. Høylegert stål og støpestål inneholder legeringselementer som til sammen utgjør mer enn 1 %. Noen eksempler på høylegert stål er vist under. Høymanganstål som nevnt under karbonmanganstål, øker mangan styrken på stålet. Med høyt innhold oppnås et meget hardt og slitebestandig stål. Typisk er Hadfield-stål med % mangan og 1 % karbon, og Strømhard (fra Scana) som har opptil 20 % mangan. Dette er en ståltype som arbeidsherder, det vil si at materialet blir hardere jo mer bank det får. Slike kvaliteter er lite egnet til sponskjærende bearbeiding, og må vanligvis støpes i ønsket form. De anvendes der hvor det stilles store krav til slitasjebestandighet, bl.a. i steinknusere, grustakutstyr, gravemaskintenner, jernbanepenser o.l. Hurtigstål/verktøystål med rundt 0,6-0,8 % C, % W, 3-4 % Cr og mindre mengder andre legeringselementer som vanadium og molybden. Noen typer har også et forholdsvis høyt innhold av kobolt (10 % og mer). Hurtigstålene beholder sin fasthet og hardhet til forholdsvis høye temperaturer på grunn av en utskilling av stabile karbider. Verktøystål har vanligvis høyt karboninnhold. De kan være både ulegert, legert og noen også meget høyt legerte. Sammensetningen av verktøystål varierer for å dekke ulike bruksområder. Karboninnhold opptil ca. 0,7-0,9 % gir grunnlag for dannelse av martensittisk struktur. Men når mer karbon brukes, blir overskytende mengde tilgjengelig til å danne karbider av krom, wolfram, molybden og vanadium. Slike karbider er meget harde. Wolfram- og molybdenkarbider er også meget temperaturbestandige og benyttes i hurtigstål som kan operere selv når de er rødglødende. 16

17 Industriskolen Rustfrie stål Definisjonen på et rustfritt stål er at det inneholder minimum 12 % krom (Cr). Ingen stål er i realiteten rustfrie, men motstanden mot korrosjon og rustangrep er bedre for de høyt legerte enn for lavlegerte stål. Når temperaturen stiger eller klorinnholdet i vannet øker, blir risikoen for korrosjon større. Særlig blir det snakk om lokal korrosjon, som groptæring og spaltkorrosjon. Vannfeller og spalter kan oppstå enten gjennom uheldig design eller ved avleiring. For øvrig er flere kvaliteter utsatt for spenningskorrosjon, de sprekker meget hurtig under belastning i ugunstige miljøer. Man kan dele de rustfrie stålene inn i fem hovedtyper: Martensittiske Jern med ca % krom. Herding ved varmebehandling gir rustfrie høyfasthetsstål med flytegrense opp til ca MPa. Høyere karboninnhold gir bedre slitasjemotstand. Bruksområder er kulelager, kirurgiske instrumenter, spisebestikk m.v. Tilsetning av nikkel gir disse stålene mer blandingsstruktur, og ståltyper med meget gode allroundegenskaper. Brukes mye i skipsindustrien til propellerblad, og andre formål der man vil ha et rustfritt materiale med høy fasthet og god seighet. Ferrittiske Inneholder % krom. De er ikke herdbare. Generelt god motstand mot spenningskorrosjon, god korrosjonsmotstand i luft og i spaltesyre. Flere bruksområder basert på god oksidasjonsmotstand ved høye temperaturer. Små mengder molybden bedrer korrosjonsmotstanden i klorholdige miljøer. Austenittisk Sammensetningen består av % krom, med 7-20 % nikkel. Kjent som vanlig rustfritt stål, for eksempel AISI 304. Ståltypene herdes ved vanlig kaldbearbeiding og har gode lavtemperaturegenskaper. I tillegg er de lett sveisbare i forhold til andre typer. Små mengder tilsats av molybden (2,5 %) gir bedre korrosjonsmotstand. Eksempel på en slik ståltype er AISI 316, som ofte omtales som syrefast. Dette er villedende da det kun gjelder visse syrer. Anvendelsesområder er innen næringsmiddelindustri, prosessanlegg, kjøkkenutstyr m.v. Høylegerte Austenittisk Legering med rundt 20 % krom, % nikkel og 6 % molybden, kalles for 6Mo eller S254SMO. Stålet har gjennomgående bedre korrosjonsegenskaper enn vanlig austenittisk stål. De mekaniske egenskaper er omtrent de samme, og dette stålet er sveisbart. Samme anvendelsesområde som de øvrige rustfrie stålene. Høyt innhold av nikkel og molybden gjør dette til et kostbart materiale. Dupleks Duplekslegeringer baserer seg på høyt krominnhold og lavt nikkelinnhold. Typiske sammensetninger er 23 % krom, 5 % nikkel og 3 % molybden. Denne kombinasjon gir strukturer som består av både austenitt og ferritt. Disse legeringene tilbyr gode korrosjonsegenskaper sammen med en høy fasthet. Flytegrensen er på MPa. Det høye legeringsinnholdet øker prisen, men disse stålene konkurrerer godt med andre materialer innenfor flere aktuelle bruksområder fordi de kombinerer flere gode egenskaper i en ståltype. Sveisbarheten er bedre enn for 6Mo-stål. 17

18 Materiallære VG2 Industriteknologi Legeringselementenes innvirkning i stål Karbon (C) Er bestemmende for stålets egenskaper for ulegert, lavlegert og slitestål. I rustfrie/syrefaste stål er karbon uønsket på grunn av karbiddannelser som nedsetter korrosjonsmotstanden til stålet. Silisium (Si) Silisium er et desoksidasjonselement og brukes for å fjerne oksygen fra smelta. Dette gjøres for å sikre tett stål ved størkning. Silisium øker flytbarheten og kan være ønskelig opp til 1 % i støpestål. Mangan (Mn) Mangan er et desoksidasjonselement og brukes for å fjerne oksygen fra smelta. I tillegg virker mangan nøytraliserende på svovel ved at det dannes mangansulfider som er mindre skadelig for stålet. Mangan øker også fastheten og herdbarheten, og sammen med krom øker mangan løseligheten av nitrogen i høylegert stål. Svovel (S) Svovel er generelt uønsket fordi det samles på korngrensene og gjør stålet sprøtt. For spesielle ståltyper tilsettes små mengder svovel sammen med mangan for å bedre maskinerbarheten. Mangansulfidene som dannes har en sponbrytende effekt. Fosfor (P) Fosfor gjør stålet sprøtt og er alltid uønsket. Krom (Cr) Krom øker fastheten, varmfastheten og glødeskallbestandigheten. Krom øker motstanden mot korrosjon ved at det dannes et kraftig kromoksidsjikt som er selvreparerende ved tilgang på oksygen. Nikkel (Ni) Nikkel øker herdedybden, slagseigheten ved lave temperaturer, sigefastheten, glødeskallbestandigheten og korrosjonsmotstanden. Nikkel øker i liten grad fastheten. Molybden (Mo) Molybden øker varmebestandigheten og i mindre grad fastheten. Molybden er viktig i syrefaste stål siden det øker korrosjonsmotstanden kraftig, - spesielt mot såkalt pitting og spenningskorrosjon. Aluminium (Al) Aluminium er et kraftig desoksidasjonselement som sikrer tett stål ved størkning. I motsetning til silisium nedsetter aluminium flytbarheten til stålet (vanskeligere å støpe). Aluminium reduserer seigheten, spesielt sammen med nitrogen i lavlegerte seigherdingsstål. Oksygen (O) og Hydrogen (H) Begge elementene er alltid uønsket fordi de danner slagger og fri gass som fører til sprekker og porer. Sveisbarheten reduseres også. Nitrogen (N) Nitrogen er uønsket i ulegerte og lavlegerte stål siden det sammen med aluminium kan føre til sprøbrudd. I tillegg gjør det også stålet utsatt for deformasjonselding. I høylegerte austenittiske og dupleksstål er nitrogen ønsket fordi det øker fastheten og korrosjonsmotstanden. 18

19 Industriskolen Ulegert støpestål Med lavt karboninnhold, C<0,2 %, middels karboninnhold, 0,2< C <0,5 %, og høyt karboninnhold, C>0, 5 %. Andre elementer som mangan, silisium og aluminium er kun brukt som desoksidasjonsmiddel. Denne materialtypen der en vil ha en hard, slitesterk overflate med mykere indre kjerne. Noen typiske verdier: Strekkfasthet MPa. Flytegrense MPa. Noen typiske anvendelsesområder for ulegerte støpestål med middels C-innhold er til maskiner, redskaper og utstyr for møller, valser og bygningskonstruksjoner. Materialer med høyt C-innhold brukes mye i metallindustrien i verktøy hvor metall skal formes. Maskinverktøy av forskjellige støpeprodukter som skal ha høy hardhet, høy stivhet og motstand mot avvirkning produseres av denne type materialer. Høylegerte støpestål Det er naturlig å dele høylegert støpestål inn i tre grupper: Varmefaste, rustfrie og slitestål. Varmefaste støpestål har god seighet, høy strekkfasthet, god motstand mot skalling og dannelse av grafittflak. Noen typiske verdier: Strekkfasthet MPa. Flytegrense MPa. Noen typiske anvendelsesområder er varmebehandlingsovner, røsteovner og digler. Stålene anvendes også i miljøer hvor det settes krav til god motstand mot oksidasjon, temperaturpåvirkning og svovelholdige gasser. Rustfrie støpestål har stor fasthet og seighet, samt gode korrosjonsegenskaper. Det er også umagnetisk og motstandsdyktig mot syrer og salter. Noen typiske verdier: Strekkfasthet Mpa. Flytegrense Rp0, MPa. Bruddtøying 5 30 %. E-modul GPa (GigaPascal). Støpte slitestål Dette materialet er svært slitesterkt, har god seighet, utmattingsegenskaper og herdbarhet. Noen typiske verdier: Strekkfasthet MPa. Flytegrense Mpa. 19

20 Materiallære VG2 Industriteknologi 4 Lettmetaller 4.1 Aluminium Anvendelsesområder for aluminium Aluminium anvendes i mange produkter og konstruksjoner. I Norge brukes flest tonn aluminium til konstruksjoner som katamaranferjer, boligmoduler for offshore, flycontainere og bildeler. Noen eksempler på aluminiumanvendelse Bygningsbransjen: Tak og vegger: En valset bandrull blir først lakkert i riktig farge og deretter valset i profileringsvalseverk. Profilmønsteret øker stivheten til platen. Vinduer og dører: Karmer og lister kappes ut av ekstruderte profiler. Ved design av en profil passer en på å utnytte mulighetene til å legge inn praktiske løsninger for spor for glass, lister, drenering, sammenkoblinger, og får i tillegg god stivhet i konstruksjonen. Båndlakkering: Valseforming: Forbehandling Farge- Tørkeovn Profilvalsing pålegging Fremstilling av lakkerte bygningsplater Bilindustrien: Ferdige bygningsplate Siden aluminium er et lett og sterkt materiale, passer det bra til bildetaljer. På personbiler, lastebiler og busser finner du følgende deler i aluminium: Laget av plater: Kjølere, bakluke, deksler, drivstofftank, trykklufttank, busskarosseri. Laget av profiler: Støtfangere, drivstoffledning, bagasjehyller og rammer. Laget av støpegods: Motorblokk, girkasse, vannpumpe, felger. Laget av smigods: Rattaksel. Mange bilkomponenter er laget av aluminium. Bildet viser støtfangere for Volvo, Rolls Royce og Jaguar, drivstoffrør, innsugningsrør for turbo og trykklufttanker. 20

21 Industriskolen Legeringer Det finnes mange ulike produkter laget i aluminium som har sine spesielle egenskaper. Vi bygger ikke fly av samme materiale som folien lages av. Gjennom å tilsette små mengder av magnesium, silisium, sink eller kobber til aluminiumsmelta, vil egenskapene til det utstøpte produktet endres. Type og mengde av legeringselement er avgjørende. Vi kan på denne måten lage flere forskjellige legeringer med sine spesielle egenskaper. Aluminium er et sterkt og seigt materiale som tåler lave temperaturer uten å miste seigheten. Til fly benyttes aluminiumlegeringer med største fasthet, dvs. legert med Cu, Mg og Zn, og deretter varme-behandlet på en spesiell måte. Korrosjon Aluminium anvendes i mange miljøer. I båter er metallet i kontakt med saltholdig havvann. Hustak utsettes for røyk, gass og sur nedbør. Transporttanker skal kanskje inneholde kjemikalier. I bensintanker oppstår kontakt mellom bensin og aluminium. Som for alle andre metaller og metallegeringer, er det viktig at det brukes riktig materiale til formålet. Ellers oppstår tæring, også kalt korrosjon. Aluminiumlegeringer har forskjellig korrosjonsmotstand. Noen kalles sjøvannsbestandige. Andre må beskyttes med et forsterket oksidsjikt (anodisering) eller lakkering, enten fordi miljøet er krevende eller fordi vi velger å benytte en legering med stor fasthet og gir avkall på korrosjonsmotstanden. Aluminium har lang levetid. År 1897 fikk San Gioacchino-kirken i Roma sitt tak av plater av behandlet aluminium. I dag, over hundre år senere, er taket nesten upåvirket av tidens tann. 21

22 Materiallære VG2 Industriteknologi 4.2 Aluminiums egenskaper Oversikt over aluminiums egenskaper i forhold til stål Egenskaper Aluminium Stål Tetthet 0,33 1 Smeltetemperatur metall 0,5 1 Smeltetemperatur oksid 1,3 1 Elektrisk ledningsevne 4 1 Varmeledningsevne 4 1 Varmekapasitet 0,8 1 Smeltevarme 1,3 1 Varmeutvidelse 2 1 Materialstivhet (E-modul) 0,33 1 Egenvekt Egenvekt eller tetthet vil si hvor mange kg en dm 3 av materialet veier. Mange vil si at stål veier tre ganger mer enn aluminium. Det vil ikke alltid være helt riktig å uttrykke det slik. Det er tettheten som er tre ganger større hos stål i forhold til aluminium. Fastheten (styrken) til materialet teller også. Aluminiumlegeringer kan lages med samme styrke som stål, men ofte benyttes legeringer med lavere fasthet, fordi vi har behov for andre egenskaper som går ut over fastheten. Vi vil alltid få en vektgevinst ved å benytte aluminium. Dermed er ikke alt sagt. For å være litt spesifikk, har aluminium en tetthet på 2,7 kg/dm 3 og stål 7,9 kg/dm Smeltetemperatur aluminium Aluminium smelter ved ca. 660 C. Stål smelter ved ca C. 22

23 Industriskolen Ut fra dette skulle en kanskje ledes til å tro at aluminium var mer brannfarlig eller lettere å sveise enn stål. Begge deler er feil. Aluminium leder varmen omtrent fire ganger bedre enn stål. Varmen ledes derfor hurtig bort, slik at temperaturen kan holdes nede en tid. Ved sveising er det viktig å gjøre noe med oksidbelegget først, se nedenfor. Smeltetemperatur aluminiumoksid Aluminiumoksid smelter ved ca C Aluminium- Jernoksid smelter ved omkring 1500 C oksid 2050 C Aluminium 660 C Hovedpoenget her er ikke sammenligningen med stål. Det er den store forskjellen mellom smeltetemperaturen for aluminium og Al-oksid som er viktig å kjenne til. I praksis kan vi varme opp aluminium til 1000 C uten at det skjer så mye. Aluminiumbiten vil da stå og svaie som et stykke gele. Inni er det for lengst smeltet, men utenpå holdes det sammen av oksidsjiktet. Noe å tenke over for den som skal sveise aluminium, men det kan takles! Ved sveising skal oksidbelegget ikke smeltes opp. Det skal brytes opp ved hjelp av lysbuestrømmen (se kapitlet om sveising). Oksidlaget på aluminiumoverflaten beskytter materialet mot korrosjonsangrep. Det kan forbedres ytterligere ved elektrokjemisk behandling. Det kan også farges på forskjellig vis. 5 Plast 5.1 Plastmaterialet Plast er en fellebetegnelse på en stor materialgruppe. De har en rekke fellestrekk. Utviklingen av enkelte halvsyntetiske plasttyper startet midt på 1900-tallet. I dag fremstilles omtrent alle plaster ved kjemiske prosesser med utgangspunkt i jordolje, gass, vann, luft og salter. Samtidig som etterspørselen av plast har økt enormt gjennom det siste hundre året, har også utviklingen av nye plasttyper økt. Det finnes nesten plaster til alle bruksområder en kan tenke seg. Vi regner med at plastforbruket vil fortsette å øke betraktelig de neste årene. Økt fremstilling av plast betyr at det vil bli økt forbruk av fossilt brensel(olje og gass). 23

24 Materiallære VG2 Industriteknologi Fremstillingen for plast er likevel lite energikrevende i forhold til andre materialer som stål og aluminium. Olje som grunnprodukt Et ca. forbruk av oljen i dag er 70 % til diesel og fyringsolje, 13 % til bensin, 9 % til diverse, 4 % til kjemiske produkter og 4 % til plast. De viktigste plastmaterialene i dag er PE (polyetylen), PP (polypropylen) og PVC. I Norge produseres disse typene på Statoil og Hydro. Plast er svært lette materialer, sammenlignet med metaller. I praksis veier plasten 1/5 av stål. Metall er ca. 100 ganger så stiv som plast, med en del varianter. Med lav temperatur vil plasten bli stiv og sprø, og ved varme vil mykheten øke. Dette må tas hensyn til i forhold til bruksområder. Plasten leder ikke strøm, og er godt egnet til elektrisk isolasjon. Den leder ikke varme heller, noe som ofte kan være en fordel. I blant kan dette også være negativt fordi plasten ikke er lett å kjøle ned hvis noe er i ferd med å gå varmt. Vi kjenner til at metall utvider seg ved varme. Plasten utvider seg 10 ganger så mye som metaller. Plast har etter hvert tatt mye over i forhold til båtutstyr, da vi vet at metall korrigerer. Også plast reagerer med væsker, og vi kan oppleve at plasten mister sin fasthet etter en tid. Forbruk av plast Et omtrentlig plastforbruk i prosent er 25 % byggsektor, 20 % emballasje, 20 % tekniske artikler, 10 % maling,lakk og lim, 10 % andre artikler, 5 % hushold, 5 % innredning og møbel, 5 % sport og 5% fritid. I tillegg til de metalliske materialene benyttes det også mye plastmaterialer (kunststoffer) i moderne kjøretøyer. Det er flere grunner til at kunststoffene overtar stadig flere bruksområder der det tidligere ble brukt metall. En vesentlig grunn er at materialene er blitt teknisk mye bedre samtidig med at økte produksjonshastigheter har redusert enhetskostnadene vesentlig. Bilindustrien nyter også godt av de materialene romfartsforskningen har utviklet til bruk i sine prosjekter, prosjekter hvor det er kvaliteten og ikke kostnadene som er viktigst. Plastmaterialene er dessuten blitt mer reparasjonsvennlige i takt med den økende bruken av disse materialene. Kjøretøybransjen har solide tradisjoner med hensyn til å være kreative når det gjelder å utvikle reparasjonsmetoder for de aktuelle konstruksjonsmaterialene, som for eksempel et karosseri består av. 24

25 Industriskolen 5.2 Fremstilling Plast er fellesnevner for en stor gruppe kunstig fremstilte materialer med ulik kjemisk sammensetning og bruksområder. De blir ofte kalt kunststoffer med bakgrunn i at de fleste er kunstig fremstilt. Plastbenevnelsen kommer fra at alle plastmaterialene vil befinne seg i det plastiske (formbare) tilstandsområdet under fremstillingen. Karakteristisk for alle er at de er bygget opp av svært store molekyler, molekyler som blant annet inneholder grunnstoffet karbon, (kjemisk formel C). Det blir benyttet to hovedmetoder for fremstilling av plast, nemlig halvsyntetisk og helsyntetisk fremstilling. Begge metodene benytter seg av kunstig fremstilling. I tillegg kommer naturgummi basert på naturgummi fra tre. Ved den halvsyntetiske fremstillingen går man ut fra store molekyler fra naturen og tilpasser dem til sitt formål. Til denne gruppen hører celluloseplast basert på cellulose i tre og bomull. Ved den helsyntetiske fremstillingen bygger man opp de store molekylene fra mindre enheter. De fleste plasttypene hører under denne gruppen. Videre er det slik at de fleste plasttypene er fremstilt av hydrokarbonolje, våtgass og kull der grunnstoffet karbon er en viktig bestanddel. En annen betegnelse for plast med hydrokarboner som opprinnelse, er «organisk materiale», i og med at utgangspunktet er rester fra dyr og planter slik jordolje er. De store molekylrekkene dannes ved at enkeltmolekyler (monomerer) knytter seg sammen og danner store kjeder. Denne prosessen kalles polymerisasjon. Et plastmolekyl kan inneholde fra 1000 til atomer. Plastmaterialene blir delt inn i to hovedgrupper; termoplast og herdeplast. 5.3 Termoplast Termoplasten har den egenskapen at den blir myk ved oppvarming og kan formes. Ved avkjøling får materialet tilbake sin naturlige hardhet, om plasten da ikke har vært utsatt for overoppvarming (brent). Denne egenskapen gjør termoplasten meget anvendelig, da den lett både kan formes og sveises. Gjennom ulike tilsetninger kan egenskapene til termoplasten forbedres. Ved å tilsette mykningsmiddel forbedres formingsegenskapene og elastisiteten. Stabilisatorer tilsettes for å gjøre plasten mer motstandsdyktig mot varme og sollys. Smøremiddel, vanligvis et silikonstoff, tilsettes for at termoplasten skal «slippe formen» ved støping av plastdeler. Og fargestoffer tilsettes for å gi et penere og mer praktisk utseende. ABS termoplast (akrylnitril butadien styren) Bruksområdene for denne plasttypen er innvendige lister, ruteomramminger, vakuumformede deler, trykkluftrør, vann og kjemikalierør 25

26 Materiallære VG2 Industriteknologi Ulike typer termoplast: Der finnes også termoplastisk polyester som benyttes bla. i brusflasker for CO2 holdige drikker. Disse er av plasttypen PETP. Aktuelle termoplastmaterialer for karosseribygging: Vi skal nå se på 3 ulike termoplastmaterialer, de vanligste bruksområdene for disse samt «gode» og «dårlige» egenskaper ved hver av materialene. ABS termoplast (akrylnitril butadien styren) Bruksområdene for denne plasttypen er innvendige lister, ruteomramminger, vacumformede deler, trykkluftrør, vann og kjemikalierør. En liste over ABS termoplastens «gode» og «dårlige» egenskaper ser slik ut; + mekaniske og kjemiske egenskaper + overflatehardhet + liten formkrymping + gode egenskaper ved lave temperaturer + kan metalliseres. + gode sveiseegenskaper + kan benyttes i tilknyttning til næringsmidler (fri for avsetningsstoffer) - avgrenset værbestandighet. - liten motstand mot organiske løsemidler PMMA termoplast (Polymetylmetakrylat) Denne typen omfatter acrylplast og pleksiglass. Bruksområdene er for eksempel lykteglass, glass på reklameskilt m.m. Setter man opp en tilsvarende liste over «gode» og «dårlige» egenskaper, vil den se slik ut; + høy overflateglans + hardhet + værbestandighet + elektriske egenskaper + optiske egenskaper + sveisbarhet - lite motstandsdyktig overfor høye temperaturer - mindre styrke enn de fleste metallene - mange av plasttypene er brennbare - en del plasttyper har liten motstand mot kjemikalier - elastisk ved trykkbelastninger - tåler ikke sterke syrer, alkohol eller aceton 26

27 Industriskolen PVC - termoplast (polyvinylklorid) Denne typen er størst av de store konsumplasttypene. Bruksområdene er mange, blant annet brukes PVC termoplast til gulvbelegg, setetrekk, plater og skilt. En liste over «gode» og «dårlige» bruksegenskaper ser slik ut; + uten lukt og smak. + ikke giftig, men det er avhengig av tilsatsmaterialene + selvslukkende ved brann + god kjemikaliemotstand, men påvirkes av ketoner, klor og aromatiske hydrokarboner og estere (finnes i eksempelvis vasketynnere, løsemidler) + god dimensjonsstabilitet + lav materialpris + lang levetid - lite brukstemperaturområde, ºC - høy egenvekt 1,32-1,40g/cm 3. - når PVC brenner, utvikles saltsyregass som irriterer lungene og er korrosiv på alle metalliske forbindelser - klorforbindelser er uheldige for miljøet 5.4 Herdeplast Denne plasttypen blir hard gjennom en kjemisk reaksjon mellom bindemiddelet og et herdestoff, som blir tilsatt umiddelbart før støping. Herderen sørger for sammenbinding av kjedemolekylene og gjør materialet fast. Den kjemiske reaksjonen kalles polymerisasjon. Reaksjonen kan deles opp enda mer (ulike typer av herdeplaster), om en vil være enda mer spesifikk. 1. Polymerisasjon med kjedereaksjon 2. Addisjonspolymerisasjon 3. Kondensasjonspolymerisasjon Herdeplast kan ikke smeltes ved oppvarming etter at den er blitt hard. Plasten vil ved oppvarming bare forkulle og brenne. Herdeplast er bygget av kjedemolekyler som bindes til hverandre med nettverksbindinger. Herdeplasten kan forsterkes med glassfiberarmeringer. For å forbedre egenskapene ytterligere, kan man tilsette; Fyllstoff for bedre mekaniske og elektriskledende egenskaper. Fyllstoffet gjør herdeplasten drøyere og billigere. Mykner som forbedrer formingsegenskapene og elastisiteten. Smøremiddel, vanligvis et silikonstoff, for at plasten skal «slippe formen» ved støping av plastdeler. 5 PF typene Disse blir også kalt bakelitt. De har en brun farge og er en av de eldste typene av herdeplast. De er godt egnet til formpressing og noen kan ekstruderes. Slitestyrken er god, og typiske bruksområder er elektrisk isolasjonsmateriell og varmeisolerende håndtak. 27

28 Materiallære VG2 Industriteknologi MF typene Egenskapene til disse typene er mye likt fenolplastene, men de har høyere strekkfasthet og bedre formbarhet. Slitestyrke og vannbestandighet er god, og plasttypen benyttes mye i elektriske armaturer og verktøyhåndtak. MF typene blir også benyttet som laminat i plater av respatextypen. UP- og GUP typene UP er umettet polyester, noe som også er hovedbestanddelen i GUP. Det benyttes som sparkelmateriale og som bindemiddel til lakk og maling. GUP er samme materialet som UP, bare at GUP er glassfiberarmert for å bli sterkere. GUP kalles også komposittmateriale, da det blir armert med et annet materiale som øker styrken vesentlig. Styren er herdestoffet som gir materialet den spesielle «søte» lukten, men styren er svært helseskadelig og spesielt verneutstyr må benyttes. Se mer om dette under modul HMS. Karosserimaterialer av GUP har høy strekkfasthet, god stabilitet og har også god vær og kjemikaliemotstand. Bruksområdene er mange og omfatter mange bransjer. For kjøretøy benyttes GUP til olje- og vanntanker, verktøykasser, karosserideler i ulike størrelser og til transportskap i kombinasjon med laminat av isolasjonsmateriale. Karosserideler av GUP støpes i former og kan få akkurat den utforming en ønsker. Derfor blir slike deler brukt for å gi karosseriene et avrundet og avstemt utseende. Egenskaper som god styrke og korrosjonsmotstand er også viktig for utsatte deler av en karosserikonstruksjon. EP typen Denne typen er kjent som en tokomponent lim og har gode kjemiske og mekaniske egenskaper. Plastreparasjonssystemer benytter epoksy i sine lim for ulike plastmaterialer. Epoksy har gode vedheftegenskaper mot mange underlag, den krymper lite ved herding og kan armeres. Epoksy herder ved addisjonspolymerisasjon og det er ingen stoff som skal dampes ut. Dette forklarer at epoksy bare har et ettersynk på 1-2 %. Epoksy benyttes som bindemiddel i høyverdige fiberkomposittmaterialer. Fiberen er vanligvis karbonfiber eller aramidfiber, og materialet benyttes når stor styrke i forhold til vekt er viktigere enn pris på materialet. Dette gjør at EP benyttes blant annet til bil- og karosserideler. Epoksy benyttes som hovedkomponent i EP-grunninger. Disse har svært gode vedheftegenskaper på aluminium og stål, og er dessuten vanntette. Epoksy med ulike armeringer og egenskaper. Armeringsmateriale Tetthet g/cm³ Strekkfasthet N/mm² E-modul N/mm² Glassfiber 60 % Aramid 70 % HF-karbon 70 % HM-karbon 70 % 1,8 1,38 1,50 1, Til sammenlikning: Aluminium Stål 2,7 7,

29 Industriskolen Men vi vil også ta med noen faremomenter knyttet til EP typen; Den har dårlig motstand mot alkohol og en del løsemidler Det må benyttes tilleggsvarme ved herding for å oppnå de beste mekaniske egenskapene. Helsefaren er stor, hudkontakt kan gi store eksem- og allergiskader. Herdeplastgruppen polyurethane mye benyttet i karosseri Polyurethane (PUR) er en stor gruppe herdeplast som finnes i mange varianter både i gruppe- termoplast og herdeplast. Polyurethane finnes i et stort produktspekter som er sterkt representert i karosseri- og kjøretøybygging. Det kan være innen fiber, lakk, isolasjonsmateriale, bekledningsmateriale (setetrekk, veggtrekk), forseglingsmateriale, skum, gummi og termoplastiske elastomerer. Forsegling av karosseriskjøter med PUR-basert materiale Hardt skum av PUR blir benyttet som isolasjonsmateriale i termoskap, som lamineres mellom glassfiberarmert polyester. Slike konstruksjoner blir også kalt sandwich og da kalles isolasjonsmaterialet kjernemateriale. PUR-integralskum blir benyttet i innredninger i bilkarosserier mens PUR-herdeplast benyttes som elektrisk isolering. Videre benyttes polyurethane som forseglingsmateriale i ytre karosserisammenføyninger, og det er materialets varige fleksibilitet sammen med at det er overlakkerbart som er bakgrunnen for den utstrakte bruken. Men der er også negative sider ved PUR materialene; Tverrsnitt av isolasjonsmateriale i termoskap. PUR materialenes herdestoff isocyanat er svært helseskadelig, selv ved små mengder. De kan fremkalles igjen ved oppvarming av gammel herdet forseglingsmateriale. Ved brann utvikler materialet en svart illeluktende røyk som også er svært helseskadelig. MS polymer. Forseglingsmateriale og rutelim er eksempler på produkt til biler av MS-polymer. Hovedbestanddelen er polyesterpolymer og produktet inneholder ikke isocyanter eller løsemidler. Med bakgrunn i at PUR materialene også avgir isocyanater når de oppvarmes igjen ved eks. demontering ved reparasjoner har flere karosseribyggere gått over til MS-polymer. I begynnelsen av 80-årene utviklet det japanske selskapet Kaneka materialet vi i dag kjenner som MS-polymer. Bakgrunnen for dette var bla. et ønske fra bygningsbransjen om et produkt som kunne takle de ekstreme belastningene på bygg i de mange jordskjelvrammede distriktene i Japan. 29

30 Materiallære VG2 Industriteknologi Produktet har også positive helse- og miljømessige egenskaper. Blant annet har unike hefteegenskaper og fraværet av de meget helseskadelige isocyanatene vært noen av de viktigste momentene til at de mange variantene av MS-polymer tar større og større markedsandeler. Andre fordeler med materialet er at det kan lagres lenge selv etter at emballasjen er åpnet. Hva er det som gjør plastmaterialene så interessante til bruk i kjøretøyproduksjonen? Figuren viser eksempel på forsegling av karosseridetaljer med MS-polymer. 5.6 Fordel med plastmaterialer Vi skal nå punktvis gå gjennom de fordelaktige egenskapene knyttet til plastmaterialene. Lav vekt: Tettheten (0,9-2,2g/cm 3 ), er bare 15 % av stål. Bra styrke: Strekkfastheten er betydelig mindre enn for eksempel ulegert stål. Det trengs derfor større volum plastmaterialer for at konstruksjonen skal få samme styrke. Noen plastmaterialer (epoksy ca. 300N/mm 2 og polyester ca. 200N/mm 2 ) er sterkere enn de andre plastmaterialene og benyttes derfor til karosserideler i bærende konstruksjoner. De såkalte komposittmaterialene oppnår en utrolig styrke ved å laminere flere materialer sammen under press. Lav varmeledning: God som varmeisolasjon, og blir derfor benyttet som isolasjonsmateriale i ulike karosserikonstruksjoner. Ved lokal oppvarming kan plastmaterialene fort oppnå sin egen smeltetemperatur som ikke er mer enn fra ºC. Elektrisk isolator: Plastmaterialene har liten/ingen elektrisk ledeevne, derfor benyttes de som elektrisk isolasjon i kjøretøyenes elanlegg. Likeledes som isolerende belegg for elektrolytiske spenninger mellom ulike metalliske materialene. Mekanisk slitasje: Noen plasttyper tåler mye mekanisk slitasje, og hvis en unngår for store belastninger, kan de oppnå lang levetid. Nylon- og teflonforinger er selvsmørende, og derfor benyttes dette som foringer og lagringer på kjøretøy/chassis. (Stabilisatorstag, kingbolter m.m.) Kjemisk motstand: Noen plasttyper har svært god motstand mot kjemikalier. Ulike plasttyper har motstand mot ulike kjemikalier. God korrosjonsmotstand: Dette er et av de beste argumentene for å benytte plastmaterialer i karosserikonstruksjoner. Noen karosserikonstruksjoner er bygget med plast som hovedelement. Vibrasjonsdemper: Plastmaterialene har en del av gummiens evner til å dempe vibrasjoner og lyd, noe det alltid vil bli en del av i et kjøretøy. Lyden 30

31 Industriskolen og vibrasjonene kommer både fra kjøretøyets egne mekaniske elementer og fra veibanen. Farge og form: Plastmaterialer er lette å forme og kan gjennomfarges i ønskede farger (Gjelder ikke riktig alle typer). De fleste plasttyper kan overlakkeres med vanlige billakkmaterialer hvis det benyttes spesielt rensemiddel, myknere og heftgrunning for plast. Plast kan også metalliseres med metaller som krom og nikkel, og blir da til forveksling lik metallgjenstander. Reparasjonsvennlighet: Denne er blitt betydelig forbedret ettersom plastmaterialene er blitt utviklet og nå er «vanlige» byggematerialer i flere bransjer. «Miljøvennlighet» Plastmaterialene er enkle å resirkulere, og dette er blitt mer utbredt også i distriktene etter som volumet av plastmaterialer er blitt større. Merking av plastmaterialene er en nøkkel for å få dette til, og på deler/reservedeler av plast er dette blitt standardisert og merket fra produsent. Dette systemet forenkler også eventuelle reparasjoner. Gunstig pris: Plastfremstilling krever lavt energibehov. Dessuten gir produksjon i store serier lav kostpris for plastmaterialer. Plastskjerm ADR koblingsboks (PC) Identifisering av plastmaterialer Når en skal bearbeide eller reparere plastmaterialer er det nødvendig å vite hvilke plastmateriale en arbeider med. På grunn av at plastmaterialene har lange kjemiske navn blir de omtalt og merket med forkortninger med store bokstaver. Eksempel ABS og PVC som du har lest om tidligere i kapittelet. Karosserideler av plast som er av nyere dato har vanligvis merking av plasttypen preget inn på baksiden av delen. Om vi ikke finn merking på delen, kan vi finne denne informasjonen i reparasjonshandboken for det aktuelle kjøretøyet. For byggematerialer som vi selv har bestilt er plasttypen kjent, hvis ikke må en kontakte materialleverandøren. 6 Tre Tre er blant de eldste konstruksjonsmaterialene vi kjenner til. I mange tidligere kulturer ble trevirke mye bruk, men etter hvert som trevirke ble vanskeligere å få tak i ble det erstattet av andre materialer. Dette ser vi spor av i antikkens byggeskikk, der de fortsatte å lage steinsøyler runde å som om de var laget av store tømmerstokker. I vår del av verden har vi hatt rikelig tilgang på Trebro 31