Õpetaja räägib rauast

Sepistamisest saab rääkida erinevate materjalide puhul, enamik metalle on rohkem või vähem sepistatavad, aga sepa põhiline materjal on ikkagi raud. Terminoloogiliselt korrektses keeles peaks siin tegelikult kasutama sõna “teras”, niisiis mõned sõnaseletused. Raud – keemiline element, mille järjenumber on 26, aatommass 55,847, hõbevalge, läikiv, plastne, hästi töödeldav metall. Sulamistemperatuur 1539ºC, tihedus 7,9 .Maakoores sisaldub teda 5,1 massi%. Toodetakse ja kasutatakse rauda malmi ja terasena. Rauda puhtal kujul võib leida ainult laboratooriumist, enamaltjaolt kohtame teda sulamina koos mõne teise elemendiga. Kõige tähtsam lisand on süsinik, aga rauasulam võib sisaldada ka räni, fosforit, väävlit või mitmesuguseid metalle, mis kõik erineval moel selle omadusi mõjutavad. Neid sulameid nimetatakse malmiks või teraseks. Malm – süsiniku ja raua sulam, kus süsinikku on 2,14 kuni umbes 5%.Sepikojas kohtab teda peamiselt masinate ja seadmete valatud korpustena või mõnede tööriistade juures. Sepistamiseks malm ei sobi, küll aga valamiseks. Kui räägitakse valurauast, mõeldaksegi tavaliselt hallmalmi. On veel olemas ka valgemalm, mis erineb oma sisemise struktuuri poolest ja millest toodetakse terast. Teras – raua ja süsiniku sulam, kus süsinikku võib olla kuni 2,14%. Enamik terastest ongi süsinikterased, kus süsinik on ainus oluline lisand. Süsinikteraste omadused sõltuvad põhiliselt süsiniku hulgast, aga ka sellest, kui hästi on teras puhastatud ebasoovitavatest lisanditest nagu fosfor ja väävel. Mida rohkem sisaldab raud süsinikku, seda kõvem ta on, seda kergemini on ta karastatav ja seda raskem on teda sepistada. Mida vähem süsinikku, seda pehmem ja plastilisem on teras. Umbes 0,04% juures on piir, kus teras praktiliselt enam ei karastu. Parim materjal sepistamiseks ongi see, kus süsinikku on võimalikult vähe. Lisaks süsinikterastele on veel legeeritud terased, kus süsinikule lisaks või süsiniku asemel kasutatakse teisi metalle – kroomi, niklit mangaani, molübdeeni, alumiiniumi jne. Kõnekeeles kasutatakse sõna “raud” tihti kas “terase” asemel või nimetatakse nii pehmeid, vähe süsinikku sisaldavaid teraseid, mis ei karastu. See oleks lühidalt materjalist, millega sepp oma töös suhtleb. Kuidas meister seda teeb, selleks on mitmeid erinevaid võimalusi. Kui raud on külm, püsib tema kristallvõre tugevasti koos. Siis saab teda lõigata, puurida, freesida, saagida, viilida jne. Seda nimetatakse terase külmtöötlemiseks. Need on operatsioonid, kus “raua käest ei küsita”, lõikav materjal peab lõigatavast lihtsalt kõvem olema. Niisugustest töödest ei pääse ükski sepp, see on sepaameti tähtis ja mahukas, aga mitte olemuslik osa. Kui metalli temperatuur tõuseb üle sulamispunkti, mis näiteks puhta raua puhul on 1539°C siis muutub ta vedelaks. Niisugust metalli on võimalik valada, eeldusel, et voolavus oleks vormi täitmiseks piisav. Metall viiakse ”teadvuseta olekusse”, täiesti vedelaks, kristallvõre lõhutakse täielikult ja kui ta ärkab, hanguma hakkab, leiab ta ennast fakti ette panduna – ta on vormis, lõksus ja võtnud täpselt selle kuju, mis inimene vormile on andnud, muidugi jälle eeldusel, et inimese tahe ja oskused on lubanud selle lõksu piisava täpsuse ja professionaalsusega üles panna. Sepistamise juures on määrava tähtsusega, et saaks terase niisugusesse olekusse, kus on temaga võimalik suhelda, st. on vaja kuumutada ta täpselt õige temperatuurini. Sepistamisel, võrreldes külmtöötluse ja valutehnikatega, on raud vahepealses olekus, kristallvõre püsib koos, aga kõrge temperatuuri tõttu on ta muutunud struktuuriga, justkui lõdvem ja seetõttu vastuvõtlikum kõiksugustele mõjutustele, on valmis muutuma, aga näitab ka oma iseloomu. Külma terasega võrreldes on hõõguv raud pehme, aga igaüks, kes on sepatööd proovinud, teab, et see pehmus on siiski väga suhteline. Sepp peab igal juhul pingutama, et tema tahe raua omast üle käiks. Sepistamise juures mõjutatakse terast kahel põhilisel viisil: temperatuuriga ja mehhaaniliselt – rauda tagudes või väänates. Mõlemal puhul mõjub see raua sisemisele struktuurile. Mehhaaniline mõjutamine muudab ka välist vormi – see on silmnähtav ja pikka üleseletamist ei vaja. Raua kristallvõre võib olla mitmesugune, sõltuvalt temperatuurist ja sellest, kui palju sisaldab ta süsinikku või legeerivaid metalle ja missugused on keemilised sidemed nende vahel. Raua ja süsiniku moodustatud struktuuridel on kõigil oma nimed: ferriit, martensiit, austeniit, tsementiit, perliit jne. Igaüks neist tähistab ühte kristallvõre tüüpi või nende segu. Samuti võivad kristalliterad olla erineva suurusega, mis jällegi mõjutab terase omadusi. Sepistamine ja valtsimine mõjub kristalliterade suurusele ja tihedusele – mehhaanilise surve all surutakse terad tihedamini kokku, nende kokkupuutepind suureneb ja materjali vastupidavus kasvab. Kui sepp terase tulle paneb ja seda kuumutab, näeme, kuidas värv temperatuuri tõustes muutub. Molekuli tasandil näeksime, kuidas aatomid kiiremini võnkuma hakkavad ja sealjuures kristallvõre oma struktuuri muudab, näiteks ferriidist saab austeniit. Kui teras on juba kirsipunane, st. üle 700°C, on ta juba nii plastiline, et teda on võimalik sepistada. Temperatuurivahemik, kus teras on sepistatav, on umbes 700 -1200°C, olenevalt terase margist. Jahtudes hakkab kristallvõre jällegi muutuma, olles legeerimata terase puhul kõige hapram 300 – 400°C juures. See on faas, kus kristallvõre on parajasti muutumas. Kui sepp on kannatamatu või oma materjali suhtes tähelepanematu ja jahtuvat rauda edasi taob või painutab, siis hakkab ta lõhkuma terase sisemist struktuuri. Katkenud ja lõhutud kohti kristallides silmaga näha ei saa aga sepistatud detaili vastupidavus kannatab kindlasti. Tegelikult näeb liigselt taotud ja väntsutatud raud ka kehv välja. Igal juhul on oluline, et sepp teeks täpselt seda, mis vaja ja ainult seda, mis vaja. See, missugust tüüpi kristallvõresid sepistatav detail sisaldab ja missugused on seetõttu tema mehhaanilised omadused, sõltub peale sulami koostise ka sellest, missuguse kiirusega on toimunud temperatuurimuutused. Terase kiirel jahutamisel saadakse kõvem ja hapram struktuur – seda nimetatakse karastamiseks. Jahtumist kiirendatakse tavaliselt sellega, et karastatav ese pistetakse õhust suurema soojusjuhtivusega keskkonda – vette või õlisse. Liigse hapruse ja sisepingete kõrvaldamiseks kuumutatakse teras pärast veel kord umbes 100 – 300°C, olenevalt mis marki terasega on tegu. Seda nimetatakse noolutamiseks. Karastamine ja noolutamine on kõige elementaarsemad ja kõige tihemini ettetulevad termotöötlemise operatsioonid.