Alieutektoidisen teräksen normalisointi

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "Alieutektoidisen teräksen normalisointi"

Transkriptio

1 Alieutektoidisen teräksen normalisointi Hiili (C) ja rauta (Fe) Hiili ja rauta voivat muodostaa yhdessä monia erilaisia mikrorakenteita, olipa kyseessä sitten teräs (hiiltä maksimissaan 2.1p.% C, eli hiiltä on 2.1 painoprosenttia) tai valurauta (yli 2.1p.%, mutta alle 6.7p.% C). Puhtaalla raudalla esiintyy kahta eri kiderakennetta, joista toinen on huoneenlämmössä vakaata ferriittiä, joka tunnetaan myös nimellä alfarauta ja kiderakenteeltaan se on BBC:tä eli body-centered cubic. Toinen puhtaan raudan kiderakenne on nimeltään austeniitti, joka tunnetaan myös nimellä gamma-rauta, jota muodostuu lämpötilassa 912*C ja jolloin kiderakenne muuttuu FCC:ksi eli face-centered cubic. Jos rautaa kuumennetaan lämpötilaan 1394*C, niin syntyy delta-rautaa, joka on kiderakenteeltaan BBC:tä. Usein seoksissa on hiiltä tarkoituksella, ja ferriitissä hiilen osuus voi olla maksimissaan 0.022p.% (lämpötilassa 727*C), mutta silti se lisää ferriitin mekaanisia ominaisuuksia huomattavasti ja tällöin ferriitti on suhteellisen pehmeää ja sillä voi olla magneettisia ominaisuuksia lämpötilan ollessa alle 768*C. Austeniitissa hiiltä voi olla maksimissaan 2.14p.% (lämpötilassa 1147*C), jolloin kiderakenteen sidokset ovat heikompia kuin ferriitissä, austeniitilla ei ole magneettisia ominaisuuksia. Delta-raudassa hiiltä voi olla maksimissaan 0.09p.% (lämpötilassa 1493*C) ja sillä on samanlaisia ominaisuuksia kuin ferriitillä, mutta sitä esiintyy vain korkeissa lämpötiloissa, joten siitä ei ole käytännön hyötyä. Rautaseoksissa voi esiintyä lisäksi myös sementiittiä, tai toiselta nimeltään rautakarbidia, jossa on hiiltä 6.70p.%. Sementiittiä esiintyy alle 727*C lämpötiloissa, kun hiiltä on enemmän kuin ferriittifaasiin liukenee. Mekaanisilta ominaisuuksiltaan sementiitti on hyvin kovaa ja haurasta ja eräiden terästen lujuus perustuu juurikin sementiitin olemassaoloon. Perliitti on sementiitin ja ferriitin sekoitus, jossa mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttavat sementiittifaasin ja ferriittifaasin kerrosten paksuudet. Hieno perliitti (pienet kerrokset) on kovempaa ja lujempaa kuin karkea perliitti, kun taas karkea perliitti on sitkeämpää. Kuvassa rauta-rautahiili faasidiagrammi. Kuva tehtävänannosta (sama kuva myös: Callister, Rethwisch (2008). Fundamentals of Materials Science And Engineering: An Integrated Approach: Third Edition. Figure ). Alieutektoidinen teräs Eutektoidinen reaktio tarkoittaa reaktiota, jossa tietyssä lämpötilassa jäähtyessään kiinteästä faasista muodostuu isotermisesti kahden kiinteän faasin heterogeeninen sekoitus. Teräksen yhteydessä eutektoidisessa reaktiossa kiinteästä austeniitista (jossa 0.76p.%) muodostuu kiinteän ferriitin (0.022p.% C) ja sementiitin (6.7p.% C) heterogeeninen sekoitus, jota syntyy lämpötilassa 727*C. Alieutektoidinen teräs tarkoittaa, että teräksessä on painoprosentteina hiiltä väliltä 0.022p.% C ja 0.76p.% C, josta termi alieutektoidinen tuleekin. Alla olevasta kuvasta näkyy, että pisteessä c (lämpötilassa n.875*c) mikrorakenne koostuu ainoastaan austeniitista ja pisteessä d (lämpötilassa n.775*c) alkaa muodostumaan ferriittiä austeniitin sekaan. Lämpötilan ollessa vielä vähän yli eutektoidisen lämpötilan pisteessä e, nähdään että ferriitin määrä seoksessa on kasvanut huomattavasti. Lämpötilan laskiessa alle eutektoidisen lämpötilan (727*C) austeniitista alkaa muodostumaan sementiittiä, joka yhdessä ferriitin kanssa muodostavaa perliittiä. Normalisointi Normalisoinnin tarkoituksena on lisätä rautaseoksen sitkeyttä jalostamalla raekokoa pienemmäksi. Normalisointi on yksi lämpökäsittelyn muodoista, jossa rautaseosta austenisoidaan, eli rautaseos lämmitetään sen ylemmän kriittisen pisteeseen yläpuolelle (vähintään 55*C), jolloin seos muuttuu kokonaisuudessaan austeniittifaasiksi. Tämän jälkeen rautaseos jäähdytetään ilmalla ja rautaseokselle saadaan haluttuja ominaisuuksia. Mikrorakenne muuttuu normalisoinnin aikana siten, että ylemmän kriittisen lämpötilan yläpuolella rautaseos on kokonaan austeniittia, jonka jälkeen seoksen annetaan jäähtyä ilman vaikutuksesta ja tällöin hitaasti jäähtyessään austeniitin sekaan alkaa muodostumaan ferriittiä ja lopulta seoksen austeniitiin alkaa muodostumaan sementiittiä ja yhdisteestä tulee nimeltään perliittiä. Yllä olevasta rauta-hiilirautafaasidiagrammista käy selville faasirajat ja koostumukset. Alla olevasta kuvasta näkyy jäähtymisen seurauksena syntyvä hieno ja karkea perliitti ja niiden riippuvuus jäähtymisnopeudesta. Tehtävänä on määrittää 0,4p.% teräksen faasiosuudet ja - koostumukset lämpötiloissa 750*C ja 25*C. Yllä olevasta kuvasta nähdään, että 0.4p.% teräs koostuu lämpötilassa 750*C austeniitista sekä ferriitistä. Faasiosuudet ovat: austeniitti austeniitti / (austeniitti + ferriitti) ( ) / ( ) p.% ferriitti ferriitti / (ferriitti + austeniitti) ( ) / ( ) p.% Yllä olevasta kuvasta nähdään, että 0.4p.% teräs koostuu lämpötilassa 25*C sementiitistä sekä ferriitistä. Faasiosuudet ovat: sementiitti sementiitti / (sementiitti + ferriitti) ( ) / ( ) p.% ferriitti ferriitti / (ferriitti + sementiitti) ( ) / ( ) p.% Kuvassa jäähdytysnopeuden vaikutus teräkseen. Callister, Rethwisch (2008). Fundamentals of Materials Science And Engineering: An Integrated Approach: Third Edition. Figure : Callister, Rethwisch (2008). Fundamentals of Materials Science And Engineering: An Integrated Approach: Third Edition. Shercliff, Ashby (2009). Phase Diagrams and Phase Transformations: Fifth Edition. Kuvassa faasimuutoksia. Callister, Rethwisch (2008). Fundamentals of Materials Science And Engineering: An Integrated Approach: Third Edition. Figure

2 Metalliseoksen tasapainonmukainen jähmettyminen Johdanto Metallien mekaanisilla ominaisuuksilla on vahva yhteys niiden mikrorakenteeseen. Mikrorakenteeseen puolestaan vaikuttavat niin metallin mekaaninen muokkaus kuin lämpökäsittelykin. Paneudutaan seuraavaksi metalliseosten lämpökäsittelyn taustalla vaikuttaviin seikkoihin Cu-Ni -tasapainopiirroksen sekä yksinkertaisten esimerkkien kautta. Määritelmiä ja käsitteistöä Aloitetaan aiheen käsittely määrittelemällä joitakin metallien seostamiseen ja tasapainopiirroksiin liittyviä keskeisiä käsitteitä. Systeemillä tarkoitetaan tarkastelunalaisena olevaa metalliseosta. Se voi olla esimerkiksi sulatusuunissa oleva metalliharkko. Systeemin keskeisiä parametreja metalliseosten tarkastelun kannalta ovat lämpötila, paine sekä koostumus. Koostumus ilmoitetaan tasapainopiirroksissa usein komponentin eli seoksen osana olevan puhtaan metallin tai yhdisteen painoprosenttina. [1, s.340] Kaikenlaisiin seoksiin liittyvä liukoisuusraja on tärkeä myös metalliseoksissa. Liukoisuusraja kertoo seoksen maksimikonsentraation, jossa esiintyy vain yhtä faasia [2]. Faasi on puolestaan fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa perusteella materiaalista erottuva homogeeninen osa. Hyvänä esimerkkinä liukoisuusrajasta ja faaseista on sokeri-vesi liuos, jossa pienillä sokerin konsentraatioilla esiintyy vain yksi faasi, nesteliuos (L, liquid). Lisättäessä sokerin määrää liuoksessa tulee liukoisuusraja vastaan ja nesteliuoksen lisäksi astian pohjalle kertyy kiinteää (S, solid) sokeria ja näin ollen seoksessa havaitaan kahta toisistaan eroavaa faasia. [1, s.342] Määritellään vielä lopuksi, mitä tasapainonmukaisen mekanismin tasapainolla oikeastaan tarkoitetaan: Systeemin katsotaan olevan tasapainossa, kun sen vapaa energia on minimissään [1, s.342]. Vapaa energia taas on seurausta termodynamiikan pääsäännöistä ja se on systeemin sisäenergian ja entropian funktio [1, s.342][3, s.121]. Systeemi pyrkii pienimpään mahdolliseen vapaan energian arvoon tietyissä olosuhteissa mukauttamalla rakennettaan [3, s.121]. Rakenteen muutosta välittävä diffuusio on kuitenkin etenkin kiinteissä aineissa niin hidasta, että systeemi etsii usein lokaalin vapaan energian minimin saavuttavan rakenteen. Tällaista tilaa sanotaan metastabiiliksi [1, s.343]. Kuva 1. Metastabiiliuden havainnollistamista Binäärinen tasapainopiirros Tasapainopiirrokset (myös faasidiagrammi, engl. phase diagram) ovat graafeja, joissa y-akselilla on lämpötila ja x-akselilla seoksen koostumus. Tarkastelun helpottamiseksi paineen vaikutus jätetään usein ulkopuolelle olettamalla vakiopaine 1 atm eli normaali ilmanpaine. Lisäksi piirroksissa on tieto faaseista ja faasialueista. Metalliseosten tasapainopiirroksissa kiinteät liuokset merkitään pienillä kreikkalaisilla kirjaimilla (α, β, γ jne.). [1, s.345] Tarkastellaan tästä eteenpäin binääristä eli kahden komponentin metalliseosta, jossa komponentteina ovat kupari ja nikkeli (kuva 2). Cu-Ni seos on helppo esimerkki tasapainopiirrosten tulkinnassa, sillä kupari ja nikkeli liukenevat toisiinsa täysin. Tämä selittyy kuparin ja nikkelin samanlaisella kiderakenteella (pintakeskinen kuutiollinen, PKK) sekä atomien lähes samalla koolla ja elektronegatiivisuuden arvolla. Tällaisesta täyden liukoisuuden systeemistä käytetään myös nimitystä isomorfinen [1, s.345][2]. Kuvan 2 mukaisessa Cu-Ni systeemin tasapainopiirroksesta nähdään ensimmäisenä kolme erilaista aluetta: Ylimpänä L eli liquid eli sula, alimpana α eli kiinteän liuoksen alue ja näiden kahden välissä piirrokseen merkitty L+α, jossa esiintyy sekä kiinteää ja nestemäistä ainetta ja jota kutsutaan välillä puuroalueeksi. Sulan liuoksen alueen alarajaa (piirroksessa vihreä viiva) kutsutaan likvidukseksi ja kiinteän alueen ylärajaa (piirroksessa sininen viiva) solidukseksi. Näitä kahta kutsutaan yhdessä faasirajoiksi (phase boundary) ja nimensä mukaisesti ne rajaavat eri faasialueet toisistaan. Faasirajoista ilmenee L+α alueen lämpötilakonsentraatio tasapaino sekä missä vaiheessa sulan jähmettyminen alkaa ja missä se päättyy. Tästä huomataan tärkeä metalliseosten ominaisuus: Toisin kuin puhtaiden metallien jähmettyminen tietyssä sulamispisteessä, tapahtuu seosten jähmettyminen tietyllä alueella. [3, s ] Mikrorakenteen muotoutuminen tasapainonmukaisessa jäähtymisessä Lähdetään jäähdyttämään Cu-Ni systeemiämme kuvassa 2 näkyvää polkua A-E pitkin. Suoritetaan jäähdyttäminen niin hitaasti, että faasitasapaino (phase equilibrium) säilyy eli jäähdytettävä aina on koko ajan kauttaaltaan samassa lämpötilassa. Jäähdytettävän seoksen koostumus on tasapainopiirroksen mukaisesti 35 p.% Ni ja jäähdytysprosessin alkulämpötilaa voidaan merkitä T A :lla. Näin ollen prosessi seuraa piirrokseen merkittyä katkoviivaa. Kuva 2. Cu-Ni systeemin tasapainopiirros, jossa merkittynä jäähdyttämisprosessin reitti A-E Pisteessä A seos on kokonaan sulaa ja koostumukseltaan tasaista. Ensimmäiset mikrorakenteen muutokset havaitaan prosessin saavuttaessa kohdan B, joka on juuri likviduksen alapuolella. B:ssä ensimmäiset α faasin kiteet alkavat muodostua jähmettymisydinten ympärille. Usein tällaiset ytimet muodostuvat muotin reunoihin tai aineessa olevien epäpuhtauksien ympärille. Ensimmäisenä jähmettyvä seoksen osassa on suurempi pitoisuus nikkeliä kuin mitä koko seoksen konsentraatio on. Tämä johtuu siitä, että puhtaalla nikkelillä on korkeampi sulamispiste kuin kuparilla, joten se pyrkii seostettunakin jähmettymään ensin. Tästä huolimatta koko seoksen konsentraatio pysyy muuttumattomana, 35 p.% Ni. [1, s.352] Jähmettymisen jatkuessa kiinteän aineksen määrä lisääntyy sulan määrän luonnollisesti vähentyessä. Näin jatkuu soliduksen saavuttamiseen asti, jolloin lähes kaikki puuroalueella jäähtynyt materiaali on jähmettynyt (piste D). Soliduksen ylittäessään systeemin jäljellä oleva sula jähmettyy ja mikrorakenne on valmis. [1, s.352] Kuva 3 havainnollistaa hyvin koko jähmettymisprosessia sekä mikrorakenteen muotoutumista. Kuva 3. Tasapainonmukainen jähmettyminen esimerkkiseoksessa Mikrorakenteen muotoutuminen kun jäähtyminen ei ole tasapainonmukaista Kuten tasapainonmukaisen jähmettymisen kohdalla mainittiin, vaatii systeemin tasapainon säilyminen se, että metalliseosta jäähdytetään erittäin hitaasti. Tämä ei kuitenkaan käytännössä ole mahdollista tai järkevää. Tietyllä tapaa todellisempi jähmettymismekanismi onkin epätasapainossa tapahtuva jähmettyminen (nonequilibrium cooling). Epätasapainoisen jähmettymisen suurin ero tasapainonmukaiseen jähmettymiseen on kiinteässä faasissa tapahtuvan diffuusion vaikeuden vaikutus. Siinä missä tasapainonmukaisessa jähmettymisessä systeemiä hitaasti jäähdytettäessä diffuusio ehti mukauttamaan muotoutuneen mikrorakenteen vapaan energian minimin periaatteen mukaisesti homogeeniseksi, ei tätä ehdi todellisuudessa nopeahkoilla jäähdytyksillä tapahtua. Tällöin jähmettyvä aines jää vyöhykkeelliseksi niin, että ensin jähmettyvä korkean nikkelipitoisuuden omaava aines jähmettyy ensin ja sen ympärille muodostuva α faasi sisältää yhä vähemmän ja vähemmän nikkeliä, mitä kauemmas jähmettymisytimestä mennään.[1, s ] Kuva 4 visualisoi tätä prosessia ja mikrorakenteen muotoutumista tällaisessa tilanteessa. Faasien koostumukset ja vipusääntö Kun systeemin lämpötila ja koostumus tiedetään jossakin ajan hetkessä, voidaan tasapainopiirroksesta määrittää mitä faaseja systeemissä on juuri silloin havaittavissa. Esimerkiksi Cu-Ni seoksessamme pisteessä A lämpötilassa 1300 C ja 35 p.% Ni koostumuksella huomataan, että systeemi on sulassa tilassa. Vastaavasti piste E on selvästi kiinteän faasin α alueella, joten systeemi esiintyy jähmeänä liuoksena. Hankaluutta aiheuttaakin likviduksen ja soliduksen välinen puuroalue, jolle ei voida yhtä suoraviivaisesti määrittää kunkin läsnäolevan faasin määrää. 349] Kuva 4. Epätasapainossa tapahtuva jähmettyminen ja mikrorakenteen muodostuminen [1, s.347- Puuroalueenkin faasijakauman määrittäminen on kuitenkin mahdollista, sillä siihen kehitetty niin kutsuttu vipusääntö on näppärä työkalu. Lasketaan esimerkkinä kuvan 5 avulla eri faasien koostumukset ja pitoisuudet pisteessä C. Isotermin T C sekä likviduksen ja soliduksen leikkauspisteistä saadaan eri faasien koostumukset [2] : C 0 35 p.% Ni T C 1250 C C L C likvidus 32 p.% Ni ; C α C solidus 43 p.% Ni Pitoisuudet saadaan vipusäännöllä [2] : W L Sulan osuus S/(R+S) (C α - C 0 )/(C α - C L ) (43-35)/(43-32) 73 p.% Samaan tapaan W α Kiinteän osuus R/(R+S) (35-32)/(43-32) 27 p.% Kuva 5. Vipusäännön käyttäminen faasidiagrammeissa [1] Callister, William D., Jr & Rethwisch, David G. Fundamentals of materials science and engineering : an integrated approach. Hoboken, NJ: Wiley rd ed., Int. student version. 882 s. ISBN [2] Callisterin kirjan suomenkieliset kalvot, ch9. [Verkkoaineisto]. [Viitattu ]. [3] Miekk-oja, H. M. Metallioppi. Helsinki: Kustannusosakeyhtiö Otava painos. 671 s. Kuvat 1. ml 2. Tehtävänanto 3. Figure Callister, William D., Jr & Rethwisch, David G. Fundamentals of materials science and engineering : an integrated approach. Hoboken, NJ: Wiley rd ed., Int. student version. 4. Figure Callister, William D., Jr & Rethwisch, David G. Fundamentals of materials science and engineering : an integrated approach. Hoboken, NJ: Wiley rd ed., Int. student version.

3 Eutektoidisen teräksen isoterminen lämpökäsittely Mitä on eutektoidinen teräs? Eutektoidisessa reaktiossa kiinteä aine muuttuu lämpötilan laskiessa tarpeeksi epästabiiliksi ja jakautuu kahdeksi kiinteäksi aineeksi. Tämä reaktio tapahtuu esimerkiksi eutektoidisen teräksen eli perliitin tai bainiitin syntyessä, jolloin austeniitti muuttuu lämpötilan laskiessa epästabiiliksi ja hajoaa ferriitiksi ja sementiitiksi. Eutektoidinen piste tässä tapauksessa on alle 727 astetta celsiusta sekä 0.76% hiiltä ja lämpötila, missä austeniitin annetaan hajota vaikuttaa syntyvän aineen koostumukseen, joten lämpötilan ja hiilen määrän kanssa pitää olla hyvin tarkkana eutektoidisen teräksen valmistamisen aikana. Muuttamalla austeniitin hajoamislämpötilaa määritellään, halutaanko valmistaa perliittiä, bainiittia vai martensiittia, joka on perliittiä tai bainiittia hyvin paljon lujempi seos, koska se vaatii jäähdytyksen hyvin matalaan lämpötilaan. Tämä aiheuttaa seoksessa hyvin suuria määriä dislokaatioita, jotka estävät toistensa liikettä ja tämän lisäksi hilassa tapahtuu myös kaksoistuminen. Perliitti Perliitti on siis austeniitin hajoamisen tuottama rakenne, joka sisältää sekä ferriittiä että sementiittiä. Hyvin hienorakenteista perliittiä tuotetaan jäähdyttämällä austeniitti nopeasti noin 600 asteeseen, jonka jälkeen sen annetaan hajota isotermisesti perliitiksi. Tämän jälkeen perliitin pitää vielä antaa stabiloitua korkeammassa lämpötilassa, jotta estetään ei-halutut muutokset jäähdytyksen aikana. Perliitin hyötyjä on sen lujuus ja muokattavuus. Sitä voidaan helposti muokata putkimaiseksi, jolloin sen lujuus on useita gigapascaleja. Perliittiä käytetäänkin lujuutta vaativissa mekaanisissa sovelluksissa, kuten esimerkiksi siltojen vaijereissa. Bainiitti ja martensiitti Martensiittia syntyy jäähdyttämällä austeniitti esim. huoneenlämpötilaan nopeasti ennen lämpökäsittelyä tai ennen lämpökäsittelyn valmistumista, jos haluaa austeniitin hajoavan perliitiksi tai bainiitiksi sekä martensiitiksi. Tämä nopea jäähdytys aiheuttaa sen, että hiili ei pääse pois seoksesta ja jää vangiksi sen sisään, jolloin teräksen mikrorakenne deformoituu ja dislokaatioiden määrä kasvaa huomattavasti, jolloin myös lujuus kasvaa. Martensiittistä terästä käytetään esimerkiksi TRIP-teräksessä, jota käytetään esimerkiksi autoteollisuudessa sen suuren energian absorptiokyvyn takia. Bainiitti on eräänlainen välimuoto perliitin ja martensiitin välillä ja sitä syntyy silloin, kun austeniittia jäähdytetään lämpötilaan, joka on liian matala perliitin syntymiseksi, mutta myös liian korkea martensiitin syntymiseksi. Ominaisuuksiltaan bainiitti on myös eräänlainen välimuoto näiden kahden välillä ja sen ominaisuudet voivat olla lähempänä perliittiä tai martensiittiä riippuen lämpökäsittelyyn käytettävästä lämpötilasta. Lähellä perliitin muodostumislämpötilaa olevaa bainiittia kutsutaan yläbainiitiksi ja lähellä martensiittia taas alabainiitiksi. Esimerkkejä TTT-diagrammin tulkitsemisesta Tärkeintä TTT-diagrammin tulkitsemisessa on huomata se, että kun austeniitin hajoaminen on tapahtunut kokonaan, eli diagrammissa ollaan päästy vihreän käyrän oikealle puolelle, niin syntynyt aine ei tästä enää suuremmin muutu. Lämpökäsittelystä muodostuva aine määrittyy siis ennen vihreää käyrää olevista lämpötiloista. Ohessa muutama esimerkki. 1. Nopea jäähtyminen 500 asteeseen, jonka jälkeen pito 100 sekunnin ajan ja sammutus huoneenlämpötilaan. 500 asteessa austeniitti hajoaa kokonaan yläbainiitiksi, koska 100 sekunnin jälkeen vihreä käyrä on ylitetty. Syntyvä aine on siis 100% yläbainiittia. 2. Nopea jäähtyminen 200 asteeseen pito 1000 sekunnin verran ja sammutus huoneenlämpötilaan. 200 asteen lämpötilassa austeniitista noin 20% hajoaa martensiitiksi (kuvaajasta katsottuna). Pitoaika ei vaikuta tähän rakenteeseen, mutta 1000 sekunnin jälkeen vihreää käyrää ei olla vielä ylitetty, joten laskettaessa lämpötilaa muutos martensiitiksi jatkuu ja tuloksena on 100% martensiittia. 3. Nopea jäähtyminen 160 asteeseen, pito 10 sekunnin verran, lämpötilan nopea nosto 300 asteeseen, jossa pito sekunnin verran ja sammutus huoneenlämpötilaan. 160 asteessa austeniitista puolet hajoaa martensiitiksi ja 10 sekunnin pidon jälkeen ollaan punaisen käyrän kohdalla, kun lämpötila nostetaan 300 asteeseen. Tämä tarkoittaa sitä, että jäljellä olevasta austeniitista 100% hajoaa alabainiitiksi, kun pitoaika on sekuntia. Käsittelyn tuloksena saatava seos on siis 50% martensiittia ja 50% alabainiittia. Faasidiagrammi, jossa näkyy eutektoidinen muutos vasemmassa reunassa Isoterminen lämpökäsittely Isotermisellä lämpökäsittelyllä tarkoitetaan lämpökäsittelyä, jossa teräs kuumennetaan ensin austeniitin muodostumislämpötilaan ja sen yläpuolelle, jonka jälkeen austeniitti jäähdytetään sen hajoamislämpötilaan ja annetaan sen hajota halutuksi seokseksi vakiolämpötilassa. Syntyvän seoksen mikrorakenteeseen voidaan vaikuttaa muuttamalla hajoamislämpötilaa ja näin saada esim. karkeampaa tai hienompaa perliittiä. Bainiittia valmistetaan jäähdyttämällä austeniitti nopeasti perliitin muodostumislämmön alapuolelle, jolloin perliittiä ei muodostu vaan muodostuva aines on vain bainiittia. Lämpötilan pitäminen vakiona on erityisen tärkeää perliitin ja bainiitin valmistamisessa, koska lämpötilan vaihtelut aiheuttavat isoja muutoksia muutosnopeudessa ja valmistettavan aineen koostumuksessa. Martensiittiä voidaan valmistaa laskemalla lämpötilaa huomattavasti ennen lämpökäsittelyä. Muuttamalla lämpötilaa kesken käsittelyn voidaan saada aikaiseksi seoksia edellä mainittujen aineiden välillä. TTT-diagrammi TTT-diagrammi (time, temperature ja transformation) on diagrammi, joka kuvaa aineen faasimuutoksia ajan ja lämpötilan suhteen. Sitä käytetään isotermisen lämpökäsittelyn kuvaamiseen. Alla oleva esimerkkidiagrammi kuvaa eutektoidisen teräksen isotermistä lämpökäsittelyä. Diagrammissa aika on x-akselilla ja lämpötila y-akselilla ja keskellä olevat punainen ja vihreä käyrä kuvaavat hajoamisreaktion alku- ja loppukohtaa vasemmalta oikealle katsottuna. Sininen katkoviiva kuvaa vaihetta, missä puolet austeniitista on hajonnut. Kuvaajassa käyrän vasemmalla puolella on austeniitti ja oikealla puolella perliitti (P) ja bainiitti (B). Keltaiset käyrät kuvaajan alareunassa kuvaavat muutosta martensiitiksi. Perliitin mikrorakenne Patentointi Hienoa perliittiä voidaan valmistaa asettamalla austeniitin hajautumislämpötila kohdalle, mikä on juuri bainiitin syntymislämmön yläpuolella, mutta niin korkea, että bainiittia ei muodostu. Mitä lähempänä tätä kohtaa kuvaajassa hajoamislämpötila asetetaan, sitä hienompaa saatava perliitti on. Kuvaajasta näemme, että tämä lämpötila on noin 550 astetta celsiusta. Tätä lämpökäsittelyä kutsutaan myös patentoinniksi. Patentointia käytetään silloin, kun halutaan saada aikeiseksi mahdollisimman homogeeninen ja hieno rakenne perliitille. Yksi suurimmista hyödyistä tälle rakenteelle on, että se parantaa perliitin kylmävedettävyyttä huomattavasti. Kylmävedolla tarkoitetaan metallin muokkausta siten, että sitä vedetään reiän läpi ja näin pienennetään sen poikkipinta-alaa. Näin esim. metallin raekoko pienenee ja siihen syntyy lisää dislokaatioita ja näin lujuus paranee. Alla on patentointiprosessi kuvattuna TTT-diagrammiin. [1] Luentokalvot ja callisterin kalvot [2] _WEB.pdf [3] Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructures, Processing and Design, Ashby [4] LtdCLYC&pgPA26&lpgPA26&d&redir_escy#vonepage&q&ftrue [5] [6] en.wikipedia.org [7] Kuvat [8] [9]

4 Alumiini-kupariseoksen erkautuskarkaisu Mitä on erkautuskarkaisu? Erkautuskarkaisu Al-3 m-% kupariseokselle Kuva 1: Uuni Erkautuskarkaisu on karkaisumenetelmä, jonka tavoitteena on parantaa erilaisten kappaleiden lujuusominaisuuksia vaikuttaen niiden atomirakenteeseen. Erkautuskarkaisu toteutetaan lähes aina samalla tavalla ja se voidaan suorittaa lähestulkoon niin suurelle kappaleella tahansa mitä vain kyetään nostamaan kappaleen ollessa hehkuvan kuumana. Lähdetään toteuttamaan erkautuskarkaisua alumiiniseokselle, johon halutaan kolme prosenttiyksikköä kuparia. Aivan aluksi suoritetaan liuotushehkutus, jossa kuumennetaan kappale hiukan sen sulamispisteen alapuolelle, eli tässä tapauksessa noin 650 celsiusasteeseen. Tällöin alumiini on lähes sulamispisteessä ja kupari pääsee tasaantumaan ympäri kappaletta homogeeniseen tasapainotilanteeseen [α + L]. Tämä suoritettaisiin suuressa uunissa, jossa kyetään ylläpitämään korkea vakiolämpötila pitkään. Tällä saavutetaan tasaisin mahdollinen lämpötila kappaleen ympäri, mahdollistaen parhaan mahdollisen lujuuden saavuttamisen myöhemmässä vaiheessa. Kyseinen uuni pitää olla sijoiteltuna lähelle viilennysallasta, sillä aika joka kappaleella saa kulua lämpötilasta pois ottamisen ja nopean jäähdyttämisen välillä on kymmenen kolmekymmentä sekuntia, riippuen kappaleen suuruudesta. Erkautuskarkaisun eri vaiheet [2] Erkautuskarkaisun vaiheet ovat liuoshehkutus (solution heat treatment), sammutus (quenching), sekä vanhennus (aging). 1. Liuoshehkutuksen ensimmäisessä vaiheessa kappale kuumennetaan ennalta määriteltyyn lämpötilaan, joka on hieman sulamispisteen alapuolella. Lämpötila pidetään yllä vakiona siihen asti että koko kappale on täysin vakiolämpötilainen. 2. Tämän jälkeen kappale on sammutettava, tavoitteena säilyttää saavutettu olotila myös huoneenlämmössä. Tämä tarkoittaa kappaleen nopeata viilentämistä kuumasta lämpötilasta huoneen lämpötilaan. Mitä nopeammin kappale sammutetaan, sitä lujemmaksi kappale jää, mutta tällöin kappaleeseen voi myös syntyä erilaisia jännityksiä. 3. Lopuksi suoritetaan vanhennus, joka voidaan suorittaa joko luonnollisesti tai vaihtoehtoisesti keinovanhennuksena. Kappaleen vanhentuessa rakeiden sisään tai mahdollisesti raerajoille syntyy erittäin pieniä erkaumia jotka ominaisuuksillaan määrittelevät kappaleen lopulliset ominaisuudet. [1] Miten erkautumat muodostuvat lämpökäsittelyn aikana? Lämpökäsittelyssä itsessään ei vielä muodostu erkaumia, vaan vasta vanhennusprosessissa. Tämä voidaan toteuttaa luonnollisesti tai keinovanhennuksella, eli toisinsanoen erkautushehkutuksen avulla. Luonnollinen vanhennus on kappaleen luonnollinen vanhennusmetodi, joka toteutuu itsestään pikaisesti kappaleen sammutuksen jälkeen. Kappaleen lujuus kasvaa ja rakenne tasoittuu ajan kanssa nopeammin tai hitaammin, riippuen kappaleen muista ominaisuuksista. Riskinä luonnollisessa vanhennuksessa on ylivanheneminen, jonka seurauksena kappaleen lujuus voi laskea lämpötilan noustessa yli huonelämpötilan. Keinovanhennuksessa (eli erkautushehkutuksessa) saadaan aikaan paremmat lujuusarvot kappaleeseen. Keinovanhennuksessa annetaan kappaleen ensin tasaantua huonelämpötilassa, jolloin sen venymäarvot paranevat, jonka jälkeen aloitetaan varsinainen vanhennus. Kappale hehkutetaan määriteltyyn lämpötilaan ja pidetään siinä hyväksi todettu aika. Liian pitkä vanhennus heikentää tällöinkin lujuusarvoja. [2] Kappale voidaan sammuttaa esimerkiksi suuressa vesialtaassa, jonka vesimäärä on suuri ja se on huonelämpötilassa mielellään virtaavana. Tämä estää viilennysnesteen lämpötilan nousevan turhan korkeaksi, jolloin sammutuksen karkaisuteho heikkenisi. Kriittisin vaihe sammutusta on saada kappale 650 celsiusasteesta 200 celsiusasteeseen, mutta tämän jälkeinenkin sammutus vaikuttaa runsaasti kappaleen lopulliseen lujuuteen. Tässä vaiheessa päädytään α + θ faasiin, jossa α kuvastaa alumiinia ja θ kuvastaa khatyrkiteä (CuAl2). Tällöin kupari on tasoittunut seoksessa tiiviimmin muodostaen eräänlaisen matriisijärjestyksen. Sammutettua kappale ja sen oltaessa tasalämpöinen, halutaan kappale vanhennuttaa lisäten sen lujuutta, toisin sanoen suoritetaan erkautushehkutus. Kappaleen annetaan ensin seistä huonelämmössä rauhassa maksimoiden sen venymäarvot. Vähintään vuorokausi tämän jälkeen kappale hehkutetaan toisessa uunissa tällä kertaa noin 550 celsiusasteeseen, jolloin kupariatomit pääsevät liukumaan ja tasoittuvat täysin homogeenisesti ympäri kappaletta. Tällöin päästään myös eroon aiemmista mahdollisista jännityksistä, jotka aiheutuivat sammutuksen yhteydessä lisäten kappaleen haurautta. Kappale ylläpidetään tietyssä lämpötilassa pitkään, jonka jälkeen sen annetaan vapaasti jäähtyä huoneen lämpöön, jolloin atomirakenne jähmettyy niille sijoilleen ja lujittaa materiaaliseoksen pysyvästi. Ajoitus on tärkeää, sillä mikäli kappaletta pidetään korkeassa lämmössä liian pitkään, tai pidetään liian korkeassa lämpötilassa ylipäätään, atomirakenne lähtee muuttumaan, jonka seurauksena epäkoherentteja tasapainoerkaumia rupeaa syntymään. Tämä johtaa kappaleen lujuuksien runsaaseen heikkenemiseen. [1] Kuva 4: Atomirakenteiden muutokset eri vaiheissa Miksi erkautuskarkaisu varsinaisesti lujittaa valmistettua kappaletta? Yhteenveto Erkautuskarkaisumetodissa perusaineseokseen lisätään lisäainetta, jonka funktiona on lujittaa kappaletta. Varsinainen lujittava tekijä tällöin on lisäaineen lisäämä vastus, joka vaikeuttaa dislokaatioiden toteutumista varsinaisessa kappaleessa. Kun kappaleen sisällä olevat atomit eivät pääse liikkumaan kunnolla, dislokaatiot vähenevät ja näin ollen kappale on myös lujempi. Tämä tarkoittaa samalla sitä, että kappaleesta tulee hauraampi, sillä se ei enää salli samanlaisia. muodonmuutoksia Kuva 2: atomirakenne Erkautuskarkaisu on tehokas menetelmä erilaisten kappaleiden lujuusominaisuuksien parantamiseen. Erkautuskarkaisussa perusaineeseen on lisätty eri materiaalia olevaa lisäainetta jonka tarkoituksena on lisätä vastustavia voimia kappaleen sisällä vaikeuttaen dislokaatioiden tapahtumista. Eri kappaleiden materiaalit vaikuttavat suoraan erkautuskarkaisun eri vaiheissa tarvittaviin lämpötiloihin, joilla saavutetaan parhaat mahdolliset lujuusominaisuudet. Erkautuskarkaisu toteutetaan liuoshehkutuksen, sammutuksen ja vanhennuksen avulla. Liuoshehkutus käsittää kappaleen materiaalin tasaistuttamisen mahdollistaen homogeenisen kappaleen, sammutus lukitsee nämä paikoilleen, ja vanhennuksen avulla parannetaan vielä tätä lujuutta entisestään sekä poistetaan mahdolliset jännityspisteet kappaleesta, jotka mahdollisesti lisäävät muuten kappaleen haurautta. Erkaumia syntyy ja nämä myöskin vastustavat dislokaatioita. Miten Al-Cu-faasidiagrammia voidaan hyödyntää tässä lämpökäsittelyssä? Alumiinikupariseoksen faasidiagrammia voidaan hyödyntää tässä lämpökäsittelyssä optimoiden halutut lämpötilat liuoshehkutusta varten. Kuvasta 3 voimme todeta, että lämpötila johon alumiiniseos halutaan hehkuttaa on ~550 Celsiusasteen ympärillä silloin kun kuparin massaprosenttiosuus on yli viisi prosenttiyksikköä seoksessa. Diagrammista voidaan myös määrittää sopivat massaprosenttisuhteet lopulliseen seokseen ja niiden vaikutukset lujittumisprosessin aikana. Kuva 5: Kappale sammutuksen jälkeen ja seuraava kappale hehkuvana valmiina sammutusta varten [1] Valuatlas - [2] Materials Science and Engineering, An Introduction, Callister - ISBN-13: Kuva 3: Faasidiagrammi alumiinikupariseokselle Kuva 1: Uuni: Kuva 2: Atomirakenne: Kuva 3: Faasidiagrammi alumiinikupariseokselle: Kuva 4: Atomirakenteiden muutokset eri vaiheissa: Kuva 5: Sammutusallas: [Valuatlas] [ [Callister] [Callister] [Valuatlas]

5 Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos Juottaminen 43 Sn/57 Bi 200 C Juottaminen on metallien liittämistä toisiinsa juotosaineella, joka on metalli, jolla on alhaisempi sulamispiste kuin liitettävillä materiaaleilla. Tällöin siis vain juotosmateriaali sulaa, eivät liitettävät materiaalit. Juottamista ei pidä sekoittaa hitsaamiseen, jossa myös liitettävät aineet sulavat. Juottamista käytetään esimerkiksi elektroniikassa, missä metalliset pinnat liitetään toisiinsa yleensä tinapitoisella juotteella, tarkoituksena saada sähkö johtumaan pintojen välillä. Vaikka juotettavat materiaalit eivät itsessään sula, pintojen väliin muodostuu niin sanottua välimetallia, joka on seos juotettavien pintojen ja juotteen aineesta. Myös putkitöissä on käytetty juottamista: se on ollut keskeinen osa kupariputkien toisiinsa liittämisessä. Muitakin liitostapoja on jo keksitty, mutta juottaminen pitää pintansa, sillä se on edullisempi tapa suorittaa liittäminen kuin muut tavat. Juottaminen tapahtuu siihen tarkoitetulla työvälineellä, juottimella, jota sanotaan puhekielessä kolviksi. Sillä voi juottaa esimerkiksi yksittäisiä komponentteja tai johtimia toisiinsa kiinni. Kuva 1. Juottamista[4] Hyvä juotosmateriaali Hyvältä juotosmateriaalilta vaaditaan monia ominaisuuksia, mutta juottamisen vaatima liitettäviä materiaaleja alhaisempi sulamispiste pitää olla riittävästi alempi, jotta liitettävät materiaalit eivät sula pilaten juottamisen idean. Kun sulamispisteiden ero on riittävän suuri, juotoksen onnistuminen ei jää muutamista celciusasteista kiinni. Suosittuja juotosmateriaaleja ovat sinkki ja tina, joille yhteistä on metalliksi alhainen sulamispiste (Zn 420 C ja Sn 231 C). Niitä käytetään juotoksissa yleensä metallisekoituksina, tinaa esimerkiksi lyijynkin kanssa. Kuva 3. Eutektinen lamellirakenne [2] Tina Tina on hopeisen valkoinen metalli, joka on pehmeää ja taottavaa. Se on järjestysluvultaan 50. alkuaine. Tinaa väännettäessä sen kiderakenne hajoaa, jolloin siitä kuuluu korkea ääni. Normaaleissa olosuhteissa tina ei reagoi hapen eikä veden kanssa, eli sille ei tapahdu korroosiota. Vismutti Vismutti on ulkonäöltään tinan tapaista, ja on järjestysluvultaan 83. alkuaine. Sitä käytetään helposti sulavissa metalliseoksissa ja magneeteissa. Vismutilla on suuri sähkövastus ja metalleista elohopean jälkeen alhaisin lämmönjohtavuus. Tina-vismutti -seos Alla näkyvässä tina-vismutti juotosmetallin binäärisen seoksen eutektisen tasapainopiirroksen perusteella voidaan nähdä, että alhaisin mahdollinen eutektinen sulamispiste, joka on noin 140 C, löytyy kohdasta, jossa vismutin osuus seoksessa on hieman alle 60 p.%. Tehtävänannossa on määritetty seossuhteet 70 Sn/30 Bi, 43 Sn/57 Bi ja 20 Sn/80 Bi. Lukemalla tasapainopiirrosta voidaan todeta, että 70 Sn/30 Bi sijoittuu kuvaajassa melko vasemmalle, joten sen sulamispiste on melko korkea, yli 190 C, joten se ei vastaa ihanteellista juotetta riittävän hyvin. Seosuhteella 20 Sn/80 Bi joudutaan kuvaajalla taas liian oikealle, mikä tarkoittaa jälleen korkeaa sulamispistettä. Kuvaajalta voidaan lukea, että sen sulamispiste on jopa 200 C eli ylivoimaisesti huonoin vaihtoehdoista. Kun tutkitaan seossuhdetta 43 Sn/57 Bi, voidaan huomata, että se sijoittuu hyvin lähelle alhaisinta mahdollista sulamispistettä, eli eutektista sulamispistettä. Tarkemmalla tarkastelulla todettakoon, että se on juuri oikea seossuhde alhaisimman mahdollisen sulamispisteen saavuttamiseksi. Kahdensadan celsiusasteen lämpötilassa tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos on merkittävästi sulamispisteensä yläpuolella, joten se on täysin nestemäinen, homogeeninen seos. Tällöin siinä on vain yhtä faasia, mikä tarkoittaakin sen osuuden olevan tasan 100%. Kyseisessä faasissa on siis 43 p.% tinaa ja 57 p.% vismuttia. L(C E ) (C E ) + (C E ) Eutektinen reaktio 43 Sn/57 Bi 138 C 138 celsiusastetta on valitun tina-vismutti juotosmetallin eutektinen lämpötila, joten siinä tapahtuu niin sanottu eutektinen reaktio, joka on esitetty yllä. Faasit muuttuvat toisikseen koko ajan, mutta niiden suhde pysyy samana. Tästä voidaankin päätellä, että sulaa faasia tässä seoksessa on 50 p.%, kun taas kahta muuta faasia 25p.%. 43 Sn/57 Bi 25 C Kahdenkymmenenviiden celsiusasteen lämpötilassa on kahta faasia: ß Sn ja Bi. Näiden faasien osuudet saadaan laskettua lähteestä [2] opituilla kaavoilla, eli määritetään ensin faasien koostumukset lukemalla tasapainopiirrosta, minkä jälkeen voidaan niiden avulla laskea faasien suhteelliset määrät. C O 57 p.% Bi C ß Sn 3 p.% Bi C Bi 100 p.% Bi W ß Sn S R+S C Bi - C O C Bi C ß Sn p.% Kuten jo aiemmin on tullut todettua, juotosmateriaaliksi valinta sopii parhaiten alhaisimman sulamispisteensä ansiosta: sillä voi juottaa monenlaisia eri metalleja toisiinsa ilman pelkoa, että liitettävä metalli sulaa liian korkean lämpötilan vaikutuksesta. Myös jähmettyminen on puhtaampaa, kun homogeeninen sula seos jähmettyy kiinteäksi tinavismutti seokseksi. W Bi R R+S C O C ß Sn C Bi C ß Sn Kuva 2. Cu-Ag systeemi [2] Eutektinen jähmettyminen p.% Eutektisessa jähmettymisessä homogeeninen metallineste jakautuu tietyssä lämpötilassa kahdeksi kiinteäksi metallifaasiksi, joilla on keskenään erilainen koostumus. Tällöin reaktiosta jää pois niin sanottu puuroalue. Tämä vaatii siis sen, että sulan koostumus vastaa eutektisen pisteen koostumusta. Tällöin jähmettyminen pääsee tapahtumaan yhdessä lämpötilassa ilman puuroutumista, valikoivaa jähmettymistä tai mikrosuotautumista. Kun eutektinen jähmettyminen tapahtuu, on alussa vain sulaa. Sula jähmettyy nopeasti eri faaseihin, joten alkuaineiden tulee jakaantua nopeasti A-valtaisen ja B-valtaisen faasin välillä. Yllä olevassa kuvassa näkyy eutektinen lämpötila Cu-Ag systeemille, joka on siis systeemin alin mahdollinen sulamislämpötila T779 C. Tässä lämpötilassa 71,9 p.% hopeaa sisältävä seos pääsee jähmettymään eutektisesti ilman puuroaluetta. Kuva 2. Sn-Bi eutektinen tasapainopiirros [tehtävänanto] Saaduista tuloksista käy ilmi, että faasia ß Sn, jossa on 3 p.% vismuttia, on seoksessa prosentuaaliselta osuudeltaan 44 p.% ja faasia Bi, jossa on pelkkää vismuttia, on seoksessa prosentuaaliselta osuudeltaan 56 p.%. [1] [2] Callister, W.D. & Rethwisch, D.G.: Materials Science and Engineering [3] [4] [5] Hugh Shercliff and Mike Ashby: Teach Yourself: Phase Diagrams and Phase Transformations [6]

Tärkeitä tasapainopisteitä

Tärkeitä tasapainopisteitä Tietoa tehtävistä Tasapainopiirrokseen liittyviä käsitteitä Tehtävä 1 rajojen piirtäminen Tehtävä 2 muunnos atomi- ja painoprosenttien välillä Tehtävä 3 faasien koostumus ja määrät Tehtävä 4 eutektinen

Lisätiedot

Dislokaatiot - pikauusinta

Dislokaatiot - pikauusinta Dislokaatiot - pikauusinta Ilman dislokaatioita Kiteen teoreettinen lujuus ~ E/8 Dislokaatiot mahdollistavat deformaation Kaikkien atomisidosten ei tarvitse murtua kerralla Dislokaatio etenee rakeen läpi

Lisätiedot

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt Yksinkertaiset lämpökäsittelyt Pehmeäksihehkutus Nostetaan lämpötilaa Diffuusio voi tapahtua Dislokaatiot palautuvat Materiaali pehmenee Rekristallisaatio Ei ylitetä faasirajoja

Lisätiedot

Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta

Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta Tasapainopiirrokset Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta Binäärinen tasapaino Kiinteässä tilassa koostumuksesta riippuen kahta faasia Eutektisella koostumuksella ei puuroaluetta Faasiosuudet muuttuvat

Lisätiedot

Tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Lassi Vuorela Yhteystiedot:

Tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Lassi Vuorela Yhteystiedot: Tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Lassi Vuorela Yhteystiedot: lassi.vuorela@aalto.fi Juottaminen Juottamisessa on tarkoitus liittää kaksi materiaalia tai osaa niin, että sähkövirta kykenee

Lisätiedot

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1 Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1 A B B Piirroksen alue 1: Sularajan yläpuolella on seos aina täysin sula => yksifaasialue (L). Alueet 2 ja 5: Nämä ovat

Lisätiedot

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos Kon-67.3110 Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos Luennolta: Perustieto eri ilmiöistä Kirjoista: Syventävä tieto eri

Lisätiedot

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3 KJR-C2004 materiaalitekniikka Harjoituskierros 3 Tänään ohjelmassa 1. Tasapainopiirros 1. Tulkinta 2. Laskut 2. Faasimuutokset 3. Ryhmätyöt 1. Esitehtävän yhteenveto (palautetaan harkassa) 2. Ryhmätehtävä

Lisätiedot

Tina-vismutti seos juotosmetallina

Tina-vismutti seos juotosmetallina Tina-vismutti seos juotosmetallina Miikka Martikainen Juottaminen Juottaminen on metallien liitosmenetelmä, jossa kappaleet liitetään toisiinsa sulattamalla niiden väliin juotosainetta, eli juotetta. Juotteena

Lisätiedot

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka Kon-67.3110 Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka Luennolta: Perustieto eri ilmiöistä Kirjoista: Syventävä tieto eri ilmiöistä

Lisätiedot

Rauta-hiili tasapainopiirros

Rauta-hiili tasapainopiirros Rauta-hiili tasapainopiirros Teollisen ajan tärkein tasapainopiirros Tasapainon mukainen piirros on Fe-C - piirros, kuitenkin terästen kohdalla Fe- Fe 3 C -piirros on tärkeämpi Fe-Fe 3 C metastabiili tp-piirrosten

Lisätiedot

Terästen lämpökäsittelyn perusteita

Terästen lämpökäsittelyn perusteita Terästen lämpökäsittelyn perusteita Austeniitin nopea jäähtyminen Tasapainopiirroksen mukaiset faasimuutokset edellyttävät hiilen diffuusiota Austeniitin hajaantuminen nopeasti = ei tasapainon mukaisesti

Lisätiedot

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä Särmädislokaatio 2 Ruuvidislokaatio 3 Dislokaation jännitystila Dislokaatioiden vuorovaikutus Jännitystila aiheuttaa dislokaatioiden vuorovaikutusta

Lisätiedot

Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos

Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Riku Varje Yhteystiedot: riku.varje@aalto.fi Metallien liittämiseen on olemassa useita erilaisia keinoja. Eräs keino on esimerkiksi erilaisten mekaanisten

Lisätiedot

Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia Korkealämpötilakemia Binääriset tasapainopiirrokset To 30.10.2017 klo 8-10 SÄ114 Tavoite Oppia lukemaan ja tulkitsemaan binäärisiä tasapainopiirroksia 1 Sisältö Hieman kertausta - Gibbsin vapaaenergian

Lisätiedot

Deformaatio. Kiteen teoreettinen lujuus: Todelliset lujuudet lähempänä. σ E/8. σ E/1000

Deformaatio. Kiteen teoreettinen lujuus: Todelliset lujuudet lähempänä. σ E/8. σ E/1000 Deformaatio Kertaus Deformaatio Kiteen teoreettinen lujuus: σ E/8 Todelliset lujuudet lähempänä σ E/1000 3 Dislokaatiot Mekanismi, jossa deformaatio mahdollista ilman että kaikki atomisidokset murtuvat

Lisätiedot

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 1 - Luento 4 Tavoite Oppia tulkitsemaan 2-komponenttisysteemien faasipiirroksia 1 Binääriset

Lisätiedot

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla Vapaa energia ja tasapainopiirros Allotropia - Metalli omaksuu eri lämpötiloissa eri kidemuotoja. - Faasien vapaat

Lisätiedot

Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti

Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti Fe 3 C F = Bainiitti (B) C ehtii diffundoitua lyhyitä matkoja. A A A A Lämpötila laskee è Austeniitti Ferriitti Austeniitti => ferriitti muutos : atomit siirtyvät

Lisätiedot

Luento 2. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Luento 2. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto Luento 2 Kon-67.3110 Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto Rauta-hiili -tasapainopiirros Honeycombe & Bhadeshia s. 30-41. Uudistettu Miekk oj s. 268-278. Rauta (Fe)

Lisätiedot

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa: Lämpötila (Celsius) Luento 9: Termodynaamisten tasapainojen graafinen esittäminen, osa 1 Tiistai 17.10. klo 8-10 Termodynaamiset tasapainopiirrokset Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään

Lisätiedot

Metallit jaksollisessa järjestelmässä

Metallit jaksollisessa järjestelmässä Metallit Metallit käytössä Metallit jaksollisessa järjestelmässä 4 Metallien rakenne Ominaisuudet Hyvin muokattavissa, muovattavissa ja työstettävissä haluttuun muotoon Lujia Verraten korkea lämpötilan

Lisätiedot

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset 0.10 %Nb 0.08 NbC:n liukoisuus austeniitissa γ + NbC 1200 C 0.06 0.04 1100 C 0.02 0 γ 0 0.05 0.1 0.15 0.2 %C Tyypillinen C - Nb -yhdistelmä NbC alkaa erkautua noin 1000

Lisätiedot

Mak Materiaalitieteen perusteet

Mak Materiaalitieteen perusteet Mak-45.310 tentit Mak-45.310 Materiaalitieteen perusteet 1. välikoe 24.10.2000 1. Vertaile ionisidokseen ja metalliseen sidokseen perustuvien materiaalien a) sähkönjohtavuutta b) lämmönjohtavuutta c) diffuusiota

Lisätiedot

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia 1 Ultralujien terästen hitsausmetallurgia CASR-Steelpolis -seminaari Oulun yliopisto 16.5.2012 Jouko Leinonen Nostureita. (Rautaruukki) 2 Puutavarapankko. (Rautaruukki) 3 4 Teräksen olomuodot (faasit),

Lisätiedot

Metallurgian perusteita

Metallurgian perusteita Metallurgian perusteita Seija Meskanen, Teknillinen korkeakoulu Pentti Toivonen, Teknillinen korkeakoulu Korkean laadun saavuttaminen edellyttää sekä rauta että teräsvalujen tuotannossa tiukkaa prosessikuria

Lisätiedot

Hakemisto. C CCT-käyrä... ks. S-käyrä CVD-pinnoitus...ks. kaasufaasipinnoitus

Hakemisto. C CCT-käyrä... ks. S-käyrä CVD-pinnoitus...ks. kaasufaasipinnoitus A A 1-lämpötila... 17 A 3-lämpötila... 17 Abrasiivinen kuluminen... 110 A cm-lämpötila... 17 Adhesiivinen kitka... 112 Adhesiivinen kuluminen... 110 ADI... ks. ausferriittinen pallografiittivalurauta Adusointi...

Lisätiedot

Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia Korkealämpötilakemia Useamman komponentin tasapainopiirrokset To 7.12.2017 klo 8-10 SÄ114 Tavoite Oppia lukemaan ja tulkitsemaan ternäärisiä tasapainopiirroksia 1 Sisältö Ternääriset tasapainopiirrokset

Lisätiedot

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen KEMA221 2009 PUHTAAN AINEEN FAASIMUUTOKSET ATKINS LUKU 4 1 PUHTAAN AINEEN FAASIMUUTOKSET Esimerkkejä faasimuutoksista? Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen Faasi = aineen

Lisätiedot

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET 1 RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET 3.11.2013 Seuraavasta aineistosta kiitän Timo Kauppia Kemi-Tornio Ammattikorkeakoulu 2 RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET Ruostumattomat teräkset ovat standardin SFS EN 10022-1 mukaan seostettuja

Lisätiedot

Luento 5 Hiiliteräkset

Luento 5 Hiiliteräkset Luento 5 Hiiliteräkset Hiiliteräkset Rauta (

Lisätiedot

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä Särmädislokaatio 2 Ruuvidislokaatio 3 Dislokaatioiden ominaisuuksia Eivät ala/lopu tyhjästä, vaan: muodostavat ympyröitä alkavat/loppuvat raerajoille,

Lisätiedot

Mak Sovellettu materiaalitiede

Mak Sovellettu materiaalitiede .106 tentit Tentti 21.5.1997 1. Rekristallisaatio. 2. a) Mitkä ovat syyt metalliseosten jähmettymisen yhteydessä tapahtuvalle lakimääräiselle alijäähtymiselle? b) Miten lakimääräinen alijäähtyminen vaikuttaa

Lisätiedot

Puhtaat aineet ja seokset

Puhtaat aineet ja seokset Puhtaat aineet ja seokset KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Määritelmä: Puhdas aine sisältää vain yhtä alkuainetta tai yhdistettä. Esimerkiksi rautatanko sisältää vain Fe-atomeita ja ruokasuola vain NaCl-ioniyhdistettä

Lisätiedot

KOVAJUOTTEET 2009. Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet. www.somotec.fi

KOVAJUOTTEET 2009. Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet. www.somotec.fi KOVAJUOTTEET 2009 fosforikupari hopea messinki alumiini juoksutteet Somotec Oy www.somotec.fi SISÄLLYSLUETTELO FOSFORIKUPARIJUOTTEET Phospraz AG 20 Ag 2% (EN 1044: CP105 ). 3 Phospraz AG 50 Ag 5% (EN 1044:

Lisätiedot

Esipuhe. Helsingissä heinäkuussa 2004 Lämpökäsittelyn toimialaryhmä Teknologiateollisuus ry

Esipuhe. Helsingissä heinäkuussa 2004 Lämpökäsittelyn toimialaryhmä Teknologiateollisuus ry Lämpökäsittelyoppi Esipuhe Metallit ovat kiehtova materiaaliryhmä erityisesti siksi, että niiden ominaisuudet ovat muunneltavissa hyvin laajasti. Metalleja voidaan seostaa keskenään, mutta ennen kaikkea

Lisätiedot

Pehmeä magneettiset materiaalit

Pehmeä magneettiset materiaalit Pehmeä magneettiset materiaalit Timo Santa-Nokki Pehmeä magneettiset materiaalit Johdanto Mittaukset Materiaalit Rauta-pii seokset Rauta-nikkeli seokset Rauta-koboltti seokset Amorfiset materiaalit Nanomateriaalit

Lisätiedot

Valurauta ja valuteräs

Valurauta ja valuteräs Valurauta ja valuteräs Seija Meskanen Teknillinen korkeakoulu Tuula Höök Tampereen teknillinen yliopisto Valurauta ja valuteräs ovat raudan (Fe), hiilen (C), piin (Si) ja mangaanin (Mn) sekä muiden seosaineiden

Lisätiedot

SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA.

SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA. 1 HITSAVONIA PROJEKTI Teemapäivä 13.12.2005. DI Seppo Vartiainen Savonia-amk/tekniikka/Kuopio SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA. 1. Hitsiaine

Lisätiedot

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10 Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko 25.10 klo 8-10 Jokaisesta oikein ratkaistusta tehtävästä voi saada yhden lisäpisteen. Tehtävä, joilla voi korottaa kotitehtävän

Lisätiedot

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 1 - Luento 5 Tavoite Oppia tulkitsemaan 3-komponenttisysteemien faasipiirroksia

Lisätiedot

Luento 3. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Luento 3. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto Luento 3 Kon-67.3110 Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto Seosaineiden liuoslujittava vaikutus ferriittiin Seosaineiden vaikutus Fe-C tasapainopiirrokseen Honeycombe

Lisätiedot

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016 PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016 Emppu Salonen Prof. Peter Liljeroth Viikko 6: Faasimuutokset Maanantai 5.12. Kurssin aiheet 1. Lämpötila ja lämpö 2. Työ ja termodynamiikan 1. pääsääntö 3. Lämpövoimakoneet

Lisätiedot

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA! ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA! Luento 14.9.2015 / T. Paloposki / v. 03 Tämän päivän ohjelma: Aineen tilan kuvaaminen pt-piirroksella ja muilla piirroksilla, faasimuutokset Käsitteitä

Lisätiedot

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä. FAASIDIAGRAMMIT Määritelmiä Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä. Esimerkkejä: (a) suolaliuos (P=1),

Lisätiedot

Teräkset Kon-67.3110 kurssi Tekn. tri Kari Blomster LÄMPÖKÄSITTELY KARKAISUT 10.3.2015. Karkaisu ja päästö

Teräkset Kon-67.3110 kurssi Tekn. tri Kari Blomster LÄMPÖKÄSITTELY KARKAISUT 10.3.2015. Karkaisu ja päästö 1 Teräkset Kon-67.3110 kurssi Tekn. tri Kari Blomster LÄMPÖKÄSITTELY KARKAISUT 10.3.2015 Karkaisu ja päästö Teräs kuumennetaan austeniittialueelleen (A), josta se jäähdytetään nopeasti (sammutetaan) nesteeseen,

Lisätiedot

Metallit 2005. juha.nykanen@tut.fi

Metallit 2005. juha.nykanen@tut.fi Metallit 2005 juha.nykanen@tut.fi Aikataulu Pe 2.9.2005 Pe 9.9.2005 Pe 16.9.2005 Pe 23.9.2005 Pe 10.9.2005 Pe 8.10.2005 Valurauta Valurauta ja teräs Teräs Teräs ja alumiini Magnesium ja titaani Kupari,

Lisätiedot

Juottaminen J O H D A N T O... D 1. 2. J u o k s u t t e e n v a l i n t a t a u l u k k o... D 1. 3

Juottaminen J O H D A N T O... D 1. 2. J u o k s u t t e e n v a l i n t a t a u l u k k o... D 1. 3 J O H D A N T O.......................................... D 1. 2 J u o k s u t t e e n v a l i n t a t a u l u k k o............... D 1. 3 I M P O W E L D, C H E M E T, F E L D E R j a S T E L L A - j

Lisätiedot

Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset Kon-67.3401 Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset Säteilyhaurastuminen Reaktoripaineastia ja sisukset 12/3/2015 3

Lisätiedot

Valurautojen lämpökäsittelyt. SVY opintopäivät Kaisu Soivio

Valurautojen lämpökäsittelyt. SVY opintopäivät Kaisu Soivio Valurautojen lämpökäsittelyt SVY opintopäivät 3.2.2017 Kaisu Soivio Moventas lyhyesti Moventas on yksi johtavista tuulivoimavaihteiden valmistajista Ensimmäinen tuulivoimavaihde toimitettu 1980, asennuskanta

Lisätiedot

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet Laskuharjoitus 18.9.2017, Materiaalien ominaisuudet Tämä harjoitus ei ole arvioitava, mutta tämän tyyppisiä tehtäviä saattaa olla tentissä. Tehtävät perustuvat kurssikirjaan.

Lisätiedot

Juottamista ei siis kannata harjoitella varsinaisessa oppilastyössä, vaan juotosharjoittelu on parempi tehdä erillisellä harjoituspiirilevyllä.

Juottamista ei siis kannata harjoitella varsinaisessa oppilastyössä, vaan juotosharjoittelu on parempi tehdä erillisellä harjoituspiirilevyllä. Juotosharjoitus. Mikko Esala, Veikko Pöyhönen Juotettaessa piirilevyn kuparifolion, johtimen ja juotteen väliin muodostuu ohut välimetallikerros, joka kiinnittää piirilevyn kuparijohtimen ja komponentin

Lisätiedot

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011 Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011 1. Systeemin käyttäytymistä faasirajalla kuvaa Clapeyronin yhtälönä tunnettu keskeinen relaatio dt = S m. (1 V m Koska faasitasapainossa reaktion Gibbsin

Lisätiedot

Fysikaaliset ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet Fysikaaliset ominaisuudet Ominaisuuksien alkuperä Mistä materiaalien ominaisuudet syntyvät? Minkälainen on materiaalin rakenne? Onko rakenteellisesti samankaltaisilla materiaaleilla samankaltaiset ominaisuudet?

Lisätiedot

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 2

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 2 KJR-C2004 materiaalitekniikka Harjoituskierros 2 Pienryhmäharjoitusten aiheet 1. Materiaaliominaisuudet ja tutkimusmenetelmät 2. Metallien deformaatio ja lujittamismekanismit 3. Faasimuutokset 4. Luonnos:

Lisätiedot

Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia Korkealämpötilakemia Gibbsin faasisääntö, kuvaajien laadinta sekä1-komponenttipiirrokset To 23.11.2017 klo 8-10 SÄ114 Tavoite Tutustua faasipiirrosten kokeelliseen ja laskennalliseen laadintaan ja siten

Lisätiedot

Esitiedot. Valuraudat. Esitiedot. Esitiedot

Esitiedot. Valuraudat. Esitiedot. Esitiedot Esitiedot Valuraudat juha.nykanen@tut.fi Mistä tulevat nimitykset valkoinen valurauta ja harmaa valurauta? Miten ja miksi niiden ominaisuudet eroavat toisistaan? Miksi sementiitti on kovaa ja haurasta?

Lisätiedot

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä

kuonasula metallisula Avoin Suljettu Eristetty S / Korkealämpötilakemia Termodynamiikan peruskäsitteitä Termodynamiikan peruskäsitteitä The Laws of thermodynamics: (1) You can t win (2) You can t break even (3) You can t get out of the game. - Ginsberg s theorem - Masamune Shirow: Ghost in the shell Systeemillä

Lisätiedot

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016 PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016 Emppu Salonen Lasse Laurson Toni Mäkelä Arttu Lehtinen Luento 6: Vapaaenergia Pe 11.3.2016 1 AIHEET 1. Kemiallinen potentiaali 2. Maxwellin

Lisätiedot

Ennekuin aloitat juottamisen:

Ennekuin aloitat juottamisen: Metallijuotos Yleistä Juottaminen eli juotto, on metallikappaleiden liitämistä toisiinsa sulattamalla niiden väliin metallia tai metalliseosta. Sulatettavan juotosmetallin, eli juotteen sulamislämpötilan

Lisätiedot

Kokillivalu (Permanent mold casting) Jotain valimistusmenetelmiä. Painevalu (Diecasting) Painevalu

Kokillivalu (Permanent mold casting) Jotain valimistusmenetelmiä. Painevalu (Diecasting) Painevalu Jotain valimistusmenetelmiä Kokillivalu (Permanent mold casting) Muottina käytetään usein valurautaa, jonka pinta on päällystetty lämpökestävällä materiaalilla (savi, natriumsilikaatti). Muotit esilämmitetään

Lisätiedot

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI VESI KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Johdantoa: Vesi on elämälle välttämätöntä. Se on hyvä liuotin, energian ja aineiden siirtäjä, lämmönsäätelijä ja se muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä poikkeuksellisen

Lisätiedot

Korkealämpötilakemia

Korkealämpötilakemia 1.11.217 Korkealämpötilakemia Standarditilat Ti 1.11.217 klo 8-1 SÄ11 Tavoite Tutustua standarditiloihin liuosten termodynaamisessa mallinnuksessa Miksi? Millaisia? Miten huomioidaan tasapainotarkasteluissa?

Lisätiedot

782630S Pintakemia I, 3 op

782630S Pintakemia I, 3 op 782630S Pintakemia I, 3 op Ulla Lassi Puh. 0400-294090 Sposti: ulla.lassi@oulu.fi Tavattavissa: KE335 (ma ja ke ennen luentoja; Kokkolassa huone 444 ti, to ja pe) Prof. Ulla Lassi Opintojakson toteutus

Lisätiedot

I. Lämpökäsittely. I.1 Miksi? Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto. Valukappaleita lämpökäsitellään seuraavista syistä:

I. Lämpökäsittely. I.1 Miksi? Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto. Valukappaleita lämpökäsitellään seuraavista syistä: I. Lämpökäsittely Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto Kuva 284. Lämpökäsittelyhehkutus tapahtunut, uunin ovi aukaistu I.1 Miksi? Valukappaleita lämpökäsitellään seuraavista syistä: poistetaan ei-toivottuja

Lisätiedot

Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Niobi-titaani seoksia Nb-46.5Ti Nb-50Ti Nb-65Ti

Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Niobi-titaani seoksia Nb-46.5Ti Nb-50Ti Nb-65Ti Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila Pb 7.3 Nb 9.3 Nb-Ti 8.9-9.3 Nb 3 Sn 18 Nb 3 Ge 23 NbN 16-18 PbMo 6 S 8 14-15 YBa 2 Cu 3 O 7 92 2 Niobi-titaani seoksia Nb-46.5Ti Nb-50Ti Nb-65Ti Sulatus kahteen

Lisätiedot

TYÖVÄLINEIDEN KARKAISU

TYÖVÄLINEIDEN KARKAISU TYÖVÄLINEIDEN KARKAISU 12 bar 10 bar 10 bar Pakkaskarkaisu Teräksen karkaisun yhteydessä tehtävää kylmäkäsittelyä on perinteisesti kutsuttu pakkaskarkaisuksi. Pakkaskarkaisu tarkoittaa sitä että karkaisuhehkutuksen

Lisätiedot

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin. KERTAUSKOE, KE1, SYKSY 2013, VIE Tehtävä 1. Kirjoita kemiallisia kaavoja ja olomuodon symboleja käyttäen seuraavat olomuodon muutokset a) etanolin CH 3 CH 2 OH höyrystyminen b) salmiakin NH 4 Cl sublimoituminen

Lisätiedot

Jotain valimistusmenetelmiä

Jotain valimistusmenetelmiä Jotain valimistusmenetelmiä Kokillivalu (Permanent mold casting) Muottina käytetään usein valurautaa, jonka pinta on päällystetty lämpökestävällä materiaalilla (savi, natriumsilikaatti). Muotit esilämmitetään

Lisätiedot

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan? 2.1 Kolme olomuotoa Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan? pieni energia suuri energia lämpöä sitoutuu = endoterminen lämpöä vapautuu = eksoterminen (endothermic/exothermic)

Lisätiedot

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit 1 PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka, kevät 2017 Emppu Salonen 1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit 1.1 Suurin mahdollinen hyödyllinen työ Tähän mennessä olemme tarkastelleet sisäenergian

Lisätiedot

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt Physica 9 1. painos 1(7) : 12.1 a) Lämpö on siirtyvää energiaa, joka siirtyy kappaleesta (systeemistä) toiseen lämpötilaeron vuoksi. b) Lämpöenergia on kappaleeseen (systeemiin) sitoutunutta energiaa.

Lisätiedot

Tuukka Yrttimaa. Vaurioituminen. Sitkeä- ja haurasmurtuma. Brittle and Ductile Fracture

Tuukka Yrttimaa. Vaurioituminen. Sitkeä- ja haurasmurtuma. Brittle and Ductile Fracture Tuukka Yrttimaa Vaurioituminen Sitkeä- ja haurasmurtuma Brittle and Ductile Fracture Sitkeä- ja haurasmurtuma Metallin kyky plastiseen deformaatioon ratkaisee murtuman luonteen (kuva 1) [3] Murtumaan johtaa

Lisätiedot

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko 13.9. klo 8-10 477401A - ermodynaamiset tasapainot (Syksy 2017) ermodynamiikan käsitteitä - Systeemi Eristetty - suljettu - avoin Homogeeninen - heterogeeninen

Lisätiedot

Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila

Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila Suprajohteet Suprajohteet Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila Pb 7.3 Nb 9.3 Nb-Ti 8.9-9.3 Nb 3 Sn 18 Nb 3 Ge 23 NbN 16-18 PbMo 6 S 8 14-15 YBa 2 Cu 3 O 7 92 2 Suprajohteet Niobi-titaani seoksia Nb-46.5Ti

Lisätiedot

FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET. www.polarputki.fi

FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET. www.polarputki.fi FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET www.polarputki.fi Polarputken valikoimaan kuuluvat myös ruostumattomat ja haponkestävät tuotteet. Varastoimme saumattomia ja hitsattuja putkia, putkenosia sekä muototeräksiä.

Lisätiedot

781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op)

781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op) 781611S KIINTEÄN OLOMUODON KEMIA (4 op) ma ti ke to pe 12.9. klo 12-14 19.9. klo 12-14 26.9. klo 12-14 3.10. klo 12-14 KE351 10.10. klo 12-14 17.10. klo 12-14 24.10. klo 12-14 31.10. klo 12-14 KE351 14.9.

Lisätiedot

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit. Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit www.outokumpu.com Johdanto Tuotantokaavio AOD-konvertteri AOD Senkka-asema SA Yhteenveto Ruostumaton teräs Ruostumaton teräs koostuu

Lisätiedot

Mikä on ruostumaton teräs? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Mikä on ruostumaton teräs? Fe Cr > 10,5% C < 1,2% Cr > 10,5% C < 1,2% Mikä on ruostumaton teräs? Rautaseos, johon on seostettu 10,5 % kromia ja 1,2 % hiiltä. Seostuksen ansiosta ruostumattomaan teräkseen muodostuu korroosiolta suojaava sekä itsekorjautuva

Lisätiedot

Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset

Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset Jukka Sorjonen sorjonen.jukka@gmail.com 8. helmikuuta 2017 Jukka Sorjonen (Jyväskylän Normaalikoulu) Aineen olomuodot ja olomuodon muutokset 8. helmikuuta 2017 1

Lisätiedot

Ratkaisu. Tarkastellaan aluksi Fe 3+ - ja Fe 2+ -ionien välistä tasapainoa: Nernstin yhtälö tälle reaktiolle on:

Ratkaisu. Tarkastellaan aluksi Fe 3+ - ja Fe 2+ -ionien välistä tasapainoa: Nernstin yhtälö tälle reaktiolle on: Esimerkki Pourbaix-piirroksen laatimisesta Laadi Pourbaix-piirros, jossa on esitetty metallisen ja ionisen raudan sekä raudan oksidien stabiilisuusalueet vesiliuoksessa 5 C:een lämpötilassa. Ratkaisu Tarkastellaan

Lisätiedot

Kon Teräkset Harjoituskierros 6.

Kon Teräkset Harjoituskierros 6. Kon-67.3110 Teräkset Harjoituskierros 6. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka Viikkoharjoitus #6 - kysymykset Mitä on karkaisu? Miten karkaisu suunnitellaan?

Lisätiedot

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250 Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250 Kemiallinen tasapaino Kaksisuuntainen reaktio Eteenpäin menevän reaktion reaktionopeus = käänteisen reaktion reaktionopeus Näennäisesti muuttumaton lopputilanne=>

Lisätiedot

Lyijyttömät juotokset Weller-työkaluilla

Lyijyttömät juotokset Weller-työkaluilla Lyijyttömät juotokset Weller-työkaluilla Miksi lyijytön? Euroopan yhteisön lakien mukaan juotoksissa sallitaan 1.7.2006 alkaen ainoastaan lyijyttömän tinan käyttö. Muuttuvan lainsäädännön perusteena ovat

Lisätiedot

12. Erilaiset liitoskohdat ja risteykset

12. Erilaiset liitoskohdat ja risteykset 12. Erilaiset liitoskohdat ja risteykset Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Liitoskohdat ja risteykset aiheuttavat valukappaleen rakenteelle monia vaatimuksia mm. tiiveyden ja jännitysten syntymisen estämisessä.

Lisätiedot

Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen

Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2015 Teema 1 - Luento 6 Tavoite Oppia muutamien esimerkkien avulla tarkastelemaan monikomponenttisysteemien

Lisätiedot

Metalliseokset. Alumiiniseokset. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök

Metalliseokset. Alumiiniseokset. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök Metalliseokset Seija Meskanen Teknillinen korkeakoulu Tuula Höök Tampereen teknillinen yliopisto Alumiiniseokset Eri tavoin seostettu alumiini sopii kaikkiin yleisimpiin valumenetelmiin. Alumiiniseoksia

Lisätiedot

Stipendiaattityöt Jyväskylän yliopiston kemian laitos

Stipendiaattityöt Jyväskylän yliopiston kemian laitos Stipendiaattityöt Jyväskylän yliopiston kemian laitos Juha Siitonen 14. Elokuuta 2011 Alkuaineita jos tunne sä et Niiden kykyjä vähättelet minaisuudet peittelet Turha sun on koittaa Sieluja voittaa Goethe

Lisätiedot

Metallin rakenteen mallintaminen

Metallin rakenteen mallintaminen Metallin rakenteen mallintaminen Seppo Louhenkilpi Aalto yliopisto, metallurgia Oulun yliopisto, prosessimetallurgia Lämpökäsittely- ja takomopäivät 10.-11.10.2017 Sisältö/tausta Esittelen pääasiassa ns.

Lisätiedot

Aineen magneettinen luonne mpötilan vaikutus magnetoitumaan

Aineen magneettinen luonne mpötilan vaikutus magnetoitumaan Aineen magneettinen luonne ja lämpl mpötilan vaikutus magnetoitumaan Jaana Knuuti-Lehtinen 3.4.2009 2.4.20092009 1 Johdanto Magnetoitumisilmiö Mistä johtuu? Mitä magnetoitumisessa tapahtuu? Magneettiset

Lisätiedot

Valujen lämpökäsittely

Valujen lämpökäsittely Valujen lämpökäsittely Lämpökäsittelyillä muutetaan materiaalin ominaisuuksia, lujuutta, sitkeyttä ja työstettävyyttä. Lämpökäsiteltävyyden ja lämpökäsittelyn käytön suhteen materiaalit voidaan jakaa ryhmiin

Lisätiedot

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ] 766328A Termofysiikka Harjoitus no. 7, ratkaisut (syyslukukausi 2014) 1. Sylinteri on ympäristössä, jonka paine on P 0 ja lämpötila T 0. Sylinterin sisällä on n moolia ideaalikaasua ja sen tilavuutta kasvatetaan

Lisätiedot

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä Fritz Haber huomasi ammoniakkisynteesiä kehitellessään, että olosuhteet vaikuttavat ammoniakin määrään tasapainoseoksessa. Hän huomasi,

Lisätiedot

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH Muita lämpökoneita Nämäkin vaativat työtä toimiakseen sillä termodynamiikan toinen pääsääntö Lämpökoneita ovat lämpövoimakoneiden lisäksi laitteet, jotka tekevät on Clausiuksen mukaan: Mikään laite ei

Lisätiedot

UDDEHOLM UNIMAX 1 (5) Yleistä. Käyttökohteet. Mekaaniset ominaisuudet. Ominaisuudet. Fysikaaliset ominaisuudet

UDDEHOLM UNIMAX 1 (5) Yleistä. Käyttökohteet. Mekaaniset ominaisuudet. Ominaisuudet. Fysikaaliset ominaisuudet 1 (5) Yleistä Uddeholm Unimax on kromi/molybdeeni/vanadiini - seosteinen muovimuottiteräs, jonka ominaisuuksia ovat: erinomainen sitkeys kaikissa suunnissa hyvä kulumiskestävyys hyvä mitanpitävyys lämpökäsittelyssä

Lisätiedot

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella. S-114.42, Fysiikka III (S 2. välikoe 4.11.2002 1. Yksi mooli yksiatomista ideaalikaasua on alussa lämpötilassa 0. Kaasu laajenee tilavuudesta 0 tilavuuteen 2 0 a isotermisesti, b isobaarisesti ja c adiabaattisesti.

Lisätiedot

Metallit 2005. juha.nykanen@tut.fi

Metallit 2005. juha.nykanen@tut.fi Metallit 2005 juha.nykanen@tut.fi Lämpökäsittely Austenointi tehdään hyvin korkeassa lämpötilassa verrattuna muihin teräksiin Liian korkea lämpötila tai liian pitkä aika voivat aiheuttaa vetelyjä, rakeenkasvua,

Lisätiedot

LUJIEN TERÄSTEN HITSAUSMETALLURGIA

LUJIEN TERÄSTEN HITSAUSMETALLURGIA 1 LUJIEN TERÄSTEN HITSAUSMETALLURGIA Jouko Leinonen Oulun yliopisto Konetekniikan osasto Lujien terästen mahdollisuudet ja tekniikka -seminaari Raahe 29.3.2011 2 Lujien terästen sovelluskohteita Nosturit

Lisätiedot

Ellinghamin diagrammit

Ellinghamin diagrammit Ellinghamin diagrammit Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2015 Teema 1 - Luento 2 Tavoite Oppia tulkitsemaan (ja laatimaan) vapaaenergiapiirroksia eli Ellinghamdiagrammeja 1 Tasapainopiirrokset

Lisätiedot

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut: MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut: 1 Funktio 1.1 Piirretään koordinaatistoakselit ja sijoitetaan pisteet: 1 1. a) Funktioiden nollakohdat löydetään etsimällä kuvaajien ja - akselin leikkauspisteitä.

Lisätiedot