Metallit

Transkriptio

1 Metallit 2005

2 Kertaus Luento 2 Raudan valmistus Teräksen valmistus Standardit Teräksen mikrorakenteet (ferriitti, perliitti, bainiitti, martensiitti) 2

3 Karkaisu ja päästö Muutama vuosi historiaa Miekat valmistettiin aikanaan (noin ekr.) takoraudasta, joka valmistetaan kiinteässä tilassa pelkistetystä rautamalmista (rautasienestä) hehkuttamalla ja takomalla Pienen hiilipitoisuuden takia takorauta on pehmeää ja hyvä laatuinen pronssi voi jopa parempaa Takomalla rautaa useita kertoja saadaan siittä kovempaa ja lujempaa Hiilipitoisuus nousee kun takorautaa kuumennetaan hehkuvissa hiilissä Perliitin osuus mikrorakenteessa kasvaa 3

4 Karkaisu ja päästö Muutama vuosi historiaa Kuuman kappaleen kastaminen veteen nostaa lujuutta Karkaistu rakenne oli kuitenkin hauras. Hauraus hävisi kun kappale kuumennettiin matalaan lämpötilaan ja jäähdytettiin hitaasti Vähän taotun miekan (niukkahiilisen) lujuus ei nouse nopeassa jäähdytyksessä 4 Hefaistos, tulen ja seppien jumala: 500 ekr

5 Hiilipitoisuuden vaikutus 5

6 Terästen luokittelua Hidas jäähtyminen Yleiset rakenneteräkset Koneteräkset Automaattiteräkset Paineastiateräkset Laivanrakennusteräkset Ohutlevy- ja putkiteräkset (muovattavuus) Hienoraeteräkset Säänkestävät teräkset Seostamattomat valuteräkset Niukkaseosteiset kuumalujat teräkset jne. Nopea jäähtyminen Koneteräkset Hienoraeteräkset Nuorrutusteräkset Hiiletysteräkset Induktiokarkaistavat teräkset Työkaluteräkset Jne. 6

7 Karkaisun vaiheet Austenointi Tarkoituksena kasvattaa austeniitin hiilipitoisuutta Jos austenointi tehdään liian nopeasti tai liian matalassa lämpötilassa, ei austeniitin hiilipitoisuuden ehdi nousta riittävän korkealle Lämpötila Alieutektoidisilla teräksillä C A 3 -rajan yläpuolella Ylieutektoidisilla C A 1 -rajan yläpuolella Aika Hiilen liukenemisnopeus vaihtelee karbidin rakenteesta riippuen. Sementiitti liukenee nopeammin kuin esimerkiksi molybdeeniä sisältävä erikoiskarbidi. 7

8 8

9 Kuva 1 Alkutilanne Ferriitti + sementiitti Kuva 2 5s 746 C nopea jähdytys Ferriitti + sementiitti + martensiitti Kuva 3 15s 746 C nopea jähdytys Ferriitti + sementiitti + martensiitti 1 2 Kuva 4 60s 746 C nopea jähdytys Sementiitti + martensiitti Lähde Edgar C. Bain: The Alloying Elements in Steel ac.uk/phasetrans/2004/bain.alloyin g/ecbain.html 3 4 9

10 Karkaisun vaiheet Sammutuksen tarkoituksena on estää austeniitin tasapainon mukainen hajaantuminen ferriitiksi ja perliitiksi tai bainiitiksi. Kun lämpötila alittaa tietyn kriittisen arvon (M s lämpötila), austeniitti ei hajaannu, vaan muuttuu martensiitiksi M s = C Ni + 15 Cr Mo C C Mn C Cr M s = C - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo - 33 Mn Sitä lämpötilaa, jossa kaikki austeniitti on muuttunut martensiitiksi kutsutaan M f -lämpötilaksi M f lämpötila voi olla huoneen lämpötilan alapuolella, jolloin kaikki austeniitti ei hajaannu, vaan rakenteeseen jää jäännösausteniittia 10

11 11

12 Karkenevuus Karkenevuus kuvaa teräkseen karkaisussa syntyvän kovuuden syvyysjakaumaa Jos kovuus kappaleen sisällä on lähes sama kuin pinnalla, on teräs syvään karkeneva Jos kovuus kappaleen sisällä on matala pintaan nähden on teräs huonosti karkeneva Karkenevuus ei ota kantaa karkaisussa syntyvän martensiitin kovuuteen Siihen siis vaikutti hiilipitoisuus Tosin jos martensiittia on paljon on kovuus suurempi, mutta pienellä hiilipitoisuudella martensiitin maksimikovuus on matala 12

13 Karkenevuus Tärkeimmät karkenevuuteen vaikuttavat tekijät ovat Koostumus Austenointilämpötila Austeniitin suuri raekoko kasvattaa karkenevuutta (mutta heikentää iskusitkeyttä) Karkenevuutta voi heikentää Austenoinnin aikana liukenematta jääneet karbidit, sillä ne laskevat austeniitin hiili- ja seosainepitoisuutta ja toimivat muiden faasien kuin martensiitin ydintymiskohtina Suuri karkenevuus ei ole kaikissa tapauksissa ole hyödyllistä Jos ainoastaan pinnan pitää olla kova, voi liian syvä karkeneminen aiheuttaa jäännösjännityksiä ja säröjen syntymistä 13

14 Karkenuustestit Läpikarkenevuus Tarkastelun kohteena olevalle tangolle (koostumus ja halkaisija) tehdään karkaisukoe halutuilla parametreillä Tangosta valmistetaan poikkileikkaushie Kiillotettu pinta syövytetään, jolloin 50% martensiittipitoisuus näkyy vaaleana alueena (etsi kuva) Tangon katsotaan läpikarenneen jos keskiosan martensiittipitoisuus on vähintään 50% 14

15 Karkenuustestit Jominin koe Normalisoitu tanko austenoidaan ja jäähdytetään vesisuihkulla toiselta otsapinnalta. Tankon pinta hiotaan kovuusprofiilin mittausta varten Tarkemmat tiedot standardista ASTM A 255 Muita testejä Hiilletyskarkaisulle Työkaluteräksille (ilmaan karkeneville) Huonosti karkenevat teräkset (Hot-brine test) ja (Surface-area-center, SAC) 15

16 16

17 Sammutusväliaineet Sammutusväliaineet sammutus tehon mukaan Suolaliuos, natriumhydroksidi liuos Vesi Polymeeriliuokset Öljy Ilma Väliaineen sammutustehoa voidaan kasvattaa sekoituksella Myös sammutusväliaineen lämpötila vaikuttaa jäähtymisnopeuteen (sammutustehoon) Kylmä vesi sammuttaa tehokkaammin lämmin vesi, mutta lämmin öljy voi olla tehokkaampaa kuin kylmä öljy 17

18 Myöstö ja päästö Molemmat ovat lämpökäsittelyjä joissa terästä pidetään korotetussa lämpötilassa jonkin aikaa. Tällöin Jäännösjännitykset laukeavat (myöstö) Englannin kielessä myöstöstä käytetään joskus (usein) nimitystä tempering vaikka selvyyden vuoksi pitäisi käyttää termiä stress relieving Mikrorakenne muuttuu (päästö) 18

19 Päästö Rakenne tasolla voidaan havaita seuraavat vaiheet Vaihe I: ε karbidien muodostuminen ja martensiitin hiilipitoisuuden laskeminen (auto tempering, quench tempering) Vaihe II: Jäännösausteniitin hajaantuminen ferriitiksi ja sementiitiksi Vaihe III: ε karbidien ja matala hiilisen martensiitin muuttuminen ferriitiksi ja austeniitiksi (Vaihe IV: Seostuissa teräksissä syntyy seosaineiden karbideja) 19

20 Päästö Lämpötila vaikuttaa vaiheiden esiintymiseen Vaihe I: C Vaihe II: C Vaihe III: C Mittamuutokset Martensiittin muuttuminen ferriitiksi ja sementiitiksi pienentää tilavuutta Jäännösausteniitin muuttuminen ferriitiksi ja sementiitiksi kasvattaa tilavuutta 20

21 Päästö Lujuus ja kovuus laskevat päästön aikana sitä enemmän mitä Korkeampi lämpötila Kovuus laskee tasaisesti lämpötilan noustessa Pidempi aika Järkevillä lämpökäsittely ajoilla (>10 min) kovuus alenee tasaisesti ajan logaritmiin nähden (Seosteräksillä kovuus voi nousta seoskarbidien muodustuessa) Murtovenymä ja muut sitkeysarvot paranevat Tiedot löytyvät päästökäyrästä (nuorrutuspiirroksesta) 21

22 22

23 23

24 Päästö Karbideja muodostavat seosaineet (Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Ti) nostavat kovuutta päästön aikana. Muut seosaineet (Ni, Si, Al, Mn) voivat nostaa kovuutta liuoslujittamalla ferriittiä ja pienentämällä raekokoa Seosaine karbidejen vaikutus näkyy parhaiten korkeassa lämpötilassa tehtävässä päästössä Yhdistämällä eri lämpötiloissa karbidemuodostavia seosaineita saadaan kovuus pysymään lähes samana kaikissa päästölämpötiloissa 24

25 25

26 26

27 27

28 Teräksen myötölujuus Ferriittis-perliittiset teräkset (normalisoitu) AISI MPa AISI MPa AISI MPa AISI MPa Päästömartensiittiset (karkaistu ja päästetty 205 C) AISI 1015? AISI MPa AISI MPa AISI MPa Päästömartensiittiset (normalisoitu 650 C) AISI 1015? AISI MPa AISI MPa AISI MPa 28

29 Teräksen myötölujuus Lujuutta voitiin kasvattaa Suuremmilla hiilipitoisuuksilla Suuremmilla seosainepitoisuuksilla Karkaisulla ja päästöllä Nuorrutuksella Ongelmia Hiilipitoisuuden nostaminen vaikeuttaa hitsausta Seosaineet maksavat Lämpökäsittelyt ovat kalliitta ja sopivat vain kohtuullisen kokoisille kappaleille Mistä sopiva teräs pilvenpiirtäjään? 29

30 Hienoraeteräkset Matala hiilipitoisuus, mutta korkea lujuus. Parempi hitsattavuus. Parempi lujuus/hinta suhde kuin nuorrutetuilla teräksillä. Useita nimityksiä Hitsattavat hienoraeteräkset High-Strength Low-Alloy (HSLA) (Very) high strength steel Pyrkimys pieneen raekokoon jotta mekaaniset ominaisuudet olisivat hyviä. Myötälujuus MPa Mikroseostammalla S355 teräksen myötölujuudeksi tulee MPa 30

31 Hienoraeteräkset 31

32 Hienoraeteräkset Hienoraeteräkset jaotellaan Säänkestävät teräkset Mikroseostettutut ferriittis-perliittisiin teräkset Valssatut perliittiset teräkset Asikulaarista ferriittiä sisältävät teräkset Kaksifaasiteräkset Teräkset joissa sulkeumien muoto on kontrolloitu Vetyhaurautta kestävät teräkset Menetelmiä Normalisointi Kuumavalssaus A3-lämpötilan alapuolelle Rakeenkasvua estävien sulkeumien käyttäminen Kontolloituvalssaus Kontrolloitujäähdytys 32

33 Kontrolloitu valssaus Pääasiallinen tavoite on ferriitin hieno raekoko, joka saadaan aikaan austeniittin raekokoon vaikuttamalla Austeniitin raekoko pääsee kasvamaan, jos valssaus tehdään austeniitin rekristallisaatiolämpötilan yläpuolella (seuraavan kalvon kohta a) Ferriittis-perliittisestä rakenteesta tulee raekooltaan pienempi, jos austeniittia muokataan rekristallisaatiolämpötilan alapuolella (kohta b) Austeniitin rekristallisaatiolämpötilaa voidaan nostaa mikroseostuksella, jolloin valssaus voidaan tehdä korkeammassa lämpötilassa (kohta c) Valssausta voidaan jatkaa kaksi faasi alueelle (kohta d) 33

34 34

35 Hienoraeteräkset Erilaisia mahdollisuuksia mikroseostukseen Vanadiini Niobi Niobi-molybdeeni Vanadiini-niobi Vanadiini-typpi Titaani Niobi-titaani Vanadiini-titaani 35

36 Säänkestävät teräkset (Weathering steels) Teräkseen lisäys seosaineet muuttuvat syntyvät korroosiotuotekerrosta Oksidikerros muodostuu tiiviinä ja alustassaan kiinni pysyvänä, eikä se kasva paksuutta tietyn rajapaksuuden saavuttamisen jälkeen. Se suojaa alla olevan teräksen ympäristön korrodoivilta vaikutuksilta Teräs ruostuu ja on ruosteisen näköinen, mutta ei syövy pitemmälle Kromi, kupari, fosfori 36

37 37

38 Korroosiotakestävä teräs (Ruostumaton teräs)

39 Yleistä Korroosiotakestävissä teräksissä on yli 10.5% kromia Yli 30% Cr ja alle 50% Fe pitoisuudet harvinaisia Ruostumattomuus on seurausta teräksen pinnalla olevasta kestävästä kromioksidikerroksesta Kerros muodostuu itsestään (ja korjaantuu jos se vahingoittuu) mikäli kromi voi reagoida hapen kanssa Muilla seosaineilla voidaan parantaa kerroksen ominaisuuksia 39

40 Korroosiotakestävä teräs Kromiseostuksen vaikutus Aikaan saa passivoitumisilmiön ollessaan homogeenisena jähmeänä liuoksena. Laajentaa ferriitin stabiilisuusaluetta Muodostaa suuremmilla kromipitoisuuksilla hauraan metallien välisen yhdisteen (sigmafaasi) raudan kanssa Hiilipitoisuuden kasvu Cr- seosteisissa teräksissä laajentaa austeniitin stabiilisuusaluetta Lujittaa ferriittiä varsin vähän, joten runsaskromiset ferriittiset teräkset muokattavia 40

41 41

42 Korroosiotakestävä teräs Kromiseostuksen vaikutus Lisää karkenevuutta pieninä pitoisuuksina, vähentää jäännösausteniittia runsashiilisissä teräksissä Voimakas karbidinmuodostaja Parantaa hapettumis- ja kulumiskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa Parantaa syöpymiskestävyyttä passivoitumisilmiön kautta; syöpymiskestävät teräkset. Nikkeli Nikkelin kiderakenne on pkk ja se suosii teräksessä austeniittista faasia 42

43 Fe-Ni piirros 43

44 Yleistä Valintaperusteet Korroosion kestävyys Mekaaniset ominaisuudet halutussa ympäristössä Valmistettavuus Saatavuus Kuumamuokatun 304 levyn hinta 2438 $/tonni (8/2004) 2911 $/tonni (6/2005) Kuumamuokatun 316 levyn hinta 3568 $/tonni (8/2004) 5004 $/tonni (6/2005) 44

45 Luokittelu Martensiittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus % Hiilipitoisuus alle 1.2% Muut seosaineet: Nb, Si, W, V, Ni, S, Se Martensiittinen mikrorakenne saadaan aikaa nopealla jäähdytyksellä Kestävät korroosiota lähinnä laimeissa ympäristöissä Seostuksella saadaan aikaan erikoiskarbideja joiden avulla kulumiskestävyys paranee. 45

46 Luokittelu Ferriittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus luokkaa % Hiilipitoisuus alle 0.03% Muut seosaineet Mo, Si, Al, Ti, Nb, S, Se Hyvä murtovenymä ja muokattavuus Lujuus austeniittisia laatuja heikompi korkeissa lämpötiloissa Sitkeys voi olla huono matalissa lämpötiloissa tai isoissa kappaleissa. Sitkeyttä alentaa liian suuret hiili ja typpipitoisuudet etenkin jos kromipitoisuus on korkea. Hiilen ja typen sitomiseen käytetään Ti ja Nb seostusta 46

47 Luokittelu Austeniittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus 16-26% Nikkelipitoisuus < 35% Mangaanipitoisuus < 15% Muut seosaineet N, Mo, Cu, Si, Al, Ti, Nb Huoneen lämpötilan austeniittinen rakenne saadaan aikaan Ni, Mo ja N seostuksella Austeniitin myötölujuus on pieni, murtovenymä ja sitkeys ovat suuria. Muokkauslujittuu tehokkaasta Lujittamiseen käytetään kylmämuokkausta Erinomaiset ominaisuudet matalissa käyttölämpötiloissa Hyvä lujuus korkeassa lämpötilassa 47

48 Luokittelu Austeniittiset ruostumattomat teräkset Korroosion kestävyys paranee kromipitoisuutta nostamalla. Useimmiten käytetään kuitenkin molybdeeniä sillä kromipitoisuuden lisääminen vaikeuttaa valmistamista Tyypilliset seokset Rosteri, kirkas, 304, 18-8 Haponkestävä,

49 Luokittelu Austeniittis-ferriittiset (duplex) ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus 18-28% Nikkelipitoisuus 4-19% Osa mikrorakenteesta on austeniittinen ja osa ferriittinen. Osuudet riippuvaisia seostuksesta ja lämpökäsittelystä. Useissa tapauksissa molempia on yhtä paljon Korroosion kestävyys samaa luokkaa kuin vastaavalla austeniittisella laadulla Lujuus arvot suuremmat kuin austeniittisilla laaduilla Sitkeys austeniittisten ja ferriittisten laatujen välissä 49

50 Cr-Fe-Ni 650 C 50

51 Luokittelu Erkaumakarkenevat Mikrorakenne joko austeniittinen tai martensiittinen Erkautuminen saadaan aikaan metallien välisiä yhdisteitä muodostavilla seosaineilla kuten alumiinilla ja kuparilla 51

52 Luokittelu Austeniittinen Ferriittisausteniittinen Martensiittinen C Cr Ni Mo Karkaisu Magneettinen < 0, Kyllä Kyllä 0, Kyllä Kyllä 0,6-1, Kyllä Kyllä Ferriittinen 0, Ei Kyllä 0, Ei Kyllä < 0, Ei Kyllä 0, Ei Ei < 0, Ei Ei < 0, , ,5 Ei Kyllä 52

53 Standardit AISI:lla mikrorakenteen mukainen jaottelu 3xx = austeniittiset ruostumattomat teräkset 4xx = ferriittiset ruostumattomat teräkset Poikkeuksia AISI:n pääjakoon 403, 410 ja muutama muu 4xx ovat martensiittisia 329 ferriittis-austeniittinen 201, 202, 205 austeniittisia 53

54 Saksalaiset standardit Runsasseosteisen teräksen koostumus. Esimerkiksi X5CrNi18-10 X seosaineiden pitoisuuksia ei kerrota 5 = Hiilipitoisuus 0,05% 18 = Kromipitoisuus 18% 10 = Nikkelipitoisuus 10% Werkstoff numero ja vastaavuudet X5CrNi18-10 = = AISI

55 Metallografia Ruostumattomien terästen mikrorakenteen syövytys on hankalaa (yllätys-yllätys). Väkevämmät konsentraatiot (esim. 60% HNO 3 ) Happojen lämmittäminen Sähkövirta Värisyövytteet 55

56 56

57 57

58 58

59 59

60 Värisyövytetty (ferriitti) Duplex teräs 60

61 Värisyövytetty (austeniitti) Duplex teräs 61

62 62

63 Valuseokset EN Korroosiotakestävät valuteräkset Koostumus merkitään DIN:n tapaan Amerikkalaiset Alunperin Alloy Casting Institute (ACI) Nykyään High Alloy Product Group of the Steel Founders' Society of America ( Nimeäminen C = korroosion kesto H = korkeakäyttölämpötila Cr- ja Ni-pitoisuudet kirjaimilla A-Y (seuraavan sivun taulukko) Hiilipitoisuus sata kertaisena Muut seosaineet kirjain tunnuksena 63

64 64

65 Valuseokset Esimerkiksi CF-3 Cr-pitoisuus 17-21% Ni-pitoisuus 8-12% C-pitoisuus 0.03% Esimerkiksi CF-8M Cr-pitoisuus 18-21% Ni-pitoisuus 9-12% C-pitoisuus 0.08% Mo-pitoisuus 2-3% 65

66 Koostumuksen vastaavuuksia Martensiittiset GX4CrNi13-4 = CA6NM Austeniittiset GX2CrNi19-11 = CF3 = 304L GX5CrNi19-11 = CF8C = 347 tai 348 GX2CrNi = CF3M = 316L GX5CrNi = CF8M =

67 Ruostumattomien terästen ruostuminen Jos ruostumattoman teräksen pinnalla oleva passivaatiokerros rikkoutuu ja jos uutta kerrosta ei synny, teräs ruostuu Passivaatiokerroksen synty estyy jos happipitoisuus pinnalla on pieni. Esimerkiksi veteen liuenneen hapen määrä voi vaihdella paikallisesti Nikkeli edistää passivaatiokerroksen syntyä (etenkin pelkistävissä olosuhteissa) Molybdeeni parantaa passivaatiokerrosta erityisesti kloridi-ioneja vastaan 67

68 Ruostumattomien terästen ruostuminen Austeniittiset laaduilla voi tapahtua herkistyminen Kromi reagoi hiilen kanssa, jolloin kromipitoisuus laskee paikallisesti Estetään pienentämällä hiilipitoisuus (304 -> 304L) tai sitomalla hiili (Ti ja Nb seostus) Vältetään lämpötiloja joissa herkistyminen tapahtuu Kaikilla austeniittisilla laaduilla on jonkin verran taipumusta jännityskorroosioon Taipumus suurimmillaan nikkilipitoisuuksilla 8-10% Erityisesti 304 ja 316 Suuremmilla nikkelipitoisuuksilla jännityskorroosion kesto paranee (30% Ni kestää jo melkein mitä vaan) 68

69 69

70 Hiilipitoisuus ja 304:n herkistyminen 70

71 71

72 72

73 Työkaluteräkset

74 Yleistä Työkaluteräksiä ovat mitkä tahansa työkaluissa käytetyt teräkset Perinteiset hiiliteräkset Niukkaseosteiset teräkset Runsasseosteiset teräkset Nykyään suositaan suuria seosainepitoisuuksia. Niiden avulla Paremmat mekaaniset ominaisuudet Parempi mittatarkkuus Estetään halkeilu karkaisun yhteydessä 74

75 Yleistä Perinteiset käyttökohteet Erilaiset leikkaavat ja muovaavat työkalut Muotit Jouset, pultit, venttiilit, kulutuspinnat korkeisiin käyttölämpötiloihin Työkaluihin kohdistuu toistuvasti ja nopeasti suuria rasituksia, joten niiltä vaaditaan Iskusitkeyttä Väsymiskestävyyttä Kulumiskestävyyttä Myös korkeissa lämpötiloissa Kuumakovuus 75

76 Yleistä Lisäksi vaaditaan: Myötölujuus Puristuslujuus Karkenevuus Sekä muita hyödyllisiä ominaisuuksia: Korroosionkestävyys Pieniraekoko Tasainen karbidijakauma Hyvä lämmönjohtavuus Hyvä työstettävyys pehmeässä tilassa Useimmat työkalut valmistetaan muokatuista seoksista, mutta käytössä on myös Valuseoksia Jauhemetallurgisia seoksia 76

77 Karkenevuus Lisäämällä seosaineita riittävästi saadaan teräs karkenemaan jopa sen jäähtyessä hitaasti ilmassa Ilmaan karkeneminen Tyypillisesti tarvittavat seosainepitoisuudet ovat jo niin suuria että kysymyksessä on seosteräs (ei enää niukkaseosteinen) 77

78 Työkaluteräkset Tyypilliset seosaineet Cr Mo Ni V W Co Hyvä kulumiskestävyys ja puristuslujuus saadaan aikaan lämpökäsittelyllä Martensiitti Kovat karbidit Työkaluteräkset lämpökäsitellään tyypillisesti monessa vaiheessa ja korkeassa lämpötilassa Teknisesti haastavaa 78

79 Standardit AISI käyttää kirjainta jota seuraa numero. Jaottelu karkenevuuden, koostumuksen tai ominaisuuksien mukaan O A W D H M T S L P Öljyyn karkenevat Ilmaan karkenevat Veteen karkenevat Korkea hiili- ja kromipitoisuus kylmätyöteräksessä Kuumatyöteräkset Molybdeeniä sisältävät pikateräkset Wolframia sisältävät pikateräkset Iskunkestävät (shock-resistance) Niukkaseosteiset (low alloys) Niukkahiiliset muottiteräkset Tyypilliset esimerkit D2, A2, O1 79

80 Standardit Saksalainen merkintätapa melkein kuten niukasti seostetuille teräksille paitsi että Merkinnän eteen tulee kirjan X Seosainepitoisuuksille ei ole kertoimia Esimerkiksi X 38 CrMoV 5 1 Hiili 0,38% Kromi 5,0% Molybdeeni 1,30% Vanadiini 0,40% Pii 1,10% Vastaavuudet H 11, Käytetään esimerkiksi painevalumuotteihin 80

81 Työkaluterästen käyttökohteita Kylmätyöteräkset Leikkurit Lävistystyökalut Muovaustyökalut Muokkaustyökalut Vetotyökalut Valssit Meistit Muovimuotit Kuumatyöteräkset Muovaustyökalut Muokkaustyökalut Kuumaleikkaus Muovimuotit Valumuotit (alumiinin painevalu) Pikateräkset Lastuavantyöstön työkalut 81

82 Kylmätyöteräkset Usein kohtuullisen niukkaseosteisia teräksiä, joihin on seostettu tietty määrä ns. erikoiskarbidien muodostajia (Mo, W, V) kovuuden ja kulumiskestävyyden parantamiseksi Hiilipitoisuus tavoitellun kovuus (kulumiskestävyys)/sitkeysyhdistelmän mukaan välillä % Koska terästä käytetään normaalissa lämpötilassa (alla 200 C), voidaan kovuuden aikaan saamiseksi käyttää martensiittisista rakennetta (hiilipitoisuus) Cr-pitoisuus %, W-pitoisuus %, Mopitoisuus % ja V-pitoisuus % 82

83 Kuumatyöteräkset Käyttölämpötila yli 200 C Hiilipitoisuutta laskettu lämpötilanvaihteluiden keston parantamiseksi; luokkaa 0.4 % Kovuuden, kulumiskestävyyden ja lämpötilan kestävyyden parantamiseksi karbidien muodostajien pitoisuuksia nostettu; lisäksi mukana mahdollisesti pii Käyttö mm. tako-, painevalu-, lasi- ja muovimuoteissa, kuumapursotustyökaluissa Ylin käyttölämpötila luokkaa 550 ºC 83

84 Pikateräkset High Speed Steel (HSS) Tarkoitettu paikallisesti voimakkaasti kuumenevan käytön olosuhteisiin Ylivoimaisesti suurin käyttö lastuavan työstön terämateriaaleina; kestävyys punahehkuun saakka (n. 600 C) Hiilipitoisuus ja erikoiskarbidien muodostajien (W, Mo, V) pitoisuudet korkeita; lisäksi mukana usein Co Pikateräkset jaetaan kahteen luokkaan seosaineiden perusteella Molybdeeni Wolframi Molybdeenipitoiset ovat yleisempiä Samanlaiset ominaisuudet, mutta halvempi hinta 84

85 Työkaluteräksen valmistus Raaka-aineet Sulatus ja valu Argon oxygen decarburization, AOD Electroslag remelting, ESR Vacum arc melting, VAR Muokkaus Tarkastus Mikrorakenne, puhtaus, kovuus, raekoko, pehmeäksi hehkutetun kappaleen rakenne, karkenevuus Magneettijauhe-, pyörrevirta- sekä ultraäänitarkastus Kaikki nämä ja kalliit seosaineet nostavat työkaluterästen hintaa 85

86 Lämpökäsittely Pehmeäksi hehkutus Kovan rakenteen koneistaminen on hankalaa. Pehmeäksi hehkutus ja hidas jäähtyminen. Normalisoitu rakenne on useimmiten liian kova. Uunit, suolakylvyt, alipaineuunit Hiilen katoa vältetään sopivalla atmosfäärillä, pakkaamalla työkaluteräs hiilenkatoa estävään väliaineeseen (esim. valurautalastu) Jäähtymisnopeus 8-22 C/h lämpötilaan 540 C, jonka jälkeen ilmaan Koneistuksessa syntyneiden jäännösjännitysten poisto. Jos jännityksiä ei poisteta, ne voivat rikkoa kappaleen karkaisussa. Myöstö voi aiheuttaa mittamuutoksia. 86

87 87