Jälkikäsittelyt. Tuotantohitsaus. ValuAtlas Hiekkavalimon valimoprosessi Jälkikäsittelyt - Seija Meskanen, Tuula Höök

Transkriptio

1 Jälkikäsittelyt Puhdistuksen jälkeen valuille voidaan tehdä vielä seuraavia jälkikäsittelytoimenpiteitä: tuotantohitsaus lämpökäsittely koneistus pintakäsittely Tuotantohitsaus Tuotantohitsaus jakaantuu viimeistely- ja liitoshitsaukseen. Viimeistelyhitsauksella tarkoitetaan valujen korjaamista. Liitoshitsaus on valujen hitsaamista toisiinsa tai muulla tavoin valmistetun kokoonpanon osaksi. Osa pintaan avautuvista valuvioista paljastuu vasta puhdistuksen yhteydessä. Mikäli vika on riittävän pieni eikä kappaleen tilaajan puolesta ole estettä, valukappale voidaan tällöin korjata hitsaamalla. Hitseiltä edellytetään eheyttä, sitkeyttä ja hyvää työstettävyyttä. Lujuuden on myös vastattava perusaineen lujuutta. Havaittu valuvika avataan ja täytetään uudelleen hitsaamalla. Avaus tapahtuu hiomalla tai hiilikaaritalttausta käyttäen. Valurautojen hitsattavuutta heikentää niiden korkea hiilipitoisuus. Valuraudan mikrorakenne karkenee liitoksen muutosvyöhykkeellä ja hitsiaineeseen sekä sularaja-alueelle muodostuu hauraita karbideja. Hitsauksessa syntyvät sisäiset jännitykset eivät pääse laukeamaan plastisen muodonmuutoksen kautta. Hauraiden faasien muodostuminen voidaan estää esilämmittämällä valu C:een (ns. kuumahitsaus), käyttämällä sopivia lisäaineita ja rajoittamalla lämmöntuontia. Hitsauslisäaineina voidaan käyttää pehmeitä Ni-pohjaisia aineita. Liittämisen vaihtoehdoiksi voi harkita sulahitsauksen sijaan kitkahitsausta tai mekaanista liittämistä. Hauraita faaseja sisältävä hitsi voidaan myös lämpökäsitellä jälkikäteen. arbideja ei kuitenkaan voida käytännössä liuottaa tavanomaisin lämpökäsittelyin. Suomugrafiittivaluraudasta (GJL) valmistettuja kappaleita voidaan korjata hitsaamalla, mutta muutoin niiden hitsaus on melko rajoitettua. Pallografiittivaluraudasta (GJS) valmistettuja kappaleita voidaan käyttää hitsaamalla koottavissa konstruktioissa, mutta hitsin lujuus ja sitkeys jää yleensä alle perusaineen ominaisuuksien. Valkoydintemperraudan hitsattavuus on varsin hyvä niiltä osin kuin hitsiliitos ulottuu vain hiilenkatovyöhykkeisiin valun ohuissa osissa tai pintakerroksessa. Myös mustaydintempervaluraudan hitsattavuus on parempi kuin suomugrafiittirautojen. Rautoja, joiden matriisi on ferriittinen tai austeniittinen, on yleensä mahdollista hitsata. Martensiittisten seostettujen valurautojen hitsattavuus on huono. Valkoista valurautaa ei yleensä ottaen voida hitsata lainkaan. Teräksillä perusaineen tila (muokattu/valettu) ei vaikuta hitsattavuuteen. Yleisistä valuteräksistä valetuille kappaleille sopivat samat hitsausmenetelmät kuin normaaleille rakenneteräksillekin. Hitsausta käytetään niille yleisesti sekä valuvikojen korjauksessa että varsinaisessa konstruktiohitsauksessa. Niukkahiiliset teräkset ovat helposti hitsattavia ja keskihiilisetkin työlämpötilan korotuksen avulla. Nuorrutetuilla valuteräksillä hitsattavuutta rajoittaa materiaalin suuri karkenevuus, jonka seurauksena rakenteeseen syntyy Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 1

2 helposti hauraita faaseja, mikä edellyttää sekä korotetun työlämpötilan käyttöä että hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn suorittamista. onstruktiohitsauksessa lisäaineen ja hitsaustekniikan määräävät materiaalin koostumus sekä rakenteelle asetetut lujuus/sitkeys-vaatimukset. orjaus- ja pinnoitushitsauksessa lisäainevalinta suoritetaan perusaineen sekä korjattavalle kohteelle asetettavien vaatimusten ja käytettävissä olevan hitsausmenetelmän mukaan. Pienten valuvikojen korjaushitsaus tapahtuu tavallisesti ilman esilämmitystä perusainetta vastaavalla lisäaineella, mutta suurempien vikojen hitsaus saattaa edellyttää hitaasti suoritettavaa ja tarkkaan suunniteltua esikuumennusta. Esilämmitys suoritetaan joko paikallisena tai koko kappaleelle ja valittava lämpötila riippuu sekä kappaleen paksuudesta että materiaalin hiiliekvivalentista. uumalujilla ja martensiittisilla teräksillä esikuumennusta käytetään aina, mutta useilla niukkaseosteisilla ja austeniittisilla teräksillä sitä ei tarvita. Hitsattuun rakenteeseen muodostuu tavallisesti suuria jäännösjännityksiä, joiden vähentämiseksi hitsatuille kappaleille suoritetaan lämpökäsittelyinä myöstö, normalisointi tai nuorrutus. Jäännösjännitysten aiheuttamia ongelmia voidaan jossain määrin välttää myös mekaanisesti heti hitsauksen jälkeen suoritettavalla vasaroinnilla tms. Viimeistely- ja korjaushitsauksessa kutistumisjännitysten vaikutuksia voidaan kontrolloida oikealla hitsausjärjestyksellä, kuten käyttäen taka-askelhitsausta. Alumiiniseokset ovat hitsattavissa tietyin erikoisjärjestelyin. Lisäaineen valinta perustuu yleensä halkeilutaipumuksen välttämiseen. Muita valintaperusteita ovat mm. lujuus ja sitkeys. Jos perusaineen piipitoisuus on alle 7 %, valuseoksen lisäaineeksi valitaan yleensä AlSi5, ja yli 7 % piipitoisuudella AlSi12. Alumiinin hyvä lämmönjohtavuus edellyttää suurta hitsauslämpöä ja lämpövyöhyke on siksi laaja. Perusaineen tilasta riippuen saattaa sen lujuus myös laskea merkittävästi lämpövyöhykkeellä. Sulamisen arviointi on vaikeaa, koska alumiinin väri ei muutu kuumennettaessa. appaleissa saattaa esiintyä myös vetelyä alumiinin voimakkaan lämpölaajenemisen vuoksi. Hitsaamista hankaloittaa alumiinin taipumus hapettua. Hapettuminen edellyttää hitsattavan kohdan tehokasta puhdistusta ja railopinnan sekä juuren oksidikalvon poistamista. orjaustöissä käytetään yleensä TlG-menetelmää ja konstruktiivisessa työssä pikemminkin tuottavampaa MlG-menetelmää. Lämpökäsittely Osa valumateriaaleista toimitetaan aina valutilaisina, osa vaatii lämpökäsittelyn ja osa voidaan toimittaa lämpökäsiteltynä, jos tilaaja niin haluaa. Valutilaisena toimitettavat materiaalit ovat valmiita sellaisenaan. Niitä ei joko ole tarpeen lämpökäsitellä tai ne eivät ole lämpökäsiteltäviä. Lämpökäsittelyn vaativat materiaalit eivät ole valutilaisina vielä valmiita. Niiden mikrorakenne viimeistellään lämpökäsittelyn avulla vastaamaan materiaalistandardin vaatimuksia. Materiaalit, jotka voidaan toimittaa lämpökäsiteltyinä, ovat valutilaisina periaatteessa valmiita, mutta lämpökäsittelyn avulla niihin tuotetaan tiettyjä suotuisia ominaisuuksia, esimerkiksi suurempi tai pienempi lujuus, kovuus ja/tai sitkeys. Valumateriaaleja, jotka toimitetaan aina valutilaisina, ovat: aikki SS-EN 1706 mukaiset painevaletut alumiiniseokset. Painevalujen lämpökäsittely ei ole mahdollista. Osa SS-EN 1706 mukaisista kokilliin, hiekkaan tai tarkkuusvalumuottiin valetuista alumiiniseoksista. Valutilaisina toimitettavia ovat puhdas alumiini (Al 99,6E tai Al 99,7E ), alumiini-pii -seokset (AlSi11, AlSi12 ja AlSi9), osa alumiini-pii-kupari- Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 2

3 seoksista (AlSi6Cu4, AlSi8Cu3, AlSi9Cu1Mg hiekkaan valettuna, AlSi7Cu2 ja AlSi12(Cu)) sekä alumiini-magnesium-seokset (AlMg3, AlMg5 ja Al Mg5(Si)). atso myös taulukko 2. Alumiinin lämpökäsittely perustuu erkautumiskarkenemiseen. Seokset, joita ei lämpökäsitellä, eivät karkene tällä mekanismilla. aikki SS-EN 1753 mukaiset painevaletut magnesiumseokset. Painevalujen lämpökäsittely ei ole mahdollista. Valumateriaaleja, jotka toimitetaan yleensä valutilaisina, ovat: SS-EN 1561 mukaiset suomugrafiittivaluraudat. Voidaan lämpökäsitellä erikoistarkoituksiin. Lämpökäsittelyn toteutuksesta sovitaan tilaajan ja valimon kesken. Osa SS-EN 1563 mukaisista pallografiittivaluraudoista. Materiaalit, joiden ominaisuudet saavutetaan helpoimmin ilman lämpökäsittelyä, ovat ferriittisperliittisen matriisin omaava GJS-500, perliittis-ferriittisen matriisin omaava GJS-600 ja perliittisen matriisin omaava GJS-700. Täysin ferriittinen matriisi on hankalampi valmistaa suoraan valussa. Hankaluuksia saattaa ilmetä myös lujien GJS-800 ja GJS lajien valmistuksessa siten, että matriisi ei muodostu tasalaatuiseksi kaikkiin kappaleen osiin. aikki pallografiittivaluraudat voidaan kuitenkin lämpökäsitellä erikoistarkoituksiin, vaikka materiaalin mikrorakennetta ei olisi välttämätöntä muokata enää valun jälkeen. Lämpökäsittelyn toteutuksesta sovitaan tilaajan ja valimon kesken. SS-EN mukaiset tylppägrafiittivaluraudat. Voidaan lämpökäsitellä erikoistarkoituksiin. Lämpökäsittelyn toteutuksesta sovitaan tilaajan ja valimon kesken. Osa SS-EN mukaisista, korkeiden lämpötilojen sovelluksiin tarkoitetuista pallografiittivaluraudoista toimitetaan valutilaisina, osa vaatii lämpökäsittelyn materiaaliominaisuuksien standardinmukaisuuden varmistamiseksi. SS-EN mukaiset tulenkestävät valuteräkset lukuun ottamatta teräslaatuja GX30CrSi7, GX40CrSi13 ja GX40CrSi17. Mikäli laatua GX30CrSi7 käytetään kulumiskestävyyttä vaativiin sovelluksiin, myös se voidaan toimittaa valutilaisena. Valumateriaaleja, joita toimitetaan yleisesti sekä valutilaisina että lämpökäsiteltyinä, ovat: SS-EN mukaiset kulumiskestävät valuraudat. ulumiskestävä valurauta voidaan toimittaa valutilaisena, jännityksenpoistohehkutettuna, karkaistuna, karkaistuna ja jännityksenpoistohehkutettuna tai pehmeäksi hehkutettuna. Lämpökäsittelyn toteutuksesta sovitaan tilaajan ja valimon kesken. SS-EN mukaiset austeniittiset valuraudat. Austeniittinen valurauta voidaan toimittaa valutilaisena, jännityksenpoistohehkutettuina tai stabiloituina korkeiden lämpötilojen sovelluksia varten. Lämpökäsittelyn toteutuksesta sovitaan tilaajan ja valimon kesken. Osa SS-EN 1706 mukaisista kokilliin, hiekkaan tai tarkkuusvalumuottiin valetuista alumiiniseoksista. atso taulukko 1. SS-EN 1982 mukaiset kupariseokset. Valumateriaaleja, joiden valmistusprosessiin kuuluu lämpökäsittely, ovat: Osa SS-EN 1563 mukaisista pallografiittivaluraudoista. Mikäli täysin ferriittisellä matriisilla valmistettaville laaduille asetetaan korkeat vaatimukset materiaalin mikrorakenteen suhteen, niiden valmistus vaatii useimmissa tapauksissa lämpökäsittelyä. Tällaisia pallografiittilaatuja ovat GJS-350, GJS-400 ja GJS-450. Lujien Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 3

4 laatujen GJS-800 ja GJS-900 matriisi saattaa vaatia mikrorakennetta tasoittavan lämpökäsittelyn. SS-EN 1562 mukainen adusoitu valurauta. Adusoitu valurauta on valutilaisena valkoista eli grafiititonta. Valun jälkeen siitä valmistetaan lämpökäsittelemällä (adusoimalla) joko mustaydin- tai valkoydinrautaa. Mustaydinrauta valmistetaan lämpökäsittelemällä valkoiseksi kiteytynyt valurauta sen hiilipitoisuutta alentamatta. Valuraudan sisältämä hiili pyritään muuttamaan temperhiilimuotoiseksi grafiitiksi, josta nimi mustaydinrauta. Valkoydinrauta valmistetaan mellottamalla valkoiseksi kiteytynyt valurauta. Tarkoituksena on poistaa hiiltä mahdollisimman paljon. Jäljelle jäänyt hiili on temperhiilimuotoista grafiittia. SS-EN 1564 mukaiset ausferriittiset pallografiittivaluraudat (ADI). Ausferriittisen matriisin tulee olla nimensä mukaisesti austeniittis-ferriittinen. Matriisin rakenne saavutetaan useimmiten lämpökäsittelemällä valutilassa perliittisen matriisin muodostanutta pallografiittivalurautaa. äytännössä tällainen valurauta on SS-EN 1563 GJS-700 tai SS-EN 1563 GJS-800 kaltaista. Osa SS-EN mukaisista, korkeiden lämpötilojen sovelluksiin tarkoitetuista pallografiittivaluraudoista toimitetaan valutilaisina, osa vaatii lämpökäsittelyn materiaaliominaisuuksien standardinmukaisuuden varmistamiseksi. Lämpökäsittelyinä tehdään jännitystenpoistohehkutus, pehmennyshehkutus tai stabilointikäsittely. Lämpökäsittely on tarpeen etenkin runsaasti piitä sisältäville seoksille. SS-EN mukaiset, painelaitteisiin tarkoitetut valuteräkset. Lämpökäsittelyinä voidaan tehdä teräslaadusta riippuen normalisointi, karkaisu ja päästö tai liuotushehkutus. Osalle laaduista on standardoitu mekaaniset ominaisuudet kahdelle eri lämpökäsittelytilalle. GX10NiCrSiNb32-20 mekaaniset ominaisuudet on standardoitu valutilaiselle materiaalille. SS-EN mukaiset korroosionkestävät valuteräkset. Lämpökäsittelyinä tehdään martensiittisille laaduille karkaisu ja päästö sekä austeniittisille tai austeniittisferriittisille lajeille liuotushehkutus. Mekaaniset ominaisuudet on standardoitu teräslaadusta riippuen 1 3 eri lämpökäsittelytilalle. SS-EN mukaiset yleiset valuteräkset. Lämpökäsittelyinä voidaan tehdä teräslajista riippuen karkaisu ja päästö tai liuotushehkutus. Mekaaniset ominaisuudet on standardoitu teräslaadusta riippuen 1 3 eri lämpökäsittelytilalle. SS-EN mukaisista tulenkestävistä valuteräksistä laadut GX30CrSi7, GX40CrSi13 ja GX40CrSi17, jotka toimitetaan hehkutettuina. Mikäli laatua GX30CrSi7 käytetään kulumiskestävyyttä vaativiin sovelluksiin, se voidaan toimittaa myös valutilaisena. SS-EN mukaiset rakenneteräkset. Lämpökäsittelyinä voidaan tehdä teräslaadusta riippuen normalisointi, karkaisu ja päästö tai karkaisu ja liuotushehkutus. Mekaaniset ominaisuudet on standardoitu teräslaadusta riippuen 1 3 eri lämpökäsittelytilalle. Osa SS-EN 1706 mukaisista kokilliin, hiekkaan tai tarkkuusvalumuottiin valetuista alumiiniseoksista. Lämpökäsiteltyinä toimitettavia ovat alumiini-kupariseokset AlCu4MgTi, AlCu4Ti ja AlCu5MgMn; alumiini-pii-magnesiumseoksista Al Si9Mg, Al Si7Mg0,3 ja Al Si7Mg0,6; alumiini-pii-kupariseokset AlSi5Cu3, AlSi5Cu1Mg, AlSi5Cu3Mg, AlSi7Cu0,5Mg ja Al Si12CuNiMg sekä alumiini-sinkki-piimagnesiumseos Al Zn10Si8Mg. atso myös taulukko 1. Osa SS-EN 1753 mukaisista magnesiumseoksista. Lämpökäsiteltyinä toimitettavia ovat kaikki muut hiekkaan ja kokilliin valetut seokset paitsi magnesium-alumiinisinkkiseokset MgAl8Zn1 ja MgAl9Zn1(A). Mainitut seokset voidaan toimittaa sekä Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 4

5 valutilassa että lämpökäsiteltyinä. Lämpökäsittelyinä tehdään liuotushehkutus- ja vanhennuskäsittelyjä. oneistus Valukappaleen koneistusta voidaan helpottaa suunnittelemalla sen rakenne koneistusvaiheet huomioon ottaen. Valu tulee voida työstää mieluiten yhdellä kiinnityksellä ja siihen tulee sijoittaa tukipisteet sekä työstön lähtöpinnat. Jyrsittävät ja hiottavat tasot tulee suunnitella työkalujen mukaan. Taulukko 1. Lastuttavuusvertailu, joka perustuu terän kestoon lastuttaessa leikkaavalla työkalulla. Lastuttavuusluvun kasvaessa lastuttavuus paranee. Lastuttavuutta voidaan arvioida työstökoneen terän kulumisen, työstössä syntyvän pinnanlaadun, lastunmuodon ja käytettävien lastuamisvoimien perusteella. Valukappaleiden pinnan työstettävyys ei yleensä ole yhtä hyvä kuin perusmateriaalilla, koska kappaleen pinnassa olevat oksidit ja silikaatit sekä muotista tarttunut hiekka vaikeuttavat työstöä. Työstöpinnan laatuun vaikuttavat myös erilaiset valuviat (esimerkiksi imuhuokoisuus ja sulkeumat), jotka tulevat näkyviin vasta, kun pinta on avattu riittävän pitkälle. Valukappaleiden pintakäsittelyt Valimossa kappaleelle suoritetaan yleensä vain sopiva pohjamaalaus eli konepohja, jonka tarkoituksena on antaa kappaleelle riittävä korroosiosuoja käsittelyn ja kuljetuksen aikana ennen lopullista korroosionestomaalausta tai muuta pintakäsittelyä. Pohjamaalin valintaan vaikuttavat kappaleen jatkokäsittely sekä maalin levitystapa. äytettäviltä maaleilta edellytetään lyhyttä kuivumisaikaa, pitkäaikaista korroosiosuojaa, hyvää veden, kemikaalien ja liuottimien kestävyyttä, päälle maalattavuutta sekä riittävää mekaanista lujuutta, jotta maalipinta kestäisi ehjänä kuljetuksen sekä eri käsittelyjen aikana. Maali ei saa myöskään vaikeuttaa polttoleikkausta tai hitsausta, eikä synnyttää myrkyllisiä kaasuja. Parhaiten käyttöön sopivat fysikaalisesti kuivuvat vinyyli ja kloorikautsumaalit ja kemiallisesti kuivuvat alkydimaalit sekä kaksikomponenttiset epoksihartsimaalit. Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 5

6 Taulukko 2. SS-EN 1706 mukaiset alumiiniseokset. Seosryhmä, lämpökäsittelytila ja valumenetelmät. Seosryhmä Seos Al 99,6E T Al Al 99,7E T EN AC-Al Cu4MgTi T4 T EN AC-Al Cu4Ti AlCu 4 T4 EN AC-Al Cu5MgMn T7 AlSiMgTi EN AC-Al Si2MgTi T EN AC-Al Si7Mg T 4 AlSi7Mg T EN AC-Al Si7Mg0,3 4 T EN AC-Al Si7Mg0,6 4 EN AC-Al Si10Mg(a) 4 EN AC-Al Si10Mg(b) AlSi10Mg 4 EN AC-Al Si10Mg(Cu) EN AC-Al Si9Mg 4 EN AC-Al Si11 EN AC-Al Si12(b) T AlSi EN AC-Al Si12(a) EN AC-Al Si9 EN AC-Al Si6Cu4 T4 EN AC-Al Si5Cu1Mg AlSi5Cu T4 EN AC-Al Si5Cu3Mg EN AC-Al Si5Cu3 T4 EN AC-Al Si7Cu0,5Mg EN AC-Al Si8Cu3 EN AC-Al Si7Cu3Mg AlSi9Cu EN AC-Al Si9Cu1Mg EN AC-Al Si7Cu2 AlSi(Cu) EN AC-Al Si12(Cu) T5 EN AC-Al Si12CuNiMg AlSiCuNiMg T EN AC-Al Si17Cu4Mg T5 T EN AC-Al Mg3 AlMg EN AC-Al Mg5 T EN AC-Al Mg5(Si) AlZnSiMg EN AC-Al Zn10Si8Mg T1 Lämpökäsittelytila Valumenetelmä = valutila. T1= kontrolloitu jäähdytys ja luonnollinen vanhentaminen. T4 = liuotushehkutus ja luonnollinen vanhentaminen, mikäli mahdollista. T5 = kontrolloitu jäähdytys ja keinovanhennus tai ylivanhennus. = liuotushehkutus ja keinovanhennus täysin. 4 = liuotushehkutus ja alivanhennus keinovanhentamalla. T7 = liuotushehkutus ja ylivanhennus (stabilointi) keinovanhentamalla. Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 6

7 Maalattavat kappaleet pintapuhdistetaan juuri ennen maalausta suihku- tai sinkopuhdistuksena. Erikoistapauksissa tai esimerkiksi kevytmetalleilla, joilla on suihkupuhdistuksessa vaarana rakeiden tarttuminen kiinni puhdistettavaan pintaan, voidaan käyttää kemiallista esikäsittelyä. Yksittäiskappaleiden maalaus tapahtuu sivellinmaalauksena, sarjatuotannossa käytetään yksikomponenttimaaleilla yleensä kasto- eli upotusmaalausta. aksikomponenttimaalien levitys tehdään ruiskuilla. appaleiden lopulliseen pinnoittamiseen voidaan käyttää eri menetelmiä eri käyttötarkoituksissa. Pinnoitteet jaetaan yleensä epäorgaanisiin (metallipinnoitteet, fosfaatti-, emali-, yms. metallin pinnalle muodostetut pinnoitteet) ja orgaanisiin pinnoitteisiin (maalit, lakat, muovit, kumi jne.) uva: Ylemmässä kuvassa tapahtuu kastomaalaus. Alemmassa kuvassa maalatut valukappaleet ovat tulleet ulos kuivausuunista ollen valmiita pakattavaksi ja toimitettaviksi asiakkaalle. Tarkistettu Taittoa muokattu (Tuula Höök) Jälkikäsittelyt - 7