Raerajalujittuminen LPK / Oulun yliopisto

Transkriptio

1 Raerajalujittuminen 1

2 Erkautuslujittuminen Epäkoherentti erkauma: kiderakenne poikkeaa matriisin rakenteesta dislokaatiot kaareutuvat erkaumien väleistä TM teräksissä tyypillisesti mikroseosaineiden karbonitridit (NbVTi)(CN) Nuorrutusteräksissä esim. sementiitti Fe 3 C σ Erk (MPa) = 50 / L Erk (noin) L Erk = erkaumien välinen etäisyys (μm) Tyypillisesti 1 0,25 μm 2

3 Erkautuslujittuminen Esim. NbC erkaumat ferriitissä Nb = niobi = columbium NbC:n halkaisija 3

4 Erkautuslujittaminen Ruukki Optim-ja Laser -kuumanauhateräksissä Myötölujuus, MPa Nb CEV = C + Mn + Cr + Mo + V + Cu + Ni Nb+V Nb+Ti (NbVTi)(CN)-erkaumat muodostuvat ferriittiin kelaukssa C 0.06 Mn Nb 0,01-0,05% V 0-0,1% Ti 0-0,1% Nb, V, Ti ovat mikroseosaineita Laser MC Optim MC

5 Muokkauslujittuminen 1200 True stress, MPa Rp0,2 ρ kasvaa => σ Disl kasvaa true strain 5

6 Muokkauslujittuminen σ = σ Fe + σ Liuos + σ Rajat + σ Erk + σ Disl σ Disl = p ρ (p = materiaalivakio) ρ = dislokaatiotiheys m/m 3 ρ kasvaa kun muokkausaste kasvaa 6

7 Muokkauslujittuminen Kovilla Komponentteilla Komposiittiefekti 7

8 Saavutettavissa olevat myötölujuudet σ Fe 40 MPa σ Liuos 2%(Mn+Cu+Ni+Cr), 0.4Si, 0.01P => 150 MPa C Liuoks. 0.01% => n. 50 MPa (Ferriitti) C Liuoks. 0.1% => n. 300 MPa (Martensiitti) σ Rajat Ferriitin raerajat d 3 μm => 350 MPa σ Erk L Erk 0,2 μm => 250 MPa, mikroseosaineet Nb, Ti, V L Erk 0,1 μm => 500 MPa, nuorrutusteräkset σ Disl kasvaa kun faasimuutoslämpötila laskee F => B => M => Rp0.2 kasvaa muokkauksesssa = myötämisjännitys - myötölujuus 8

9 Saavutettavissa olevat myötölujuudet Hienorakeisillä ferriittisillä teräksillä Laser MC, Optim MC Liuoslujittuminen Mikroseosaineiden erkautuslujittuminen Raerajalujittuminen Voidaan saavuttaa myötölujuus 700 MPa Suuremmat lujuudet vaativat martensiittisia tai bainiittisia matriiseja 9

10 Myötölujuus N/ mm lujitusmekanismit 315 MPa 700 MPa 10 Erkaumat Dislok Raerajat Liuos Fe-matriisi Martensiitti / Bainiitti MPa

11 Charpy V -iskusitkeys Brittle Ductile At transition 11 temperature

12 Isku- ja murtumissitkeys Transitiolämpötila (ITT) Murtumistai onkalo iskusitkeys J F Knott, Fundamentals of fracture mechanics Lämpötila Sitkeä Hauras onkalo + lohkomurtuma 12

13 Isku- ja murtumissitkeys Ylätasanteen sitkeys (absorboitu energia) Onkaloiden ydintyminen ja kasvu mitä enemmän kovia partikkeleita sitä pienempi ε murto => absorboitu energia pienenee Loven alla olevan plastisen alueen koko mitä korkeampi myötölujuus sitä pienempi plastinen alue => absorboitu energia pienenee Transitiolämpötila Lohkomurtuman ydintyminen hauraiden faasien koko ja muoto Lohkomurtuman kasvu Suurikulmaisilla raerajoilla paras pysähtymiskyky Pieni (suurikulma)raekoko => matala 13 transitiolämpötila

14 Sitkeä: plastinen myötäminen Iskusitkeys iskusitkeys onkalo Lämpötila J F Knott, Fundamentals of fracture mechanics onkalo + lohkomurtuma Hauras: halkeama {100} -tasoilla. Atomisidokset repeävät vähällä plastisella muodonmuutoksella Lohkomurtuma täytyy pysähtyä ja ydintyä uudestaan raerajalla.

15 Iskusitkeys iskusitkeys, J Pääjännitys MPa Lämpötila Lämpötila Kriitinen jännitys lohkomurtuman kasvuun, σ c myötämisjännitys V-loven alla, σ m Karkeasti, σ c on riippumaton lämpötilasta, se kasvaa jos raekoko tai karbidipaksuus pienenee. σ m kasvaa voimakkaasti lpt:n pudotessa. Koko käyrä nousee kun teräksen lujuus nousee. Leikkauspiste => transitiolpt, jolloin pienempi raekoko => matalampi trans.lpt. ja lujempi teräs tai isommat karbidit => korkeampi trans.lpt

16 Iskusitkeys (Impact transition Temperature ITT) Raekoko d pienenee 16

17 Iskusitkeys - myötölujuus 17

18 Lujuus sitkeys -tasapaino Murtumis- tai iskusitkeys Ni & raerajalujittuminen Kaikki muut lujittumis- mekanismit Ni kallis => pieni raekoko paras keino parantaa sekä lujuutta että iskusitkeyttä => Termomekaninen valssaus Lämpötila