Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Transkriptio

1 Rikasta pohjoista Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

2 Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Nimi Numero CK45 / C45E (1.1191) 19MnVS6 / 20MnV6 (1.1301) 38MnV6 / 38MnVS6 (1.1303) 15CrMoV5 (1.8521) HY4520 Materiaaliryhmä Järjestysluku 1=teräs Teräsryhmä SFS-EN :2016 SFS-EN :2015 Raimo Ruoppa 2

3 Teräksen valmistus Terästen mikrorakenteista Teräksen mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa Seostus Sulan käsittely Muokkaus Lämpökäsittely Jatkokäsittely Ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa laajasti Lujuus Kovuus Sitkeys Muovattavuus Iskunkestävyys Kulumisen kestävyys Korroosion kestävyys jne. Raimo Ruoppa 3

4 Terästen mikrorakenteista Terästuotteiden käsittelytilaa kuvaavat tunnukset SFS-EN :2016 Käsittelytilan tunnus kertoo, miten terästä on prosessoitu Teräs voidaan toimittaa eri käsittelytiloissa Jatkokäsittelyssä voidaan muuttaa tilaa Raimo Ruoppa 4

5 1000 Terästen mikrorakenteista Fe-C-systeemin tasapainopiirros Austeniitti (γ Fe, pkk, C max =2,1%) Lämpötila( C) Ferriitti ,02 Austeniitti + Ferriitti Austeniitti A 3 A 1 Ferriitti+Sementiitti (Perliitti, Bainiitti) 0,8 Austeniitti +Sementiitti C-pitoisuus (p-%) 1,6 Tasapainopiirroksesta nähdään, mikä tai mitkä faasit ovat termodynaamisesti stabiileja tietyllä hiilipitoisuudella tietyssä lämpötilassa Lämpötilan muuttuessa tapahtuu faasimuutoksia Esim. A 3, A 1 ja faasialueiden rajoja A cm Raimo Ruoppa 5 Ferriitti (α Fe: tkk, C max =0,02%) Sementiitti (Fe 3 C, C=6,7%) Perliitti = Ferriitti + Sementiitti Bainiitti = Ferriitti + Sementiitti Martensiitti (α -Fe, tkt, C-ylikylläinen metastabiili faasi)

6 Terästen mikrorakenteista Lämpötila Austeniitti CCT (Continuous Cooling Temperature) A 1 Bainiitti Ferriitti +Perliitti Seostuksen lisääminen (C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, B ) Faasimuutokset hidastuvat suurempi karkenevuus M s Martensiitti Aika (log t) Hitaassa jäähtymisessä hiili ehtii erkautua, jolloin muodostuu Perliittiä tai Bainiittia Nopeassa jäähtymisessä hiili jää sijoilleen, jolloin syntyy Martensiittia M s :n alapuolella Seostus vaikuttaa kriittiseen jäähtymisnopeuteen Mitä suurempi karkenevuus, sitä paksumpi kappale myös läpikarkenee Raimo Ruoppa 6

7 Terästen mikrorakenteista A 1 Austeniitin hajaantuminen Ferriitti + Perliitti Bainiitti Martensiitti F P Ferriitti+ Sementiitti B Ferriitti+Sementiitti Jäähtymisnopeus kasvaa Miekk-ojan metallioppi R p = 300 MPa R m = 500 MPa Lujuus ja kovuus kasvaa, sitkeys pienenee R p = 1500 MPa R m = 1800 MPa Raimo Ruoppa 7

8 Terästen mikrorakenteista Nuorrutus (+QT) Karkaisu eli austenointi + sammutus (+Q) -> Martensiitti (luja, mutta hauras) Päästö C (+QT) Matalassa lämpötilassa Päästömartensiittia Korkeassa lämpötilassa Ferriittiä + Sementiittiä Lujuus ja kovuus laskee, sitkeys paranee Raimo Ruoppa 8 Terästen lämpökäsittelyt - Teknologiateollisuus

9 Terästen mikrorakenteista Normalisointi (+N) Terästen lämpökäsittelyt - Teknologiateollisuus Hidas kuumennus T>A 3, hidas jäähdytys Tavoitteena raekoko pienentäminen, Ferriitti+Perliitti Mekaaniset ominaisuudet paranee Raimo Ruoppa 9

10 Hiiliekvivalentti SFS-EN CCCCCC = CC + MMMM 6 Hitsattavuudesta + (CCCC + MMMM + VV) 5 + (NNNN + CCCC) 15 Suuri hiiliekvivalentti -> Ferriitin ja Perliitin muodostuminen hidastuu Hitsin jäähtyessä muodostuu helpommin Martensiittia (hauras) Hitsattavuus huononee Karkeneminen riippuu jäähtymisnopeudesta (CCT-käyrät) t 8/5 = aika, jossa hitsin lämpötila laskee 800 C:sta 500 C:een (faasimuutokset tapahtuu ko. lämpötila-alueella) Paksu levy -> pienempi t 8/5 -> karkeneminen voimakkaampaa Lämmöntuonti Q (kj/mm) Q kasvaa -> suurempi t 8/5 -> vähäisempi karkeneminen, iskusitkeys huononee Liitosmuoto vaikuttaa jäähtymisnopeuteen Esilämmitys -> hitaampi jäähtyminen -> suurempi t 8/5 -> karkeneminen vähenee Mikrorakenteen hallinta Raimo Ruoppa 10

11 Hitsattavuudesta Teräksen hitsattavuus on tärkeä materiaaliominaisuus, joka tulee ottaa huomioon materiaaleja ja valmistusmenetelmiä valittaessa Teräksen hitsattavuus on hyvä, kun siihen voidaan valmistaa ilman erityistoimenpiteitä hitsausliitos, joka paikallisilta ominaisuuksiltaan ja rakenteeseen kohdistuvilta vaikutuksiltaan täyttää asetetut vaatimukset Parempi hitsattavuus merkitsee väljempiä rajoja esim. hitsausmenetelmien ja lämmöntuonnin suhteen ja lisäaineiden valinnalle sekä pienempiä kustannuksia erilaisten ongelmien välttämiseksi Perinteiset raja-arvot: CEV < 0,41 hyvä hitsattavuus 0,41 < CEV < 0,45 kohtalainen hitsattavuus CEV > 0,45 on huono hitsattavuus Noudattamalla ohjeistusta voidaan myös huonosti hitsattavaa terästä hitsata!

12 CK45 / C45E (1.1191) Teräkset Seostamaton nuorrutusteräs SFS-EN ISO 683-1:2018 (korvannut standardin SFS-EN :2006) Koostumus C Mn Si S P V Ni Cr Mo Cu CEV = 0,72 Ferriitti + Sementiitti (+QT) / Ferriitti + Perliitti (+A /+N) Mekaaniset ominaisuudet +QT Rp 430 MPa Rm MPa A 14% N Rp 305 MPa Rm 580 MPa A 16% Raimo Ruoppa 12

13 Teräkset 19MnVS6 / 20MnV6 (1.1301) Mikroseostettu erkautuskarkeneva teräs SFS-EN 10267:1998 Koostumus C Mn Si S P V Ni Cr Mo N CEV = 0,53 S -> koneistettavuus Ferriitti + Perliitti (Bainiitti + Martensiitti) (+P) Mekaaniset ominaisuudet Rp 390 MPa Rm MPa A 16% Raimo Ruoppa 13

14 Teräkset 38MnVS6 / 38MnV6 (1.1303) Mikroseostettu erkautuskarkeneva teräs SFS-EN 10267:1998 Koostumus C Mn Si S P V Ni Cr Mo N CEV = 0,72 S -> koneistettavuus Ferriitti + Perliitti (Bainiitti + Martensiitti) (+P) Mekaaniset ominaisuudet Rp 520 MPa Rm MPa A 12% Raimo Ruoppa 14

15 15CrMoV5 (1.8521) Teräkset Typetysteräs (pintakarkaisu) DIN (korvattu standardilla SFS-EN 10085:2001, jossa tätä ei ole) Koostumus C Mn Si S P V Ni Cr Mo N CEV = 0,82 Ferriitti + Sementiitti (+QT) Mekaaniset ominaisuudet Rp 750 MPa Rm Mpa A 10% Pintakarkaisu N-atmosfääri -> Cr, Mo, V muodostavat nitridejä Pintakovuus 800HV 1 Raimo Ruoppa 15

16 HY4520 Teräkset Mikroseostettu teräs Jiangsu New Heyi Machinery Co., Ltd ISO 9001:2008 Koostumus C Mn Si S P V Ni Cr Mo Cu CEV = 0,77 Ferriitti + Perliitti, ei nuorrutettu Mekaaniset ominaisuudet Rp 520 MPa Rm MPa A 17% Kromipinnoitus 20-30µm Pintakovuus HV Raimo Ruoppa 16

17 Kiitos! Kysymyksiä? Raimo Ruoppa 17

18