Luento 5 Hiiliteräkset

Transkriptio

1 Luento 5 Hiiliteräkset

2 Hiiliteräkset Rauta (<0,05% C) Niukkahiiliset (<0,25% C) Keskihiiliset (0,25 0,6% C) Runsashiiliset (0,6 2,11% C) Hiili on halvin tapa lisätä lujuutta Samalla sitkeys heikkenee

3 Terästen luokittelu seostuksen ja rakenteen perusteella

4 Hiiliteräkset - Hiili keskeinen seosaine, rauta vs. teräs, lujuus, hitsaus jne. - Eri jaotteluperusteet (esim. ali- ja ylieutektoidiset sekä eutektoidiset teräkset) - Hiilellä keskeinen merkitys hitsattavuudessa - C ekv = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 - Kylmähalkeama - Vetyhauraus - Jäännösjännitykset - Kovat martensiittiset mikrorakenteet

5 Hiiliterästen jako hiilipitoisuuden perusteella Rauta (C%<0,05%) - ferriitiä + raerajasementiittiä - helposti muovattavaa, pehmeää - taipumus lohkomurtumaan - magneettiset sovellukset (Si-seostus) Niukkahiiliset teräkset (0,05 0,25%C) - alieutektoidisia - ferriittiä ja perliittiä (n. 2/3 ferriittiä) - rakenneteräksiä, eivät sovellu karkaisuun ja nuorrutukseen - työstö kärsii liiasta sitkeydestä, perliitti parantaa - hyvä hitsattavuus * ei muodostu haurasta martensiittia * ei taipumusta kuumahalkeamaan - huono karkenevuus (suuri kriittinen jäähtymisnopeus), ei kylmähalkeamia - pieni seosainepitoisuus, ei kuumahalkeamia - mekaaniset ominaisuudet - murtolujuus MPa - korostunut myötöraja välillä MPa - lohkomurtuma - käyttö erittäin laajaa * kuumamuovatut levyt, tangot, pultit, ruuvit, mutterit, ohutlevytuotteet

6 Keskihiiliset teräkset ( %C) - (Ferriitis-) perliittinen tai päästömartensiittinen mikrorakenne - Rakenneteräksiä, mutta soveltuvat myös liekki- ja induktiokarkaisuun sekä nuorrutukseen - Yli 0.5 %:n C-pitoisuuksilla pehmeäksihehkutus työstöä ja muokkausta varten - Murtolujuus MPa, nuorrutuksella MPa (jopa 1800 MPa) - Hiilipitoisuuden kasvaessa lujuus kasvaa, mutta sitkeys heikkenee - Nuorrutus parantaa sitkeyttä - Hitsattavuus heikkenee * karkenee helpommin ja martensiitti lujempaa ja haurampaa * esikuumennus - Käyttö: karat, luistit, hammaspyörät, kilat, teräslanka, jouset jne.

7 Runsashiiliset teräkset ( %C) - Suuren lujuuden rakenneteräkset - Jos rakenneteräksenä, vaativat yleensä normalisoinnin/nuorrutuksen - Käytetään myös työkaluteräksinä, mutta kovuus alenee nopeasti lämpötilan laskiessa, huono päästönkestävyys - Seostuksella saadaan parannettua ominaisuuksia, mutta myös hinta nousee - Lujuus MPa - Käyttö: muotit, vasarat, taltat, meistit, viilat jne.

8 Niukkahiilinen teräs

9 Niukkahiilinen teräs

10 Niukkahiilisen teräksen jännitys-venymäkäyrä

11 Niukkahiilisen teräksen jännitys-venymäkäyrä

12 Niukkahiilisen teräksen dynaaminen myötövanheneminen

13 Niukkahiilisen teräksen dynaaminen myötövanheneminen bake hardening

14 Niukkahiilisen teräksen iskusitkeys

15 Niukkahiilisen teräksen lujuuden riippuvuus lämpötilasta

16 Niukkahiilisen teräksen haurasmurtuma

17 Niukkahiilisen teräksen haurasmurtuma

18 Haurasmurtuman mekanismit

19 Hiilipitoisuuden vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

20 Raekoon vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

21 Epäpuhtauksien vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

22 Mangaani- ja nikkelipitoisuuden vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

23 Lämpökäsittelyn vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

24 Niukkahiilisten terästen hitsaus

25 Niukkahiilisten terästen hitsaus

26 Hiiliteräksen kuumahalkeilu

27 Fe-S tasapainopiirros raudalle ja nikkelille

28 Fe-P tasapainopiirros raudalle ja nikkelille

29 Kuumahalkeilutaipumus UCS = Unit of cracking severity UCS = 230C + 190S + 75P + 45Nb 12.3 Si 5.4Mn -1 C 0,08% UCS 8 15

30 Kylmähalkeilu Kylmähalkeama - Vetyhauraus - Jäännösjännitykset - Lovivaikutus - Kovat martensiittiset mikrorakenteet C ekv = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

31 Hiiliekvivalentti

32 Lamellirepeily

33 Kylmämuokkauksen ja hiilipitoisuuden vaikutus hiiliteräksen lujuuteen

34 Keskihiiliset teräkset ( %C) - (Ferriitis-) perliittinen tai päästömartensiittinen mikrorakenne - Rakenneteräksiä, mutta soveltuvat myös liekki- ja induktiokarkaisuun sekä nuorrutukseen - Yli 0.5 %:n C-pitoisuuksilla pehmeäksihehkutus työstöä ja muokkausta varten - Murtolujuus MPa, nuorrutuksella MPa (jopa 1800 MPa) - Hiilipitoisuuden kasvaessa lujuus kasvaa, mutta sitkeys heikkenee - Nuorrutus parantaa sitkeyttä - Hitsattavuus heikkenee * karkenee helpommin ja martensiitti lujempaa ja haurampaa * esikuumennus - Käyttö: karat, luistit, hammaspyörät, kilat, teräslanka, jouset jne.

35 Keskihiiliset teräkset

36 Runsashiiliset teräkset ( %C) - Suuren lujuuden rakenneteräkset - Jos rakenneteräksenä, vaativat yleensä normalisoinnin/nuorrutuksen - Käytetään myös työkaluteräksinä, mutta kovuus alenee nopeasti lämpötilan laskiessa - Seostuksella saadaan parannettua ominaisuuksia, mutta myös hinta nousee - Lujuus MPa - Käyttö: muotit, vasarat, taltat, meistit, viilat jne.

37 Runsashiilisten terästen käyttö

38 Terästen luokittelu seostuksen ja rakenteen perusteella