Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Transkriptio

1 Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

2 Yksinkertaiset lämpökäsittelyt

3 Pehmeäksihehkutus Nostetaan lämpötilaa Diffuusio voi tapahtua Dislokaatiot palautuvat Materiaali pehmenee Rekristallisaatio Ei ylitetä faasirajoja

4 Jännityksenpoistohehkutus Nostetaan lämpötilaa Myötölujuus laskee Viruminen alkaa Jäännösjännitykset laukeavat Lujuus ei merkittävästi alene 4

5 Teräkset

6 Teräkset Tärkein konstruktiometalli Rauta-hiili -seoksia, joissa alle 2.14% hiiltä (tyypillisesti paljon vähemmän) 6

7 Polymorfia Ominaisuudet laajasti muokattavissa TKK -kiderakenne matalissa lämpötiloissa Suuri lujuus PKK -kiderakenne korkeissa lämpötiloissa voidaan saada stabiiliksi matalissa lämpötiloissa seostuksella 7

8 Rauta-hiili tasapaino 8

9 Teräksen rakennuspalikat Feriitti raudan stabiili kidemuoto huoneenlämpötilassa (BCC) liuottaa max 0.022% hiiltä Sementiitti Rauta-hiili yhdiste Fe3C Kova, hauras faasi Austeniitti raudan stabiili kidemuoto korkeissa lämpötioissa (FCC) liuottaa max 2.14% hiiltä pehmeä Eri mikrorakenteet kuvaavat ferriitin ja sementiitin erilaisia yhdistelmiä, joilla saavutetaan erilaisia ominaisuuksia 9

10 Lämpökäsittely Tavoitteena: vaikuttaa hiilen erkautumiseen kiderakenteeseen (martensiitti) Hiilen liukoisuus austeniittiin suuri Kontrolloidulla jäähdytyksellä voidaan vaikuttaa hiilen erkautumiseen 10

11 Ferriittis-perliittinen mikrorakenne 11

12 Ferriittis-perliittinen mikrorakenne 12

13 Ferriittis-perliittinen mikrorakenne 13

14 Spheroidization Pitkä hehkutus austeniittialueen alapuolella Sementiitti palloutuu Sementiittierkaumat kasvavat 14

15 Spheroidized 15

16 Ominaisuudet Pehmeä Muovattava 16

17 Normalisointi Teräksellä raekoon pienentämiseksi 17

18 Normalisointi 18

19 Hehkutus Normalisointi => täysi austenointi 19

20 Perlitointi Hehkutus austeniittialueella Hiili liukenee austeniittiin Jäähdytys => hiili erkautuu ferriitiksi ja perliitiksi 20

21 Ferriittis perliittinen 21

22 Hyper-eutektoidinen 22

23 Perliitti 23

24 Ominaisuudet Lujuus kasvaa Hiili lisää lujuutta tehokkaasti 24

25 Jäähtymisnopeuden vaikutus Nopeampi jäähdytys nopeus => hienompi lamellirakenne Suurempi lujuus ja sitkeys Enemmän perliittiä (?) 25

26 Nopealla jäähdytksellä ferriittireaktio voidaan ohittaa Poiketaan tasapainosta 26

27 Kuinka nopeasti? TTT-käyrät (timetransformation-temperature) CCT-käyrät (continuouscooling-transformation) 27

28 28

29 TTT / CCT käyrät Välttämätön lisä tasapainopiirrokseen lämpökäsittelyn tueksi Riippuvat koostumuksesta Seosaineet vaikeuttavat hajaantumista => Siirtävät hajaantumista oikealle ja alas 29

30 Entä jos... Jäähdytetään vielä nopeammin Hiili ei ehdi diffuusion avulla hajaantua Perliittireaktio estyy => bainiittireaktio 30

31 Bainiittireaktio Hajaantuminen tapahtuu mekanismilla, joka vaatii vähemmän diffuusiota Neulasmainen reaktio Hyvin hienojakoinen Hyvin luja ja sitkeä Monet paineastiateräkset 31

32 Bainiitti 32

33 33

34 Entä jos... Jäähdytetään niin nopeasti ettei bainiittireaktiokaan tapahdu => martensiittireaktio alkaa 34

35 Martensiitti Vaatii jatkuvaa lämpötilan alenemista Hiili jää ylikyllästeisenä ferriittiin 35

36 Martensiitti 36

37 37

38 38

39 Martensiitti Erittäin lujaa kovaa haurasta Vesisammutus Seosteräksillä öljysammutus 39

40 Seostuksen vaikutus 40

41 Seostus Vaikeuttaa hajaantumista (seosatomienkin täytyy järjestyä) Perliitti- ja bainiittialueet siirtyvät oikealle ja alas M s ja M f lämpötilat alenevat Perliittireaktio vaikeutuu enemmän kuin bainittireaktio, joka vaikeutuu enemmän kuin martensiittireaktio Martensiittireaktio tapahtuu hitaammilla jäähtymisillä (=> sammutus öljyyn jne.) 41

42 M f lämpötila Laskee seostuksen ja hiilipitoisuuden mukana Voi laskea alle huoneenlämpötilan => rakenteeseen jää austeniittia ("jäännösausteniitti") Pakkaskarkaisulla martensiittireaktio loppuun Martensiittireaktio voi jatkua muokkauksen johdosta => työstökarkeneminen 42

43 Ainepaksuuden vaikutus Jäähtyminen pinnan kautta Syvemmälle mentäessä jäähtyminen hidastuu Seostetummat teräkset ovat "syvään karkenevia" 43

44 44

45 Martensiitti tulee päästää Haurauden vuoksi martensiittia ei yleensä käytetä sellaisenaan Suoritetaan päästö hehkutus matalammassa lämpötilassa ylikyllästeinen hiili erkautuu lujuus pienenee, sitkeys lisääntyy mitä korkeampi päästölämpötila suurempi sitkeys pienempi lujuus 45

46 Päästö Matalassa lämpötilassa tetragonaalisuus vähenee Sitkeys lisääntyy Korkeassa lämpötilassa lujuus vähenee enemmän Sitkeys kasvaa 46

47 Nuorrutus Martensiittikarkaisu + korkea lämpötilan päästö = nuorrutus Erinomainen lujuus-sitkeys yhdistelmä Ominaisuudet muokattavissa 47

48 Nuorrutettu mikrorakenne 48

49 Martensiittikarkaisu yhteenveto Liuotushehkutus austeniittialueella hiili liukenee Nopea sammutus M f lämpötilaan kova martensiitti Päästö: hehkutus matalammassa lämpötilassa hiili erkautuu hienojakoisena matalassa lämpötilassa 49

50 50

51 Erkautuskarkaisu 51

52 Erkautuskarkaisu Korkeassa lämpötilassa seosaineet liuotetaan Nopealla jäähdytyksellä seosaineet jäävät liuokseen Kontrolloitu hehkutus erkauttaa paljon pieniä erkaumia

53 Duralumiini Seostetaan pieniä määriä kuparia Liuotetaan korkeasssa lämpötilassa Jäähdytetään nopeasti Erkautetaan hallitusti 53

54 Lämpötila-alueet 54

55 55

56 Erkautuva faasi metallien välinen yhdiste 56

57 57

58 58

59 Esimerkkejä kaupallisista seoksista 59

60

61 61

62 62

63 63