KARKAISIJAN KÄSIKIRJA

KARKAISIJAN KÄSIKIRJA

AMMATTIEN EDISTÅMISLAITOKSEN AMMATTIKIRJOJA N:n 1 PAAVO PERO KARKAISIJAN KABIKIRJA TOINEN PAINOS 75 Kli\.A.A JA KAKSI VA.RIKUVAI.IITETTÅ H LSINGISSÅ KUS TANNUSOSA K EYH Tl 0

Kuslonnusosokeylllill Otavan klrjoji&ino, Hel ln ri Ni, 1982

ALKUSANAT ENSIMMAISEEN PAINOKSEEN. V. 1922 teolli8uttden, kiisityön ja maatalouden keakuselimet peruslit"at maaluuntne Ammaltienedistiimislaitok86n, jonka tel!lät.'dnä on 1) toimeenpanna kursbeja, 2) antaa. nettt:oja ja la'u811ntoja, 3) järjeatiiä näyttelyilii, 4) perustaa, lurilaa ja kartuttaa atji'mattikirjastoa ja lua:usalia, 5) toimeenpanna kierttwiä luentoia, k11rsseja ja näyttelyitä tai at'1l&taa niiden toi meenpa1w8ba, 6) edial.ää ammatiuism kirjallis11uden sekä opet 1st'ålineiden aikaa nsaamista. V iimeksitnainitun toimiftlansa AmmaUienedislämi8laitos aloittaa tcimän. kif"jan julkaisemi&ella. Kirja sisdltiiä pääasiassa sanaan, minkä im. Paavo Pero on luemwinut jo 8:lla toitneenpanemallamme karkaisulcurssilla liihes 300 ammattimiehen lyydylykaeksi. Kirjan koko ja sidonta on koetettu saada seuaiseksi, että kirja on sekä käytännöllinen eltii hauskan11iikiiifum. Tarkoilus on, että laitoksen se raat-alkin kirjat ilmestyt'tit samoiasa merkeissä. Kiitämme lämpimästi ins. Poo,ro Peroa Karkai&ijun käsikirjan kirjoittamisesta. Toi't'Omtne kirjan kunnialla täyttth'ån suuria taloudellisia arvoja koskeltelm:an lehiät:änsä. Ammattienedistämislaitoksessa loukok. 5 p. 1926. V iiinö Valkola.

ALKUSANAT TOISEEN PAINOKSEEN. Se m.eidäfl. oloisbgmme nopea menekki, minkä Kaf'kGiBi.jan käsiltit'jan ensimmäinen paitw8 on 100nut, OBOittaa, ett4 kirja on outtt tm-peeuitaen ja hyödguinen ammattimiela.illemme. Tässä toisessa painolcsusa oleta. eailtiinyt seikkoja, jotka edelleen valaiaeoot tt:rii1tm. käsiuelyasä esiintyviä ilmiöitä ja jotka karkaisijan ja yleensä reräksen käsiltezijtin on hyvä ammatissaan tietää. Helsingi88ä maaliskuulla 1932. Poow Pero.

ENSIMMÄINEN OSA. Rauta, rautalajit ja niiden ominaisuudet. 1. Raudasta yleensä. 1. Raudan ja teräksen valmistuksen ja käytön kehitys. Rauta on vanhimpia tunnettuja metalleja., ennen sitä lienevät vain kulta. ja hopea olleet tunnettuja. Vanhanajan kansain mahtavat kivityöt (egyptilä.isten pyramidit, hindujen kivikuvat y. m.) ovat vaatineet teriksisiä työkaluja. Vanhin rautaesine, mikä on säilynyt jälkimaailmalle, on Keopsin pyramidista (rak. noin v. 2800 e. Kr.) löydetty kivimoukari, joka siis on noin 5,000 vuotta vanha. On sangen vaikeata tarkoin arvioida raudan käytä.ntööntuloaikaa, koska. rautaesineet roostomisen vuoksi tyyten häviävät. Historiallisten tietojen perusteella mainitaan kiinalaisten käyttäneen rautaa ainakin n. v. 3000 e. Kr., hebrealaiset ma.initsevat raudasta n. v. 3000 e. Kr., assvrialaisilla oli rautavanteisia vaununpyöriä v. 1300 e. Kr.. Ensimmäiset rautaesineet ovat meteoriittirautaa. Keopsin pyramidin moukari lienee siitä tehty. Raut-a oli alussa harvinaista.. Mutta sen mukaan kuin löydettiin parempia raakaaineita, malmeja, ja keksittiin parempia valmistuskeinoja, tuli rauta yhä yleisemmäksi. Jo aikaisin osattiin (esim. Kiinasea) valmistaa m. m. terästä, jonka veroista tuskin vielä nykyäänkään kyetään valmistamaan (Wootz- ja Damast-teriis). Parhaat Damast-teräksiset veitset ja miekat olivat ihmeellisen kovia, sitkeitä ja leikkuukeatil.viä. Teräksen valmistuksen

varsinainen keksintö lienee tehty lntiama, si11ä jo v. 2000e. Kr. olivat hindut teräksen valmistajina ja aseseppinä tunnettuja. Sittemmin olivat Persia ja Syyria. (erikoisesti Damaskos) tästä taidosta kuuluisia. Länsimaat oppivat taidon paljon myöhemmin eivätkä pääaseet teräksen valmistustaidossa niin korkealle kuin itö.maat. Kuitenkin oli teräksen valmistus 15:nnen vuoail'adan lopulla Euroopassa hyvin yleistä ja teräksen karkaisun ja!)polttamisen taisivat kaikki sepät. - Vanhan intialaisen kertomuksen mukaan valmistettiin tuo kuuluisa itämainen teräs siten, että Mirtapellista tuotua magneetti rautahietaa ja Kandaburista saatua punarautakiveä sekoitettiin ja sulatettiin puuhiilihehkussa 24 tuntia; jäähtyneln kuonan seasta löytyi sitten kappale hienointa, lasikovaa terästä. Kun tätä moneen kertaan yhä uudelleen kuumennettiin, taottiin ja vaivattiin, sai se kovuutensa lisäksi erinomaisen sitkeyden ja joustavuuden. Näistä ominaisuuksista juuri johtui itämaisten aseitten erinomainen maine vanhalla- ja keskiajallakin. Sulatusuunina lienee alus!!& ollut vain maakuoppa. johon käsipalkeilla puhallettiin ilmaa. Maakuopas.--a Afrikan neekerit vielä tä.nii päivä.näkin valmistavat suoraan malmista rautaa käyttäen polttoaineena karjan lantaa: tämä neekerien rauta on kuitenkin aivan meltoa, karkene matonta. - Jo aikaisin keksittiin teräksen vö.lillinen valmistus: pehmeätä, suoraan malmista valmistettua takorautaa kuumcnncttiin lehtipuul1iilten seassa. Näin tpolttamalla valmilltetaan parasta terästä vielä. nykyäänkin; tasaiseksi se tehdään takomalla, vaivaamalla ( 5). Karkaisu toimitettiin llitten pistiimällii teräs veteen tai usein varsin eriskummallisiin nesteisiin. Taisivat suomalaisetkin teräksenteon. Siitä ja karkaisusta kej"tioo kuvaavasti Kalevalamme (9: 201-21 ): Yiel' oli pikkusta vajalla, rautamukka tarpcbe&sa: Eipii kiebu rauan kieli, ei Kuken suu teräksen,

rauta ei kasva karkeaksi ilman Yce sä kastmnatta. SiitA seppo Ilmarinen laati pikkusen poroa, lipeiistä liuotteli teråksenteko-mnjuiksi, rauankarkaisn-vesiksi. Tunsivat suomalaiset yhdistetynkin (kompound) teriiks('n valmistuksen (Kalevala 17: 35): Pane Myömmehen terä.kset, vei päälle meltorauta Kuten edelläesitetystä käy selville, oli teräksenteko ja -knrkaisu suunnilleen samanlaista muinoin kuin nykyäänkin. Ero on pääasiallisesti vain siinä, että nykyiset teräksen valmistus- ja karkaisulaitteetkin ovat suunnattomasti suuremmat ja l'nmalla teräslajit ovat tulleet mitä moninaisimmik i ja niiden teknillinen tuntemus sekä käyttii yleistynyt. Koska raudan tieteellisen tutkimuksen ja valmistuksen perusteet ovat tii.rkeät jokaiselle, joka rautaa ja terästä joutuu käsittelemään, on seuraavansa. niistä lyhyt selostus.1 Raudan valmlsluksesla. 2. Malmin pelkistys. Rauta saadaan malmeista, joissa on raitsi rautaa (25-70%) ja happea, tavallisesti myijskin mangaania. piitä, rikkiä, fosforia, lyijyä y. m. aineita. Entisaikaan 1 Laajemmin selostavat raudan \'ahnimtusta m. m. seuraavat kirjat: A. Aartovaara, Uandan vahni <htkt csta (loppuunmyyty), \'. Valkola, llctalliteollisuuden tarvcaineet, P. Pero, llckanincn teknologia.

10 erotettiin (pelkistettiin) happi raudasta ensi aluksi, kuten sanottu, maakuopibs&, sittemmin n. s. h a r k k o h y t e i s s ä.. Harkkohytit olivat matalia purnu-uuneja ja rauda.n valmistus alkuaikoina m. m. Suomessa tavallaan kotiteollisuutta. Talonpojat ja sepät näet valmistivat itse rauta.nsa. Niinpä Kustaa 1 määräsi v. 1555, että jokaisen neljänneksen Savonlinnan läänissä t.tdi maksaa veroin& m. m. 3 leiviskä& rautaa. Harkkohyteissä pelkistettiin malmit suoraan takoraudaksi. Noin v. 1480 keksittiin valurauta ja siitä lähtien tpuhalletaant malmeisto. ensin takki- (eli raaka-)rautaa, ja tästä valmistetaan sitten tmelloittamauat taottavat rautalajit. 3. Takkinuulan t.'olmibtm tapahtuu nykyään m a s u u ni s s a lämmön, hiilen ja kuona-aineiden avulla. Lämpö aikaansaadaan puuhiiliä tai koksia polttamalla (sä.hköä.kin käytetään). Polttoaineen hiili poistaa malmista hapen, ja se myös sitten yhtyy pejkistyneeseen rautaan. Malmin sisältämät kivennä.isaineet sekä polttoaineen tuhka y. m. sulamattomat kuona-aineet saatetaan aulaan muotoon kalkkikiven avulla. Tähän sulaan kuonaan sitten yhtyy vielä osa malmin sisältämistä vieraista aineista. määrin saadun raudan ominaisuudet. Kuonan laadusta riippuu suuresaa Masuunist& saadaan, paitsi rautaa, sivutuotteena myöskin sementiksi, lasitiilikai y. m. kelpaavaa kuonaa sekä. sitäpaitsi arvokasta masuunikaaaua, jota käytetää.n polttoaineena puhallusilman kuumentamiseen, höyrykattilain lämmitykseen, polttomoottoreihin y. m. Maauunista saatu raut-a on takkimutaa. Polttoaineesta riippuen on se pt ukiilirautaa tai koksirautaa. Puuhiilirauta on puhtaampaa rikistä ja fosforista kuin koksirauta. Takkirautaa voidaan valmistaa erilaista, riippuen sen käytöstä ja myöskin siitä, mitä. aineita rnalmi kulloinkin sisältää. Takkirautaa on kahta päälajia: Harmaa eli valutakkirauta ja Valkoinen eli melloitustakkirauta. Harmaa takkirauta on kaupassa pitkinä harkkoina, vai-

koineo tavallisesti litteinä. nelikulma.isina laattoina. Edellinen on murtopinnaltaan harmaa, jälkimmäinen valkoinen. Takkiraud&888. on hiiltä 2,...--.4,6 %- Sitä ei voida takoa. Vain sellaista rautaa voi takoa, jonka hiilimäärä on alle 1,7 %:in. II Rauta, jonka hiilimä.ä.rä on alle O,s %:in, ei enää karkene riittävästi, paitsi jos siinä on seosaineita, jotka lisäävät karkaisukovuutta. 4. Taottavien. rautalajien t:almistus. Takkirauta sisältää, kuten sanottu, runsaasti hiiltä ja on sentä-hden haurasta ja takomiseen soveltuma.tonta. Taottavakai saadaan rauta alentamalla sen hiilenpitoisuutta. Tämä tapahtuu melloiltamalla. Melloitustapoja on kaikkiaan kuusi: ahjo-, putla-, bessemer-, siemens-martin-, upokas- ja sähkömel1oitustapa. Ahjomellai tustapa on vanhin, mutta nyt jo käytännöstä häviämäisillää.n. Takkirautalaatat sulatetaan erikoise888. ahjossa puuhiililli, sulanut rauta tippuu puhallusilman lävitse ahjon pohjalle sulan kuonan sekaan, jolloin raudan hiili, mangaani, pii, fosfori ja rikki yhtyvät ilman ja myöskin kuonan happeen. Sulatus toistetaan kunnes raudan hiili on kylliksi vähentynyt. Saatu takarauta tulee ahjosta pienistä palloista yhteentakertuneena jähmeä.nä möhkäleenii, joista taotut kanget ovat suonikkaita. Ahjorautaa nimitettiin keitto- eli hitsiraudaksi ja myöskin suoniraudaksi. P u t 1 a m e 11 o i t u s toimitetaan lieskauunissa, josba takkirauta sulaa ja sekaantuu hapenpitoiseen kuonaan. Osaksi ilman, osaksi kuonan happi polttaa raudasta hiiltä y. m. ainetta. Rauta saadaan tässäkin uunista jähmeinä möykkyinä (keittorautaa). Putlamelloituskin on häviämässä. Be sae me r- ja tuoma sme II o i t us. Sulan takkiraudan livitae painetaan ilmaa, jolloin ilman happi polttaa siitä hiiltä. ja muita aineita. Jos hiilimäärä menee liian alhaiseksi (mikä vahingollisten aineiden, fosfotin ja rikin, poistamiseksi tavallisesti on välttämätöntä), kohotetaan se haluttuun määrään lisäämällä hiilirikasta takkirautaa tai heittämälli sulan

12 raudan pinnalle hiilimurskaa. Melloitus toimitetaan päärynän muotoisessa kieppu-uunissa. Saatu rauta kaadetaan sulana harkkomuotteihin. Bessemer-melloituksessa käytet-ään mahdollisimman viihärikkistä ja vähäfosforista takkirautaa. Uuni on Risustettu kvartsipitoisella tulenkestävällä aineena. Melloitusta nimitetään myös happameksi melloitukseksi ja saatua rautaa happameksi. - Tuomasmelloituksessa käytetään rikki- ja fosforipitoista takkirautaa ja uunin tulenkestävänä sisustuksena ellaista ainetta, johon rikki ja fosfori imeytyvät ja jiiii.viit, nim. kalkkipitoittia aineita (dolomiittia). Tuomasrautaa sanotaan myöskin emäksisekhi raudaksi, uunin 8isustusaincen mukaan. Siemens-martin me Il o i t u s on osittain takki- ja takaraudan yhteensulattamista: Takkirautaa ja takorauta romua sulatetaan lieskauunissa, ja hiilimäärä alennetaan lopulliseen mö.äriiä.nsii osittain ilman hapen, osittain sekaan heitetyn happirikkaan malmin avulla. Rauta lasketaan sulana valm ankoihin ja näistä harkko tai valumuotteihin. --Siemens martinuunikin on sisustettava takkiraudan sisältämän rikin ja fosforin mukaan (joko kvartsi- tai kalkkikivi-aineella, hapan ja emii.ksinen siemens-martinrauta). Up okas me II o i t u s on joko teräksen uudelleen sulatusta. erilaisten rautalajien yhteen sulatusta tai varsinaista mel1oitusta. Tunnettu ruotsalainen C R U- upokasteräs vai mistetaan (Uchatius menetelmän mukaan) siten, että upok kaassa sulatetaan hyvää takkirautaa rakeina ja puhdasta malmia nnä tarpeellisia lisäaineita. Silloin takkiraudan hiilimäärä alenee malmin hapen polttamana teräksen hiilimäärää vastaavaksi tai jiirjestetään se sellaiseksi hiilimurskan avulla. Sähkö me II o i t u s on samanlaista takkiraudan ja takorautaromun hteensulatusta kuin siemens-martinmelloitus, mutta kuumcnnukseen kiiytetään sähköä. Sähkömelloi t UI! voittaa yhii enemmän alaa upokasmelloitukscn kustun nuksella.

13 Teräksen valmistuksesla. Jos taottavan raudan hiilen]litoismtm on yli 0,;; o. kovenee eli karkenee se, kun sen äkkiä jäähdyttää. Tällaista riittävästi karkenevaa rautaa sanotaan tavallisesti teräkscksi. (Uudempi nimitys on työkaluteräs, ks. s. 17.) Melloitettaessa saadaan siis terästä, jos rantaan jätetäii.n kylliksi hiiltä. B e s s e m e r t e r ii. k s e n valmistuksessa kuitenkin mieluummin melloitetaan hiili mahdollisimman tyystin pois, jotta \'ahingollisetkin aineet saataisiin mahdollimimman vähiin, ja sitten lisätään hiiltä edellä mainituilla tavoilla terästä vastaavaan määrään. Siemens-martin terä stii (työkaluterästä), valmistetaan parhaista aineista edellä selitetyllä tavalla. Siihen voidaan sekoittaa joukkoon nikkeliä ja kromiakin. Edellä selostetut teräslajit eivät kuitenkaan laadultaan ole tii.rkeiden työkalujen valmistukseen riittävän hyviä, vaan täytyy nii.itä varten valmistaa vartavasten terästä, n. s. laatueli jalo-terästä. 5. Laatuteriihen mlmillhts. Parhain teräs, laatuteriis, täytyy valmistaa puhtaista aineista ja seuaisella tavalla, ettei siihen valmistettaessa pääse vahingollisia aineita. Lisäksi on sitä käsiteltävä ja vaivattava asiaankuuluvalla tavalla. Polttoteräksen valmistus. Tämän erinomaisen laatuteräksen valmistukseen käytettiin pehmeätä, siis hiiliköyhä.ii, mutta varsinkin rikistä ja fosforista puhdasta ahjorautaa, jonka hiilimäärää siis lisättiin.. Se tapahtui tpolttamallat eli sementöimällä: Litteät rautakanget ladottiin suolavedellä kostutetun puuhiilijauheen sekaan muurattuihin arkkuihin, joita sitten kuumennettiin 7-12 vuorokautta noin 1,000 :ssa. Tällöin imeytyy hiiltä. rantaan. Raudan pinnalle ilmestyy rakkuloita (josta nimi rakkoteriis). Tällainen teräs on epätasaista, pinnalla on hiilenpitoisuus suurempi kuin keskellä. Se saatiin tasaiseksi joko vaivaamaila (vaivateräs)

14 tai sulattamalla (upokasteräs). - Vait'alerä&tä valmistettaessa ladottiin kanget ristiin kimppuihin, jotka kuumennettiin ja hitsa.ttiin yhteen, venytettiin takamaila kangeksi, katkottiin jälleen paloiksi, kimputettiin uudelleen j.n.e., kunnes saatiin tasaista terästä, jota sellaisenaan käytettiin tavallisten työkalujen, varsinkin viilojen, valmistusaineeksi. U p o k a s t e r ä s valmistetaan sulattamalla upokkaissa»polttoterästä tai kuten nykyään hyvää putlaterästä, jopa siemens-martinteriistäkin. Lujuuden ja leikkuukyvyn parantamiseksi sekoitetaan upokasteräkseen erikoismetalleja, kuten wolframia, kromia y. m. Tämä teräksen valmistustapa on kallein, mutta antaa parhaimman ja varmimman tuloksen. S ä. h k ö t e r ä s. Sähköuuneissa valmistetaan nykyään hyvin paljon ka.rkenevaa työkaluterästä, joko melloittamalla tai sulattamalla uudelleen hyvää siemens-martin-työkaluterästä ja sekoittamalla sa.moja. seosaineita kuin upokasterä.kseenkin. Muokkaamisen vaikutus. Melloitus- ja sulatusuuneista saatu rauta ja teräs muokataan lopulliseeu kauppamuotoonsa ta.komalla, puristamalla ja valssaa.malla.. M u o k kaus parantaa teräksen ominaisuuksia varsin huomattavassa määrii.s.s ä. Vasaroim.inen vaikuttaa voimakkaimmin aineen pintakerroksiin, puristaminen muokkaa aineen läpikotaisin, valssa.aminen vaivaa aineen epätasaisesti ja särkee sen, varsinkin jos se rajusti toimitetaan. Parasta olisi näin ollen puristamalla muokata teräs. Taottavlen rautalajien jako ja nimilylllel. Rautalajien ominaisuudet ovat niin erilaisia, että niitä ei yhdellä ainoalla nimityksellä voida ilmaista. Tästä syystä on pakko jakaa rautalajit ryhmiin ja käyttää jakoperusteena käytännöllisiä ja tieteellisiä näkökohtia ja seikkoja, jotka tun-

15 tuvammin ovat vaikuttamassa. rauda.n eri ominaisuuksiin, kuten vahnistustapan, kemiallista kokoomusta, karkenevaisuutta j. n. e. Ja ko valmistuatavan mukaan. Kaikki taottava ra.uta valmistetaan vielä nykyään, kuten edellä on selitetty, melloittamalla takkiraudasta. Sellaista rautaa, joka melloitusuunista tu11essaan on jähmeänä, nimitetään k e i t t o r a u d a k s i. Se rauta taasen, joka lasketaan sulana uunista, on saanut nimekseen v a 1 a n ta rauta. Keittorauta on meljoitusuunin mukaan joko a h j o- tai p u t 1 a rautaa. Tätä rautalajia käytetään nykyään hyvin vä.hän, ahjorautaa ei ollenkaan. Valantarauta vuorostaan on be ssemer-, ai emens-m artinrautaa (joita kumpaakin on, uunin sisustusaineesta riippuen, hapanta ja emäksistä) sekä upokas-j a sähkörautaa.. Ja ko k a rk enevais uuden mukaan. Taottava& rautaa, joka äkkiä jäähdytettä.essä karkenee kyllin, nimitetään tavallisesti terä. k seksi. Ellei se karkene riittä.viin kovaksi, on se ta k o rautaa. Tarkkaa rajaa teräksen ja takaraudan välillä ei ole. Ja koperusteena on koetettu käyttää. hiilenpitoisuutta, koska raudan karkeneminen riippuu pää.asiallisesti sen hiilimä.ärästä. Niin on rajaksi saatu 0,:; %:n hiilenpitoisuus, sillä. rauta, jonka hiilimää.rä. on yli tämän määrän, karkenee jo huomattavasti ja on siis terästä. Mutta koska raudan hiilenpitoisuuden määrä.äminen on vaivalloista, on nykyään ehdotettu, että rajaksi otettaisiin lujuus, sillä lujuuskin on mä.ärätyssä suhteessa hiilimäärään ja siis karkenevaisuuteenkin. Rauta, jonka vetolujuus on 5,000 k.g/cm11 tai suurempi, olisi terästä; rauta, jonka lujuus on alle tämän, olisi takorautaa. (Valuraudan vetolujuus on varsin pieni, noin 1,800 kg/cm8.) Toinen ominaisuus, josta raudan hyvyyttä voidaan melko tarkasti arvostella, on sen venyväisyya. Näiden lukujen, siis lujuuden ja venyväisyyden, nojalla voikin asiantuntija riittävän tarkasti saada käsityksen raudan laadusta ja

16 mpivaisuudesta mäiirätt.y_vn tarkoitukhcen. Xiinpä rauta, jonka lujmu on 5,400 kg/cm1 j11 venyväisyym 18 %. on teriistii ja laadultaan Kitkeätii. Ja ko kemia 11 i sen kokoomuksen mukaan. Vaikka raudan kovuus ja karkenev&isuus riippuvat ]läiimriallisesti sen hiilimiiii.riistä, on kuitenkin muutamiua muillakin aineilla huomattava vaikutus näihin raudan ominaisuuksiin. Niinpä pii ja mangaani, joita raudassa aina on, ja myöskin nikkeli, kromi, wolframi y. m., joita vartavasten rantaan (tiissii teräkseen} sekoitetaan, vaikuttavat nekin tuntuvasti varsinkin luonnolliseen kovuuteen, mutta myöskin karkenevaisuuteen. Tiiliöin on raudan, siis oikeammin teräksen, jako hyvin asiallinen: Sellaista terästä, johon ei ole sekoitettu muita aineita, nimitämme h i i 1 i t erä k se k s i (lejeeraa.ma. ton 1. sekoittamaton teräs) ja sellaista terästä. vuorostaan, johon on tarkoituksella lisäaineita sekoitettu, nimitämme seosterä k seksi (lejeerattu, erikoisterä.s). Seosteräksen tärkeimmistä aineosista ja niiden prosentti määrästä olisi aina tieto hankittava. Se voidaan ilmoittaa. esim. niiin: Upokasteriistä, sisältää J,r% hiiltii ja 4 % wolframia, taikka siihköterästii., sisältää O,a % hiiltä 3 % nikkeliä ja 1 % kromia. On huomattava, että teräksen hyvyys ei yksistään riipu sen kokoomuksesta, sillä jo valmistustapa ja sitä seurannut muokkaus vaikuttavat nekin varsin tuntuvasti teriiksen ominaisuuksiin. Mutta tieto teräksen tärkeimmistä nineosista on käyttäjälle, joka teräksestä jotakin ymmärtää, ui\ an välttämätön. Vaikka seosteräkset ovatkin enimmäkseen laatuterästä ja niiden rikki- ja fosforimäärii näin ollen pitäisi olla varsin vähäinen, niin on kuitenkin näidenkin aineiden määrä erittäin tärkeäti tietää, ja tavallisesti terästehtaat ne tarjouksissaan ilmoittavatkin. - Koska teräksen seosaineista puhuttaessa tarjouksissa y. m. käytetään niiden kemiallisia merkkejä, niin selitetäiin niimä merkit seul-aavassa:

17 c =hiili Si = pii (silisium) Mn = mangaani Ki = nikkeli Cr = kromi W = wolframi Va = vanadini Mb = molybdeni P = fosfori S =rikki Fe =rauta Ja ko karkaisu tavan mukaan. Tavallinen hiili teräs tarvitsee karetakseen hyvin nopean jäähdytyksen, joko veteen tai johonkin muuhun nesteeseen. Tästä johtuu nimitys: vesiterä s. Kun erikoisteräksen karkaisujäähdytyksecn sitävastoin riittää vain ilmavirta, nimitetään sitä i 1m a t e r ä. k s e k s i. Terästä, joka on jo karkaisemattakin riittiivän kovaa, nimitetään itse k a r k en e v a ksi (e1i luonnonkovaksi) te räk seksi. Ja ko leikkuukyvyn mukaan. Koska crikoisteräs sietiiä suuremman kuumuuden, melkein punakuumuu den, ennenkuin se menettää kovuutensa, johtuu tästä, että erikoisteräksinen terä kestää paljon suuremman leikkuunopeuden ja myöskin paksuruman )astun kuin hiiliteräs, joka alkaa menettää kovuuttaosa ja siis myöskin leikkuukykyiinsii jo 100--IOOO:ssa. Tästä syystä sanotaan erikoistcrästä myöskin pika terä. k s eksi ( = pikaeorvausteräkseksi) ja hiiliterästä vain tavalliseksi työkaluterilk seksi. Ja ko k äy tt öt a r ko i t u k s en mukaan. Konetehtaissa jaetaan taottava rauta. nykyään käyttötarkoituksensa mukaan koneteräkseen ja työkaluteräksccn. Kumpaakin on hiili- ja seosterästä. Koneterästä on taas tarkoituksensa mukaan erilajeja: akseli-, ruuvi-, poltti-, niitti-, pintakarkaisu-, aines- (takokappaleita varten), kanki-, automaatti- (!'lorvi-) terästä. j. n. e. Koneterä k s i i n luetaan silloin tavallisesti kaikki taottava rauta, josta valmistetaan koneosia. Koneteräs sisältää hiiltä Ot,-o,5. Kovuutensa ja lujuutensa mukaan 2 -Korkaisijank.l.liklrja.

18 jaetaan koneteräs pehmeään, keskikovaan ja kovaan. Seoskoneteräksistä mainittakoon n. s. rakenne (konstruktio-) teräs, jota. käytetään sellaisiin kone- y. m. osiin, joitten tulee kestää suurta rasitusta (kuorma& ja t ä rinää), kuten autojen, lentokoneiden, tarkkuustyökalukoneiden y. m. osat, ja jotka tavallisesti nuorrutetaan ( 64:). Myöskin pintakarkaisuterästä on seosterästä ( 68). - Jo usiteräs on niinikään erikoiskoneterästä, j0888. on O,a-O,s % hiiltä ja lisäksi piitä (1-1,11 %), jopa mangaa.niakin y. m. aineita ja joka erikoiskäsittelyllä. on saatu hyvin joustavaksi. Työ k a 1 u t erä k s eksi nimitetään terästä, josta valmistetaan terätyökaluja sekä. muita pienehköjä osia ja joka. on kovaa, karkenevaa ja lujaa; se si.sli.ltää 0,6-l,.r.% hiiltä ja karkenee luikovaksi. Kovuudesta, siis hibimäärästä, riippuen jaetaan työkaluteräskin kolmeen lajiin: sitkeän kovaan, kovaan ja hyvin kovaan. - Tämäkin jako, samoinkuin koneterä.ksenkin jako, on verraten epämääräinen; yleisesti sitä kuitenkin käytetään. Työkaluterästä on hiiliterästä (veaiteräs, tavallinen työkaluteräs) ja seosterästä (ilmateräs, pikateräs, erikoisteräs). Koneteräs on enimmäkseen siemens-martin- (lyhennettynä M-) terästä, siis valantaterästä. Työkaluteräs ja hienompi jousiteräs taasen ovat laa.tuterästä, joko upokas- tai sähköterästä (seosterästä.). Karkeampiin työkaluihin ja jousiin käytetään myöskin siemens-martin- tai jopa tuomasterästä.kin, siis hiiliteräksiä. Kauppa nimi t y k se t. Tavallisimmat valmistustapaa ilmaisevat nimitykset ovat: B-teräs = be ssemerteräs, M-teräs = siemens-martinteräs, T-teräs - upokasteräs ja E-teräs = sähköteräs. Koneteräs saa kaupassa muotonsa ja käyttötarkoituksensa sekä kokonsa ja merkkinsä. mukaan nimityksensä.. Työkaluteräksen myyntinimitykset johtuva.t niinikään muodosta (pyöreä, nelikulmainen, kuusikulmainen

j. n. e.) ja tarkoituksesta (taltta, pora y. m. teräs). Työkalu teräs on kauppaa varten merkitty paitsi siihen lyödyll& tehtaan leimalla., myöskin siihen kiinnitetyllä värilliseu& tavaramerkillä (etiketillä). Tällöin tavallisesti merkitsee tummin väri pehmeintii ja vaalein väri kovinta terästä. Tavaramerkeissä on, paitsi tehtaanmerkkiii, myöskin teräksen kauppamerkki sekä tieto kovuusasteesta, teräksen pääasiallinen käyttötarkoitus ja lisäksi teräksen takomis- ja karkaisulämpötila. Kovuusaste on toisinaan ilmoitettu hiilimii.äräii. vastaavalla luvulla., esimerkiksi kovuusaste 6 = O,s % hiiltä. Toiset tehtaat ilmoittava.t kovuuden sanoilla.: Pehmeä, Keskikova, Kova, Hyvin kova j. n. c. Koska tehtaat eivät tavaramerkissiiän ilmoita teräksensii kokoomusta, on eri teräksien vertailu niiden perusteella vaikeata. Tästäkin syystä on teräksen käyttäjän pakko itse kokeilemalla ottaa selvä sen ominaisuuksista ja tarkoitukseensopivaisuudesta ( 7). Tämä on muuten viisainta aina tehdä. ruvettaessa käyttämään uutta, tuntematonta terästä, vieläpä. silloinkin, kun uudesta terä.skangesta otetaan ensimmäinen pala. - Kun terästä tilataan suoraan tehtaasta, vaativat nämä. tavallisesti tiedon, mihin tarkoitukseen terästä tullaan käyttämään. 6. Taottavan raudan ominaisuuk.hiu vaikuttaa, kuten sanottu, tuntuvammin raudan sisiiltiimä hiilimäärä., mutta myöskin muut aineet, pii, mangaa.ni, rikki, fosfori j.q. e. Taottavaisuus ja hitsattavaisuus ovat sitä suuremmat mitä pienempi hiilimäärä on. - S i t k e y s on sitä suurempi mitä pienempi hiilimäärä on. Kun hiilimäiirii on noin 2,s %. niin raudan sitkeys ja taottavuus ovat kokonaan hävinneet. - L u j u u s ensin suurenee hiilimiili.rän mukana (noin 1 %:iin C asti), mutta alkaa sitten vähentyä. Lujuuden mittana käytetään tavallisimmin vetolujuutta, sitä voimaa, laskettuna koekappaleen poikkipinnan neliösenttimetriä kohti, mikä tarvitaan vetämään sen poikki. Hyvin pehmeän raudan vetolujuus on noin 2,600 kg/cm1, myöstämättömiin hyvän 19

teriiksen noin 10,000 ja myiistetyn noin 7,000kgtcm.2 - V c n y v ä i 11 y y s on tavallaan sitkeydestä riippuva, koneteräksellä siis (takoraudalla) suurin, takkirandalla pienin. Venyvä.isyydellä ymmärretään sitä pidennystii, mikä koekappaleeseen on tullut, kun se on vedetty lujuutta tutkittaesh& poikki, lausuttuna prosentteina alkuperäisestä koepituudesta. (Koepituus on aina. tunnettava, sillä se vaikuttaa tulokseen.) Raudan lujuuden ja venyviiisyyden riippuvaisuutta sen hiilimiiliriistä esittää seuraava taulukko: lliililnilllrii l.ujllus \'en)'vili$yy.,. klr/l m.,. 0,2 3600 39 0,4 4 500 34 0,6 5 900 22 0,8 7 100 16 1,0 7 400 12 1,2 7 300 1,4 R900 6 Taulukosta näemme miten lujuus ensin nousee ja sitten laskee ja miten venyväisyys koko ajan pienenee hiilimäärän noustessa. - K o v u u s. Raudan kovuus suurenee suhteellisesti hiilimäärän kanssa. - 1 s kun k e g t ä v y y s on erittäin tärkeä ominaisuus, jota varsinkin täriseviin koneosiin käytettävällä randalla tulee olla. Iskunkestävyydellä ymmärretiiiin tyiiaineiden ominaisuutta kestää murtumatta iskuja, työntöjä tai täriniiii., sekä kykyä. muuntaa it kun voimasta joustavasti muotoaan. Iskunkestävyys on se iskutyö, mikii. tarvitaan koekappaleen poikkilyömiseen laskettuna murtopinnan neliösenttimetriä kohti. Iskunkestävyys ei ole suhteellinen venymisecn eikä tavalliseen sitkeyteen eikä siis myöskään suhteellipen hiilimäärään. Sen sijaan on se huomattavasti riippuvainen kappaleen muodosta. Lovet, terävät nurkkaukset, jopa viilan ja terien naarmutkin, jyrkät paksunnokset (tai ohennukset) viibentiiviit huomattavn11ti iskunkt stä-

21 vyyttii. )fytiskin b&kominen, myt>stiiminen, nuorruttaminen ja kylmii.ni muokkaaminen vaikuttavat siihen varsin huo matta"-asti. Mitä lujempaa teräs on, sitä parempaa se on. Kappaleet voidaan nimittäin silloin tehdä. kooltaan pienemmät, siis kevyemmät, ja näin ollen ne myös tulevat usein halvemmat. Mone a tapauksessa, varsinkin kulumisen ollessa kysymyksessä, vaaditaan tet'äkseltä suurta kovuutta, mutta useimmiten sen silloin tulee olla myöskin sitkeätä. Mutta nyt ovat nämä kolme ominaisuutta teräksessä sellaisessa suhteessa keskenään, että mitä lujempaa teräs on, sitä kovempaa se tosin on, mutta myöskin sitä hauraampaa. Ihanteellista olisi ainakin monessa tapauksessa se teriis, joka olisi sekä mahdol1isimman kovaa että sitkeitä ja samalla myöskin muokattava&. 7. Raudan lutkimis- ja!-oeluslat"al. Raudan ominaisuuksien selvillesaamiseksi kä.ytetiiän erilaisia tutkimis- ja. koetuskeinoja. Raudan kokoomus tutkitaan kemiallisesti, jolloin erikoisesti on otettava selville fosfori- ja rikkimäärä, raudan o inaisuuksia enimmiin huonontavat aineet, joita muuten melkein poikkeuksetta aina on raudassa enemmän tai vähemmän. - Koetuskeinot vuorostaan ovat kolmea eri lajia: lujuus-, kovuus- ja teknologisia koetuksi&. L u j u u s k o etu k s i s s a. mitataan sekä poikkivetävä voima että sen aikaansaama muodonmuutos (venymä). K o v u uskoetu k sessa joko mitataan voima ja sen aikaansaama jälki (Brinellin, Rockwcllin, Vickersin koe) tai mitataan vain määrätyltä korkeudelta pudotctun painon ponnahduskorkeus (Shorcn skleroskooppikoe). Myiiskin käytetään teriisneulaa, joka kuormitetaan ja jonka tekemä piirto on kovuuden mittana (1\'lartcnsin koe). Näissä kaikissa koetuksissa tarvitaan erilaisia mittauskojeita ja muita välineitä. T e k n o l o g i s i 8 8 a koetuksi s s a tutkitaan vain miten rauta käytäntöön ja tarkoitukseensa soveltuu, ja ne voi suorittaa ken hyvänsä ta vallis.illa työaseilla ja työmenetelmillii.

22 Karkaisijalle on tärkeintä kovuuden tutkiminen ( 59). B r i ne II i n koetustavan mukaan painetaan kova, 10 mm:n lä.pimittainen teräspallo 3,000 kg:n voimalla neljännesminuutin ajan koeteitavaan rautaesineeseen. Syntyneen kuopan pintaala lasketaan ja. voima, 3,000 kg, jaetaan tällä pinta-alalla. Saatu luku on Brinellin kovuusluku. Tällainen kovuuden tutkimistapa tekee kuitenkin kappaleeseen jäljen. Sitäpaitsi on vaikeata tällä tavoin tutkia sellaisia esineitä, joita ei saada koneeseen pistetyksi. Rock w e I I-kokeessa painetaan timanttineo 120":n muodostama kartiokärki 100 kg:n voimalla kappaleeseen; kone mittaa syvennyksen syvyyden,joka riippuu kovuudesta. Vic k c r s-kokeessa painetaan timanttineo nelitahkoinen l35 :n kärki 90 kg:n voimalla kappaleeseen ja syntynyt nelikulmaisen kuopan lävistäjän mitta mitataan, se ilmoittaa kovuuden. Shoren s k 1 ero s k o oppi on halvempi ja rakenteeltaan yksinkertaisempi ja mukavampi käyttää.. Siinä on pystysuora lasiputki ja tässä pieni paino, vasara, jonka päässä on timantti. Paino ponnahdutetaan putken yläpäähän liipaisimen varaan ja pudotetaan sitten koeteltavalle pinnalle, jolloin se kimmahtaa takaisin ylös sitä korkeammalle mitä kovempi kappale on. Lasiputkessa on asteikko, josta kimmahduskorkeus nähdään ja siis kappaleen kovuus määrätään. - Karkaisija määrää. ja tutkii kappaleen kovuuden kuitenkin useimmiten yksinkert.aisemmalla kokeella, käyttäen yksinkertaisesti hienoa viilaa. Ellei viila pysty kappaleeseen, on kappale lasikova. Pehmeään kappaleeseen se enemmän tai vä.hemmän pystyy, riippuen kappaleen kovuudesta. Lastuaminen on helppoa, kun kappaleen kovuus on alle 300 Br. (Brine1liä). Viila ei pysty, jos kovuus on yli 400 Br. Lasikovuus on 600 Br. ja siitä yli. Me tea lfi n karkaisukoe: Tavallisin koetuskeino teräksen oikean k arka i s u lämpö t i 1 a n selvillesaamiseksi on seuraava: Tutkittavasta teräksestä otetaan noin 20--30 em:n pituinen pala, johon viilajia tai taltalla tehdään lovia 25 mm:n päähän toisistaan. Tanko

23 kuumennetaan niin, että. toinen pää on va.lkobehkuva ja toinen tummanpunainen ja. keskiosa tasaisesti vaihtuva tumm&npunasta valk.ohehkuun. Eri kohtien lämpövärit pannaan muistiin. Tanko karkaistaan näin kylmässä vedessä, tai jos se on pikaterästä, ilmassa sekä lyödään sitten palasiksi lovien kohdalta; katkopinnoista nähdään, mikä kohta. on hienokiteisin; sillä kohdalla vallinnut lämpö on sen teräksen oikea ja paras karkaisulämpötila. Takoma-, hitsaus-, sitkeys- y. m. kokeet harvoin tulevat karkaisijalle kysymykseen. Sen sijaan on hänen toisinaan tutkittava karkaisukovuuden tasaisuutta, jopa määrättävä raudan lajikin. Työkaluteräksen ja koneteräksen erott a. m i n e n t o i s i s t a a n. Edellisen varmin tuntomerkki on sen karkenevaisuus. Ellei karkaisukoetusta voida toimittaa, voidaan seuraavaa tapaa käyttää. Puhtaaksi viilatulle pinnalle pudotetaan tippa typpihappoa (lusikkavettä). Muutaman minuutin kuluttua pyyhitään happo pois ja syövytetty kohta huubdotaan vedellä. Koneteräs muuttuu himmeänvaaleaksi tai tuhkanhannaaksi, karkeneva teräs mustanruskeaksi, valurauta mustaksi. Ilmiö perustuu näiden aineiden erilaiseen hiilimäärään. Kolmas keino on k i p i n ä (smirgeli) k o e t u s, jolloin smirgelitahkon aiheuttamat kipinät ovat tunnuksena. Takaraudan kipinät ovat vaaleank:eltaiset, suippoon piaaraan päättyvät ja hieman haarautuvat. Keskikovan valantateräksen vaaleankeltaisten kipinöiden päässä on pisaran asemesta säkenekimppu. Työkaluteräksen vaaleankeltaisissa kipinöissä on tiheät sikenekimput. Wolframteräksen punertavien kipinäkimppujen päissä on pallomaiset nupit. Pikateräksen punertavien kipinöiden päät ovat kielekkeisiä. pisaroita.

24 II. Teräksen sisäinen rakenne. 8..t.llurtopinla. Kun rautatanko murretaan poikki, on sen veres murtopinta enemmii.n tai vähemmän epätasainen, karkeajyviiinen, syinen, vaalea, tumma, himmeä, vii.lkkyvä, sinertiivä, vihreiihki:i, valkoinen, keskeltä erilainen kuin reunoilta, täplikäs, siilöinen eli viiruinen taikka tasainen j. n. e. Käytännön mies mielellään arvostelee varsinkin terästä murtopinnan mukaan ja päättää siitä sen laadun, miuii. tavoin sitä on muokattu, onko siinä vikoja ja mitä vikoja. Usein hän osuukin oikeaan, mutta sattuu niinkin, että hän tulee arvostelleckl'i väärin. Sillä. murtopinnan näkö riippuu m. m. siitä, miten tanko on katkaistu, onko se tapahtunut yhdellä lyönnillä vai edestakaisin t&ivuttamalla, edelleen onko se vetämällä katkaistu ja onko se katkennut taltan lovesta j. n. e. Mutta jos hän tuntee teriiksen ja tietää miten se on katkaistu ja miten sitä muuten on kii.sitelty, niin hän voi murtopinnasta arvioida Mln kovuuden ja onko sitä oikein kuumennettu ja oikein karkaistu, onko koneteräs sitkeätä vai kovaa. j. n. e. Kuitenkaan hän ei näe teräksen rakennetta, josta teräksen laatu enimmän riippuu. Rakenteen saa selville siten, että pieni ala teräkren pinnasta kiilloitctaan. Jo tästä kiilloitetusta pinnasta näkee yhti ja toista, onko r,ineessa. pakoja, onko iinii kuonaa, onko se epätasaista. Mutta selvimmin käy rakenne selvijle syövyttiimällä tuota kiilloitettua pintaa hapolla (ammoniumkuparikloridilla), jolloin suurennuslasilla tarkastettaema siitä näkee aineen kiderakenteen. 9. Yekaanisen käsittelyn t'ttikutus raudan ominaisuuksiin. Raudan (terii.kmen) teknilliset ominaisuudet eivät itse asiassa riipu niin paljon 11en kemiallise8ta kokoonpanosta kuin siitii käsittelystä, minkä alaisehi aine joutuu valmistuksen jälkeen. Yarsin huomattavasti vaikuttaa mekaaninen käsittely, jorta jo on mainittu. Tämä koskee muuten kaikkia metalleja ja mctalliseoksia, ja se johtuu Riitii, että aineen kiteitten muoto

25 ja var:;inkin niiden suuruus muuttuvat tiillaise&-;a käsittelyssä. Kun siis teräksen kitef't csim. taottae11sa kooltaan suuresti muuttuvat, muuttuvat myöskin sen ominaisuudet. Tällainen muuttuminen ei tapahdu ainoastaan mekaanisessa, vaan myöskin lämpökäsittelyssii. Mekaanistn käsittelyä (takomista. puristamista, valssaamista j. n. e.) nimitilmme tässä lyhyesti muokkaamiseksi; jos se tapahtuu kuumana. niin se on kuumamuokkausta, jos taasen kylmiinil niin se on kylmämuokkausta. K u u m a m u o k k a u s vaikut-taa yleensä aina edullisesti, josta syystä esim. kuumavalssatut ja taotut tcräkset ovat paljon hienokitcisemmät. lujemmat, venyvämmät ja sitkeämmiit, kuin muokkaamattomat ja vaivaamattomat. rautatehtaissa valetut, karkeakiteiset teräsharkot. Teräksen ominaisuudet luonnollisesti voivat parantua vielii konepajoissakin taottaessa, mutta voivat ne huonontuakin: varsinkin ovat erikoisteräkset hyvin arkoja ja vaativat mii.ärätyn. varman ja huolellisen takomnmenettclyn. Miten k u u m a tao n ta vnikuttaa v a 1 a n ta t e r ä k s en 1 u j u u teen ja v en y v ä i syyt e en, nähdiiiin seuraavista koetustuloksista: lliil mlilir.ii \"elolujuu \"enym.ii km.'cm' 0/o j raakana 3 720 11,6 0,2 1 lnottunn 4 210 22,5 f raakana 3 880 0,4 1 taottunn 5 270 17,11 f raakana 4 6R(l 1,7 0,6 1 tnot.hma fi RRO 10,2 " ' 1 raakana 4 720 1,1 l taottnnu 6 o:jo 2,2 K y 1 m ä m u o k k a u s vaikuttaa myiiskin hyvin huomattavasti teräk!!en ominaisuuksiin. Kiteet. jakaantuv11t pif>nemmiksi kuin kuumamuokkauksessa. mutta niiden viiliije syntyy jännityksiii. joht-uen siitä, että kitect venyvåt. ja litistyviit. 3,4

26 Lujuus, joustavuus ja kovums suurenevat, mutta venyväisyys ja sitkeys vähenevät. Nuo sisäiset jännitykset voivat tulla niin suuriksi, että. aine repeytyy. Runsashiiliset teräslajit eivät kestä juuri ollenkaan kylmiimuokkausta, eivätpä. pikateräkset siedä edes taltalla katkaisemista. 10. Teriikaenkiderakemoe. Jo murtopinnasta näkee, että teräs on rakenteeltaan k i teistä. Kitect eivät kuitenkaan ole läheskään sama.nlaisia, vaan ne ovat eriaineisia (erilaisia hiilen ja raudan y, m. aineiden yhdistyksiä), toiset kiteet ovat pehmeitä, toiset kovia. Lisäksi ne ovat eri suuria ja eri muotoisia. Eipä niiden Kuva 1. Perriittikiteitli.. Hiilimiärä. muoto, suuruus eikä aina 0,1 %. Suureunus 200 kertaioen. ede11 kokoomuskaan ole pysyväinen, vaan ne muuttu VIlt taottaessa, puristcttaessa, jopa kauan täristettäessäkin, samoin kuumennettaessa, jäähdytettä.essä, karka.istaessa j.n. e. Teräksen kiteet ovat vain silloin sa.manaineisia ja siis kemialliselta. kokoonpanoltaan samanlaisia, kun teräs ei sisällä muita a.ineita, siis silloin kun se on aivan pelkkää rautaa. Mutta jos siinä. on muita aineita (hiiltä y. m.), niin kiteet heti ovat erilaisia ja eriaineisia. Toisinaan ne ovat niin isoja, jyviä. tai rakeita, että ne jo paljain silmin näkee murtopinnassa. Useimmiten ne kuitenkin ovat niin pieniä. että ne näkyvät vain mikroskoopi1la hiotusta pinnasta, ovatpa väliin niinkin hienoja, ettei niitä havaitse vahvimmallakaan mikroskoopilla. Tavallisin suuruus on O,oo01-;- 0.2 mm1 Kiderakeiden suuruus ja muoto on nmuttuvainen. Niihin vaikuttaa, kuten jo on mainittu, muokkaus ja lämpö

Z7 kii ittel Niinpä niitä. tnkominen pienentää., kumnentaminen vuorostaan joko pi ncntiiii tai suun.mtaa. Viimeksimainittu 1'\l ikka on nmistettna t!'rä ;tii kih1itcltiicssii, koskapa kiteidcn "uunms vaikuttaa huomattavasti teräksen ominaisuuksiin. llutta vielii on muistctta\"a. että liimpökiisittclyssii muuttuu lisäksi ei vain kih ittl'n suuruus ja muoto., aan myilskin niiden kokoomus. kutl'n tulemme kohta lähemmin niikmniiän. Kiteiden aineen eli kokoomuksen erilaisuus riippuu melkein ksinomaan hiilestii. Pelkiis11ii randas a vain voi. kuten Htmottu. snmanaineisia, sii11 yksinomaan puhtaita rautakiteitii li>ytyii. Hiili ('i yhdy (liukene) mutaan kuten l'sim. suola vete<'n. vaan hiili Ku\ a 2. Pcrliittikitoitä. lliilimääl'ii. 1 %. uurcnnus 200-kertniucn. ja rauta muodostavat ensin < rikoisen hiilirautaylulistykscn, rautakarbidin (Fe3 C), jos11n on hiiltii. 6,G1 ja jota myöskin nimitetiiän karkaisuhiilekt;i. Tämii rautakarbidi esiintyy itsenäisenä aineena teräkses!w, se yhdi,.tyy (liueten) muuhun rautaan ja muodostaa tii.män kanssa erilaisia yhdistyksiä ja kiteitä, riippuen hiili- (karbidi-) määrästii. ja liimpökä8ittelystii (esim. karkahm8tn). Huomattava on, että. kiteet teriiksessii muuttuvat kokoomukscltaan teriik8en olle11sa jiihmpiinii, mutta riittävän kuumana. Tcriikscn kidclaadut riippuvat!k"n hiilimiiärästii seuraavasti: H i i 1 i m ii ii r ii a 11 e O,e %: TeriikHen jiiiihtyf'sl'lii alkaa noin 900 :& a siinä erkanntua puhtaita rnutakiteitii. joita nimitetäiin f e r r i i t i k s i (kuvr 1) ( nahta ferrum rauta). Tiitii erknnf'mirta jatkuu noin 70o<':cen, jolloin jii.ljellejiiiine('n aineen hiilimäärä on noussut O,t :iin. Kun lämpö sitten

28 vielä alenee. loppuu raudan kyky pitää ka-rbidia liuok&essaan, jolloin liuos hajaantuu ja syntyy yht'aikaa ferriittiii ja rauta karbidia sisältäviä kiteitö., joita nimitetiiiin simpukanhelmi (perlemo-) kiiltonsa vuoksi p e r 1 i i t i k s i. Perliittikiteissä (kuva 2) on kerroksittain ferriittiä ja rautakarbidia (jota myim sanotaan sementiitiksi). Kun perliittikiteitii. syntyy. kehittyy siinä huomattavasti lämpöä (ks. s. 33). H i i 1 i m äärä O,u %: Kun tällainen teriim jäähtyy, niin siinä ei erkanekaan ollenkaan ferriittiä, vaan noin 700 :s.'i& muodostuu kertakaikkiaan per 1 i i t t i k i t eitä, siis kiteitä, joim& on kerroksittain ferriittiä ja karbidia (sementiittiä ). Hiilimäärä yli 0,11% (noin O,u%ja l,7%välillä): Kun teräksen lämpötila on laskenut alle 900 :ecn, alkaa siinä nyt hiilirikasta se me n t i i t t i ä {karbidia) (kuva 3) erkaantua, kunnes lämpötilan saavuttua 700 :een jäljeuejääneessä seoksessa on 0,11 %hiiltä, jolloin tämä. seos äkkiä nytkin muuttuu perliitiksi. Perliitti on siis ferriitin ja sementiitin seos. Terä.R, jossa on alle 0,9 % hiiltä, sisältää sii.s ferriittiä. ja perliittiä. Teräs, jossa on hiiltä yli Ot, %, sisältää perliittiä ja sementiittiä. - Hiilirikkaassa.kaan teräksessä ei voi olla yksinomaan semen tiittiä, vaan ainoastaan takkiraudassa, jonka hiilimäärä t iis on 6,1 %, jommoista takkirautaa ei tekniikassa voida käyttää (vrt. 3). E u t e k t i n e n seos. Kun kahta metallia Rekoitetaan ulattamalla yhteen, niin tavallisesti ei seos jiihmeä.nii. ole tasa-aineista, vaan siinä on kahdenlaisia kiteitii, sellaisia, joissa kaikissa on kumpaakin metallia aivan määrätyssä suhteessa, sekä sen metallin puhtaita kiteitä, jota seoksessa on runsaammin. Erikoisen seh ästi tämä tapahtuu lyijyantimoniseoksissa: Jos antimonia on seoksessa viihemmii.n kuin 13 0. syntyy paitsi kitcitä, joissa on 13 % antimonia ja 87 o lyijyii. lisäksi puhtaita antimonittomia lyijykitcitii. Jos antimonia on seoksessa tiismiilleen 13 c o. on seok sa vai_{!_ näitä l:l 0,l:n

ant.imonil,\ ijykiteitil. multa jos antimonia on yli 1:\ ' 0:n. niin kitt ytyy puhtaita, lyijyttiimiii antimonikiteitä, kunnes jiiä 1:' "0:in antimonilyijyseos. joka viimeksi jähmettyy. Tuon \'arninaiscn piiiiheoben. siis 13 :sen Heok wn sulamispiste on alhaisempi kuin muiden scossuhtl'iden. ja sl'llaista kahden metallin seasta sanotaan e u t e k t i s c k s i s c o k s e k s i. Rauta ja hiili voivat myöskin muodostaa eutcktisen seoksen, sillä vaikka hiili ei olekaan metalli. niin se kuitenkin liukene<! rantaan. l'erliitti on siis mudan ja hiilen cutektincn seos, joka sisiiltiiii n. 0,9 ':o hiiltä. Jos siis hii\tii 29 on vii.hemmän kuin O,u 0 0 ' Kuvu 3. :o;omcnt.iittikitciui. Hiiliniin kiteytyy rautaa ferrii- mäål'ii 1,s 0-. Suurennu" 200-kertiksi, kunnes jää seos. jo&'>fl. tainen. on O,it0,) hiiltä ja joka sitten kiteytyy perliitiksi. Mutta jo" hiiltä on enemmiin kuin 0,9 "o niin kiteytyy hiiltä, tosin nyt ei pelkkiinii hiilt nii, vaan, kuten sanottu, hiilirautayhclistyksenii (karbidina. sementiittinii). Teriistii. jossa on hiiltii. alle O,D "0, nimitetään myöskin alicutektiseksi teriikseksi: terästä. josf<a on 0.9, hiiltii. sanotaan cutcktisek-;i ja tcriistii. jossn on yli O,o '",, hiiltii. yli-cutektist ksi. Xiiisbi kolmestn kidelnadusta on sementiitti hyvin kovaa ja ferriitti \uonnollii'iesti pchmeintii. Kuten tuonnempana tulemnw niikemiiän. voidaan sopivalla liimpflkä:;ittelyllii aikaansaada muitakin hiilirautayhdistyksiii, joista teräksen kovuus, mutta erittäinkin sitkeys ja iskunkestävyys huomattavasti riippuvat. Kiderakenne korkeassa lämpötilassa..\sken mainittiin, että (hyvin myöstetyssii) O,o 0 0 hiiltä sisiil-

30 tö.vässä teräkse88ä on vain perliittiä, ja kun hiilimäärä on &lempi kuin 0,9 %, on teräkaessä ferriittiä JO. perliittiä sekä kun hiilimäärä on yli O,e % sisältää. teräs perliittiä ja semen tiittiä. Tällöin esiintyvät ferriitti ja sementiitti sellaisinaan, mutta perliitti on ferriitin ja sementiitin sekoitus. Näin on asianlaita ainoastaan niin kauan kuin teräksen lämpötila on alle 7000. Kun lämpötila on yli 700, niin sekä kiteet että niiden kokoomus muuttuvat. Kun teräs on sulan a, on hiili yhtynyt rauta.&n rautakarbidiksi (Ji'e8C), joka vuorostaan on liuonnut eli yhtynyt muuhun raotaan (ferriittiin). Kun su1a teräs on jähmettynyt, taikka kun se on kuumennettu valkohehkuun, niin pysyy tämä yhdistys muuttumattomana, siis rautakarbidin ja raudan liuoksena (siitä nimi kiinteä yhdistys). Tämän yhdistyksen nimi on a u s te o n i i t t i; kl!ikilla sen jyväsillä on samassa teräksessä samanlainen kokoomus: niissä on rautaa, ferriittiä., johon on yhdistynyt määrätty paljous rautakarbidia, sementiittiä, jonka paljous vuorostaan riippuu teräksen hiilimäärästä. Ferriitti ja sementiitti ovat tiiydeuiserti toisiinsa sekaantuneet, josta syystä näitä. kiteitä (iyväsiä) nimitl:tiiii.n myöskin seka kiteiksi. KiteiBSii ei nii.itä aineita \'Oi millään suurennuslasilla erikseen nähdä, sillä tässä on sementiitti liuonneena eikä sekoittuneena ferriittiin (samalla tavalla kuin esimerkiksi suola veteen). Erotus on tässä vain se, että teräksessämme on liuos jähmeä eikö. nestemäinen. Ja kuten suolavesi voi sisältää suolaa enemmän tai vähemmän, niin voi sekakiteissäkin olla eri määrät sementiittiä, riippuen teräksen hiilimäärästä. - Austenniitin ominaisuuksista on huomattavin se, ettei se magnetisoidu, kuten perliitti tekee. Siis teräs, joko. on kuumennettu yli määrätyn rajan, ei enää vaikuta magneettineulaan. Miten teräksen kiteitten kokoomus muuttuu, kun sitä hitaasti edelleen jäähdytetään, siitä on jo ollut puhe. Jos hiilimäärä on O,e %, on tällaisen teräksen raudan ja hiilen liuos

31 I!Utektinen, ja jos teriis on valkohehkuva, ovat sen kiteet ferriitin ja sementiitin liuosta. Tämä liuos pysyy lämmön laskiessa noin 700 :een. Mutta kun lämpö on laskeutunut alle 700", niin se muuttuu: tuo kiinteä liuos muodostuu ferriitin ja sementiitin seokseksi, (n. s. juovaiseksi) perliitiksi. Tämä seos jää sitten teräkseen lämpötilan laskiessa taval1iseksi. Mutta jos teräksen hiilimäärä on yli tai alle O,e %, niin kiiy muutos toiseen tapaan. Ensiksikin se alkaa jo ennen 700" ja sitä aikaisemmin mitä enemmän hiilimäärä on yli tai alle O,a %:in. Toiseksi tuo muutos ei tapahdu yhdellä kertaa, vaan siten, että. ensin erkanee toista kiderakenneosaa, nimittäin ferriittiä, jos hiilimäärä on alle O,e % ja sementiittiä, jos se on yli O,v %- Kiteitten erkaneminen lisääntyy lämpötil&n yhä. laskiessa. Jäljellejäävän liuoksen kokoomus muuttuu niin. että jos teräksessä on hiiltä alle 0,9 %, tulee ferriitin erkaantuessa jäljellejä.iinyt liuos hiilirikkaammaksi, mutta teräksessä, jonka hiilimäärä on yli 0,9 %, tulee tämä liuos hiiliköyhemmäksi, niin että kummassakin tapauksessa tämä jäljellejäänyt liuos muuttuu vähitellen eutektiseksi, t. s. sen hiilimäärä lähenee 0,9 %:ia. Kun sitten lämpötila on laskeutunut 70if':een, on kummassakin tapauksessa tuolla jäljellejääneellä. emäaineella eutektinen kokoomus. Ja. kun tämän jälkeen lämpötila edelleen alenee, muuttuu tämä eutektinen liuos (noin 70if':saa) perliitiksi. Muistamme vielä, että teräksemme on näiden muutosten aik&na jähmeä, vaikka puhumrnekin liuoksista.. Näin siis syntyvät nuo eri kiderakenteet, joista jo aikaisemmin on puhuttu. Teräksen k ide rakenne ä k k i ii j ä ii. hdy t että. e s s ä. Jos teräs jiiähdytetäiin punakuumasta, siis austenniittialueesta, äkkiä, s. o. karkaisj;aan, niin tapahtuu kaksi muutosta kideilmiöissii.: Kidemuodon muuttumislämpötila (noin 700 ), jossa hitaasti jä.ä.hdytettäessä. perliitin muodostuminen tapahtuu, alenee nyt n. 20if':een; toiseksi jää tuo korkeammassa lämpötilassa. syntynyt kiinteä liuos melkein koko-

32 nansa jäljelle. Näin voidaan siis tuo kiinteä liuos, austenniitti, joka, kuten sanottu, syntyy ja säilyy vain korkeammassa lilmmössii. ja joka on hyvin kovaa, pidättää teräksessä. Luonnollisesti ei tämä kiinteä liuos nyt ole missään tasapainotilassa, niinkuin se on korkeassa lämmössä, vaan pakkotilassa, josta se tilaisuuden tultua purkautuu perliittiä muodostaen. Tällaista äkkijiiähdytyksellä aikaansa&tua rautakarbidiliuosta nimitetään m a r te n s i i t i k s i. Martensiittineo kiderakenne on hyvin hienokiteinen (kuva 4). kiteet usein neulamaisia. PiirroKkuva 5 esittää ne lii.mpötilat ja hiilimäärät, joista nuo mainitut kidemäirii. 1 ".,. uurennus 2oo-ker- Kuva 4. llarlcnsiittikiteiti. Iliilirakennemuodot ja niiden toinen. muutokset riippuvat. Lämpötilaa esittää pystyakseli, hiilimäärii.ii vaakasuora-akseli, viiva d--e esittää. niitä. lämpötiloja, joissa alle O,aC:o:ssa. teräkkcrsä alkaa ferriitin erkaneminen. ja viiva e-f niitä liimpötiloja, joissa yli O,s %:ssa teriiksersii alkaa sementiitin erkaneminen. Suora vii\ a k- 1 esittää sitä lämpötilaa, kaikenhiilisissä teräk11issä, jossa raudan eutektisesta (sii11 0,11 %:sta) liuoksesta alkaa muodostua per1iittiä. Kun siis piirroksen vaakasuoran akselin jostakin pisteestä (hiilimäärästä) noustaan suoraan ylöspäin, niin satutaan piirroksen viivoihin pisteissä, jotka esittävät niitii liimphtiloja, joissa senprosenttisen teräksen muutok >et alkavat. Esimerkiksi 1,:1 :ssa teräksessä alkaa semcntiittiä muodostua noin Soo<':ssa., ja 700":ssa alkaa eutektisen liuoksen hajaantuminen. 0,11 %:sessa teräksessii kiinteä liuos muuttuu ilman muuta 700 :!18a perliit.iksi. Piirr011kuvamme eri osat esittävät myöskin niitii l'ri aineosia,

33 joita eri hiilimäärilisissä. teräksissä esiintyy eri lämpöasteissa. jotka Fysikaaliset ilmiöt, h a.vaitaan terästä hitaasti jäähdytettäessä ja kuu me n n et tae ss a. Kiderakennemuutosten yhtey dessä ilmenee tärkeitii. fysikaalisia ilmiöitä, jotka tapahtuvat välittömästi rakennemuutosten mukana ja jotka jo sinänsä ovat erittäin mielenkiintoisia ja sitäpaitsi auttavat osalta.a.n muutoslämpötilojen määräämistä. Nämä ilmiöt ovat lä.mpö-, magneettija tilavuusilmiöitä. Lä mpöilmiöt. Kaikkien liuosilmiöitten yhteydessä tapahtuu lämpöilmiöitäkin. Niinpii jos liuotamme suolaa veteen, niin veden lämpötila alenee, s. o. vesi kylmenee. Lämpöä siis kuluu (sitoutuu) suolan liukenemisessa. Ymmärrämme asian kenties a 0 loi 0.. 0.., b 1..,.. 0 Kuva 5. Kiderakenteitten syntymislii.mpötilat. a b,jäh mettyminen alkaa, a-c, jäh mettyminen loppuu, kidem kenno martensiittineo (kiin tei liuos). d-e-f, marteusiitti alkaa hajaantua;ylempimuutosraja. k l, martonsiitti on kokonaandlajaan tunu t;alem. pi muutosraja. g h karkaiau. limpö.aiueella a.cfeda vain martensiittia. Alueella d e k d paremmin seuraavan esimerkin feniittii ja martensiittia. avulla. Jos otamme pakkasesta AlueeJia kenmkferriittiåja jääpalan ja alamme sitä lämmit- perliittii (alieutektinen te. tää sekä samalla mittaamme riia). Alueellaefleaomoutiit lämpötilan, niin huomaamme, : ;: : : : i: a A :::! että ensin jään lämpötila nousee, tiittiii (ylieutektineu terls). mutta 0-asteessa nousu pysähtyy Kohdalla en perliittii (eu ja pysyy edelleen O:ssa, niin tektinen terie). kauan kuin vähänkin jäitä on sulamatta. Vasta sitten, kun viimeinen jäähiven on sulanut, lämpötila alkaa taas nousta.