Raerajalujittuminen 1
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
Erkautuslujittuminen Esim. NbC erkaumat ferriitissä Nb = niobi = columbium NbC:n halkaisija 3
Erkautuslujittaminen Ruukki Optim-ja Laser -kuumanauhateräksissä Myötölujuus, MPa 700 600 500 400 Nb 300 0.1 0.2 0.3 0.4 CEV = C + Mn + Cr + Mo + V + Cu + Ni 6 5 15 4 Nb+V Nb+Ti (NbVTi)(CN)-erkaumat muodostuvat ferriittiin kelaukssa C 0.06 Mn 0.5 1.8 Nb 0,01-0,05% V 0-0,1% Ti 0-0,1% Nb, V, Ti ovat mikroseosaineita Laser 250.. 420 MC Optim 500.. 700 MC
Muokkauslujittuminen 1200 True stress, MPa 1000 800 600 400 200 Rp0,2 ρ kasvaa => σ Disl kasvaa 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 true strain 5
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
Muokkauslujittuminen Kovilla Komponentteilla Komposiittiefekti 7
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
Saavutettavissa olevat myötölujuudet Hienorakeisillä ferriittisillä teräksillä Laser 250... 420 MC, Optim 500... 700 MC Liuoslujittuminen Mikroseosaineiden erkautuslujittuminen Raerajalujittuminen Voidaan saavuttaa myötölujuus 700 MPa Suuremmat lujuudet vaativat martensiittisia tai bainiittisia matriiseja 9
Myötölujuus N/ mm 2 700 600 500 400 300 200 100 0 lujitusmekanismit 315 MPa 700 MPa 10 Erkaumat Dislok Raerajat Liuos Fe-matriisi Martensiitti / Bainiitti 900 1100 MPa
Charpy V -iskusitkeys http://www.twi.co.uk/content/jk71.html Brittle Ductile At transition 11 temperature
Isku- ja murtumissitkeys Transitiolämpötila (ITT) Murtumistai onkalo iskusitkeys J F Knott, Fundamentals of fracture mechanics Lämpötila Sitkeä Hauras onkalo + lohkomurtuma 12
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
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.
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
Iskusitkeys (Impact transition Temperature ITT) Raekoko d pienenee 16
Iskusitkeys - myötölujuus 17
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... 18 Lämpötila