Luento 5 Hiiliteräkset

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

Terästen luokittelu seostuksen ja rakenteen perusteella

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

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 300-500 MPa - korostunut myötöraja välillä 200 350 MPa - lohkomurtuma - käyttö erittäin laajaa * kuumamuovatut levyt, tangot, pultit, ruuvit, mutterit, ohutlevytuotteet

Keskihiiliset teräkset (0.25 0.60 %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 500 800 MPa, nuorrutuksella 900 1350 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.

Runsashiiliset teräkset (0.6 2.11 %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 750 900 MPa - Käyttö: muotit, vasarat, taltat, meistit, viilat jne.

Niukkahiilinen teräs

Niukkahiilisen teräksen jännitys-venymäkäyrä

Niukkahiilisen teräksen dynaaminen myötövanheneminen

Niukkahiilisen teräksen dynaaminen myötövanheneminen bake hardening

Niukkahiilisen teräksen iskusitkeys

Niukkahiilisen teräksen lujuuden riippuvuus lämpötilasta

Niukkahiilisen teräksen haurasmurtuma

Haurasmurtuman mekanismit

Hiilipitoisuuden vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

Raekoon vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

Epäpuhtauksien vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

Mangaani- ja nikkelipitoisuuden vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

Lämpökäsittelyn vaikutus hiiliterästen iskusitkeyteen

Niukkahiilisten terästen hitsaus

Hiiliteräksen kuumahalkeilu

Fe-S tasapainopiirros raudalle ja nikkelille

Fe-P tasapainopiirros raudalle ja nikkelille

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

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

Hiiliekvivalentti

Lamellirepeily

Kylmämuokkauksen ja hiilipitoisuuden vaikutus hiiliteräksen lujuuteen

Keskihiiliset teräkset (0.25 0.60 %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 500 800 MPa, nuorrutuksella 900 1350 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.

Keskihiiliset teräkset

Runsashiiliset teräkset (0.6 2.11 %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 750 900 MPa - Käyttö: muotit, vasarat, taltat, meistit, viilat jne.

Runsashiilisten terästen käyttö

Terästen luokittelu seostuksen ja rakenteen perusteella