Alustava palaute kyselystä

Alustava palaute kyselystä Lomakkeita palautettiin kaikkiaan 45 kappaletta. Kurssille on ilmoittautunut yhteensä 97 opiskelijaa, joista 71 aloitti kurssin. Aktiivisia osallistujia on 64. Luentojen taso oli 27% mielestä vaikea tai liian vaikea samalla kun 54% piti omaa alkuosaamistaan huonona tai heikkona. Samoin 40% mielestä oppimateriaali oli tasoltaan vaikeaa tai liian vaikeaa. Opiskeltavaa aluetta pidettiin kauttaaltaan ennemmin laajana kuin suppeana. Vain 38% piti omaa alkuosaamistaan keskimääräisenä, samoin vain 33% katsoi käyttäneensä opiskeluun sopivasti aikaa. Muissa kysymyksissä keskimmäinen vaihtoehto oli yleisin. 1

Esitiedot Mistä nimitys pikateräs tulee ja mitä erityispiirteitä sen lämpökäsittelyssä on nuorrutusteräkseen verrattuna? Miksi austenointi lämpötila on korkea? Miksi pitoaika on lyhyt? Miksi päästön aikana syntyy martensiittia? 11

Esitiedot Mihin mangaaniteräksiä (Mn pitoisuus luokkaa 10%) käytetään? Mitä 'erikoista' niissä on? Strain hardening = muokkauslujittuminen Work hardening = työstökarkeneminen Muokkauslujittuminen työstökarkeneminen Miktä ovat austeniittisten, ferriittisten ja martensiittisten ruostumattomien terästen käyttökohteet? Austeniittinen ruostumaton teräs mangaaniteräs 12

Työkaluteräkset

Yleistä Työkaluteräksiä ovat mitkä tahansa työkaluissa käytetyt teräkset Perinteiset hiiliteräkset Niukkaseosteiset teräkset Runsasseosteiset teräkset Nykyään suositaan suuria seosainepitoisuuksia. Niiden avulla Paremmat mekaaniset ominaisuudet Parempi mittatarkkuus Estetään halkeilu karkaisun yhteydessä 14

Yleistä Perinteiset käyttökohteet Erilaiset leikkaavat ja muovaavat työkalut Muotit Jouset, pultit, venttiilit, kulutuspinnat korkeisiin käyttölämpötiloihin Työkaluihin kohdistuu toistuvasti ja nopeasti suuria rasituksia, joten niiltä vaaditaan Iskusitkeyttä Väsymiskestävyyttä Kulumiskestävyyttä Myös korkeissa lämpötiloissa Kuumakovuus 15

Yleistä Lisäksi vaaditaan: Myötölujuus Puristuslujuus Karkenevuus Sekä muita hyödyllisiä ominaisuuksia: Korroosionkestävyys Pieniraekoko Tasainen karbidijakauma Hyvä lämmönjohtavuus Hyvä työstettävyys pehmeässä tilassa 16

Yleistä Useimmat työkalut valmistetaan muokatuista seoksista, mutta käytössä on myös Valuseoksia Jauhemetallurgisia seoksia 17

Karkenevuus Lisäämällä seosaineita riittävästi saadaan teräs karkenemaan jopa sen jäähtyessä hitaasti ilmassa Ilmaan karkeneminen Tyypillisesti tarvittavat seosainepitosuudet ovat jo niin suuria että kysymyksessä on seosteräs (ei enään niukkaseosteinen) 18

Työkaluteräkset Tyypilliset seosaineet Cr Mo Ni V W Co Hyvä kulumiskestävyys ja puristuslujuus saadaan aikaan lämpökäsittelyllä Martensiitti Kovat karbidit Työkaluteräkset lämpökäsitellään tyypillisesti monessa vaiheessa ja korkeassa lämpötilassa Teknisesti haastavaa 20

Standardit AISI käyttää kirjainta jota seuraa numero. Jaottelu karkenevuuden, koostumuksen tai ominaisuuksien mukaan O A W D H M T S L P Öljyyn karkenevat Ilmaan karkenevat Veteen karkenevat Korkea hiili- ja kromipitoisuus kylmätyöteräksessä Kuumatyöteräkset Molybdeeniä sisältävät pikateräkset Wolframia sisältävät pikateräkset Iskunkestävät (shock-resistance) Niukkaseosteiset (low alloys) Niukkahiiliset muottiteräkset Tyypilliset esimerkit D2, A2, O1 21

Standardit Saksalainen merkintätapa melkein kuten niukkasti seostetuille teräksille paitsi että Merkinnän eteen tulee kirjan X Seosainepitoisuuksille ei ole kertoimia Esimerkiksi X 38 CrMoV 5 1 Hiili 0,38% Kromi 5,0% Molybdeeni 1,30% Vanadiini 0,40% Pii 1,10% Vastaavuudet H 11, 1.2343 Käytetään esimerkiksi painevalumuotteihin 24

Työkaluteräkset jaetaan kolmeen pääryhmään: Kylmätyöteräkset (joitain esimerkkejä) 100 MnCrW4 X 155 CrVMo 12 1 50 Ni Cr 13 X 42 Cr 14 (ruostumaton) O1, O2, D2, D3, A2, A3 Kuumatyöstöteräkset X 40 CrMoC 5 1 H10, H11, jne Pikateräkset S 6-5-2 M1, M2, T1, T2 25

Työkaluterästen Kylmätyöteräkset Leikkurit Lävistystyökalut Muovaustyökalut Muokkaustyökalut Vetotyökalut Valssit Meistit Muovimuotit käyttökohteita Kuumatyöteräkset Muovaustyökalut Muokkaustyökalut Kuumaleikkaus Muovimuotit Valumuotit (Alumiinin painevalu) Pikateräkset Lastuavantyöstön työkalut 26

Kylmätyöteräkset Usein kohtuullisen niukkaseosteisia teräksiä, joihin on seostettu tietty määrä ns. erikoiskarbidien muodostajia (Mo, W, V) kovuuden ja kulumiskestävyyden parantamiseksi Hiilipitoisuus tavoitellun kovuus (kulumiskestävyys)/sitkeysyhdistelmän mukaan välillä 0.38-1.6 % Koska terästä käytetään normaalissa lämpötilassa (alla 200 C), voidaan kovuuden aikaan saamiseksi käyttää martensiittisista rakennetta (hiilipitoisuus) Cr-pitoisuus 0.4-13.5%, W-pitoisuus 0.5-2.5%, Mopitoisuus 0.4-0.6% ja V-pitoisuus 0.05-1.15% 27

Esimerkki 100 MnCrW 4 1.2510, Böhler K460 Hiilipitoisuus 0.95% Karkene öljyyn Kappaleen mitat eivät muutu karkaisun aikana eli kysymyksessä on kutistumaton teräs Halkaisijaltaan 60 mm akseli läpikarkenee öljyyn Käyttölämpötila alle 150 ºC 28

Esimerkki X 155 CrVMo 12 1 1.2379, Böhler K110 Hiilipitoisuus 1.5% Kromipitoisuus 11.5% Karkenee ilmaan Vähäiset mittamuutokset Halkaisijaltaan 110 mm akseli läpikarkenee ilmaan Käyttölämpötila alle 480 ºC 30

Kuumatyöteräkset Käyttölämpötila yli 200 C Hiilipitoisuutta laskettu lämpötilanvaihteluiden keston parantamiseksi; luokkaa 0.4 % Kovuuden, kulumiskestävyyden ja lämpötilan kestävyyden parantamiseksi karbidien muodostajien pitoisuuksia nostettu; lisäksi mukana mahdollisesti pii Käyttö mm. tako-, painevalu-, lasi- ja muovimuoteissa, kuumapursotustyökaluissa Ylin käyttölämpötila luokkaa 550 ºC 32

Esimerkki Myötö- ja murtolujuus teräkselle X 40 CrMoV 5 1 (H13, 1.2344, Böhler W302) 20 ºC 1400 MPa 1600 MPa 300 ºC 1200 MPa 1400 MPa 400 ºC 1100 MPa 1300 MPa 500 ºC 900 MPa 1100 MPa 600 ºC 600 MPa 800 MPa Käyttökohteet Painevalumuotit, pursotustyökalut, muovimuotit, kuumaleikkuuterät, jne 33

Pikateräkset High Speed Steel (HSS) Tarkoitettu paikallisesti voimakkaasti kuumenevan käytön olosuhteisiin Ylivoimaisesti suurin käyttö lastuavan työstön terämateriaaleina; kestävyys punahehkuun saakka (n. 600 C) Hiilipitoisuus ja erikoiskarbidien muodostajien (W, Mo, V) pitoisuudet korkeita; lisäksi mukana usein Co 35

Pikateräkset Pikateräkset jaetaan kahteen luokkaan seosaineiden perusteella Molybdeeni Wolframi Molybdeenipitoiset ovat yleisempiä Samanlaiset ominaisuudet, mutta halvempi hinta 36

Molybdeenipitoiset Tyypilliset seosaineet pikateräkset Molybdeeni, wolframi, kromi, vanadiini, koboltti, hiili Seosaineiden vaikutukset ominaisuuksiin C ja V Co Kulumiskestävyys Punakovuus (laskee samalla sitkeyttä) Austeniittialueella tapahtuu hiilenkatoa helposti huomioitava lämpökäsittelyssä 38

Työkaluteräksen valmistus Raaka-aineet Sulatus ja valu Argon oxygen decarburization, AOD Electroslag remelting, ESR Vacum arc melting, VAR Muokkaus Tarkastus Mikrorakenne, puhtaus, kovuus, raekoko, pehmeäksi hehkutetun kappaleen rakenne, karkenevuus Magneettijauhe-, pyörrevirta- sekä ultraäänitarkastus Kaikki nämä ja kalliit seosaineet nostavat työkaluterästen hintaa 40

Lämpökäsittely Pääsääntöisesti kaikki työkaluteräksen lämpökäsitellään. Valaminen Yhtenäinen karbidiverkko heikentää ominaisuuksia, joten se rikotaan kuumamuokkaamalla austeniitti+karbidi alueella. Suurilla seosainepitoisuuksilla ei päästä lainkaan yksi faasialueelle. Jäähdytys 41

Lämpökäsittely Pehmeäksi hehkutus Kovan rakenteen koneistaminen on hankalaa. Pehmeäksi hehkutus ja hidas jäähtyminen. Normalisoitu rakenne on useimmiten liian kova. Uunit, suolakylvyt, alipaineuunit Hiilen katoa vältetään sopivalla atmosfäärillä, pakkaamalla työkaluteräs hiilenkatoa estävään väliaineeseen (esim. valurautalastu) Jäähtymisnopeus 8-22 C/h lämpötilaan 540 C, jonka jälkeen ilmaan Koneistuksessa syntyneiden jäännösjännitysten poisto. Jos jännityksiä ei poisteta, ne voivat rikkoa kappaleen karkaisussa. Myöstö voi aiheuttaa mittamuutoksia. 42

Lämpökäsittely Austenointi tehdään hyvin korkeassa lämpötilassa verrattuna muihin teräksiin Liian korkea lämpötila tai liian pitkä aika voivat aiheuttaa vetelyjä, rakeenkasvua, murtovenymän pienenemistä, lujuuden laskua (etenkin pikateräksillä jotka austenoidaan lähellä solidusta) Liian matala lämpötila aiheuttaa kovuuden ja kulumiskestävyyden pienenemisen Kappaleen kulmat halkeilevat sammutuksen yhteydessä jos keskiosa on kylmempi kuin reunat Hiilen katoa ei saa esiintyä 44

Lämpökäsittely Austenointi Austenointi tehdään kaksi faasialueella. Karbidien pieni koko ja iso tilavuusosuus pitää austeniitin raekoon pienenä. Ne seosaineet jotka eivät sitoutuneet karbideihin ovat liuenneina austeniittiin. Austeniitin koostumusta säädellään karbideilla. Austeniitin koostumus vaikuttaa karkenevuuteen, Ms lämpötilaan, jäännösausteniitin määrään ja sekundääriseen karkenevuuteen 45

Lämpökäsittely Austenointi Liian nopea lämmitys voi aiheuttaa halkeilua ja vetelyjä. Yksi tai useampia esilämmityksiä. Pitoaika lopullisessa austenointi lämpötilassa on mahdollisimman lyhyt. Hiilenkato halutaan välttää. Kappale upotetaan sulaan suolaan Sammutus Jäähtymisnopeus säädellään sammutusväliaineella. Tavoitteena martensiittinen rakenne. Seostuksella vaikutetaan perliitti- ja bainiittireaktion alkuun. Etappikarkaisulla saadaan tasattua jäähtymisen aiheuttama lämpötilaero ja 47

Lämpökäsittely Päästö Ensimmäisessä päästössä syntyvät karbidit pienentävät jäännösausteniitin Ms lämpötilaa, jolloin päästön jälkeisessä hitaassakin jäähtymisessä syntyy uutta martensiittia Uusi martensiitti pitää päästää. Jäännösausteniitin määrää tarkastetaan päästöjen aikana. Päästöjä jatketaan kunnes uutta martensiittia ei enään synny. Usein 2-3 kertaa riittää, mutta neljääkin käytetään 49

Erään kylmätyöterästen lämpökäsittely Ennen koneistusta pehmeäksi hehkutus 720 ºC pitoaika yli 2 tuntia Jäähdytys 10-15 ºC/h lämpötilaan 600 ºC jonka jälkeen sammutus ilmaan Koneistuksen aiheuttamat jännitykset poistetaan myöstöllä Esimerkiksi 650 ºC pitoaika 2 tuntia Jäähdytys uunin mukana 51

Erään kylmätyöterästen Austenointi hehkutus lämpökäsittely Esilämmitys lämpötilaan 650 ºC pito 10-60 min Esilämmitys ehkäisee termisien jännityksien aiheuttamia murtumista ja vetelyä Austenointi 790-820 ºC suolakylvyssä Suolakylpy mahdollistaa nopean lämpeämisen ja lyhyen pitoajan, jolloin raekoko ei kasva ja hiilenkatoa ei tapahdu Sammutus öljyyn rakenteeseen jää jäännösausteniittia 52

Erään kylmätyöterästen Päästö lämpökäsittely lämpötilassa 200 ºC kovuus laskee 65 HRC 60 HRC sitkeys paranee jäähdytys ilmaan jolloin jäännösausteniitti muuttuu martensiitiksi Toinen päästö Ensimmäisessä päästössä syntynyt martensiitti aiheuttaa haurautta josta päästään eroon toisella päästöllä Suoritetaan kuten edellä 53

1.myöstö 2.austenointi 3.sammutus 4.ensimmäinen päästö 5.toinen päästö 54

Erään pikateräksen lämpökäsittely Karbideja syntyy kahdessa vaiheessa primääriset karbidit syntyvät pikateräksen jähmettyessä sulasta sekundääriset karbidit erkautuvat austeniitista Karbidit käyttäytyvät eritavalla karkaisuhehkutuksessa primääriset karbidit eivät liukene austeniittiin ja ne parantavat kulutuskestävyyttä sekundääriset karbidit liukenevat austeniittiin ja lujittavat martensiitin 55

Erään pikateräksen lämpökäsittely Pikateräs kuumamuokataan jähmettymisen jälkeen jotta jähmettymisessä syntynyt haurasrakenne saadaan poistettua kuumamuokkausta seuraava ilmajäähdytys synnyttää martensiittia joka poistetaan pehmeäksihehkuttamalla sopiva lämpötila luokkaa 800 850 ºC pitoaika 2-5 h hidas jäähdytys 10-20 ºC/h lämpötilaan 600 ºC jonka jälkeen sammutus ilmaan pehmeäksi hehkutuksessa tapahtuu hiilenkatoa hiilenkatoa voidaan estää pakkaamalla kappale valurautalastuihin Koneistus ja mahdollisesti myöstö Esimerkiksi 550-600 ºC 1-3 tuntia 56

Erään pikateräksen lämpökäsittely Kuumennus karkaisulämpötilaan neljässä vaiheessa pidot lämpötiloissa 500 ºC, 850 ºC ja 1050 ºC ensimmäisen pito vähentää vetelyä toisessa pidossa liukenee eutektoidiset karbidit kolmannessa pidossa liukenee osa esieutektoidisista karbideista karkaisuhehkutus suolakylvyssä 1200 1300 ºC lyhyt pitoaika liian lyhyt pitoaika ei liuota riittävästi sekundäärisiä karbideja jolloin martensiintin kovuus jää pieneksi liian pitkä pitoaika liuottaa kaikki sekundääriset karbidit jolloin austeniitin raekoko alkaa kasvaa. Suuri rakeisesta austeniitista syntyy haurasta mertensiittia 57

Erään pikateräksen Karkaisu öljyyn lämpökäsittely pikateräs karkenee ilmaan, mutta hidas jäähtyminen muodostaa kappaleen pinnan oksideja jotka pitää poistaa sekä synnyttää esieutektoidisia karbideja karkaisu huoneen lämpötilaan voi aiheuttaa murtumia kappale poistetaan öljystä lämpötilassa 500-400 ºC ja sammutetaan ilmaan mikrorakenne tässä vaiheessa martensiittia karbideja jäännösausteniittia 58

Erään pikateräksen Ensimmäinen päästö esikuumennus 250 ºC lämpökäsittely lämpötila 540 580 ºC noin 2 tuntia karkaisussa syntynyt martensiitti muuttuu päästömartensiitiksi jäännösausteniitti on ylikylläinen seos joten se erkaumakarkenee (vertaa keinovanhennukseen) jäännösausteniitin hiilipitoisuus laskee erkautumisen yhteydessä jolloin martensiittia syntyy korkeammassa lämpötilassa (M s ja M f nousee) jäähdytys ilmaan sillä nopea jäähdytys aiheuttaa murtumia 59

Erään pikateräksen Toinen päästö lämpökäsittely ensimmäisessä päästössä syntynyt martensiitti on haurasta ja se pitää päästää jos kappaleessa on jäännösausteniittia ennen toista päästö se muuttuu toisessa päästössä martensiitiksi Kolmas päästö muuttaa toisessa päästössä syntyneen martensiitin päästömartensiitiksi 60

Esimerkki pikateräksen lämpökäsittelystä 1 Esikuumennus 2 Karkaisuhehkutus 3 Sammutus 3b Etappikarkaisu suolakylpyy 4 Ensimmäinen päästö 5 Toinen päästö 61

Jauhemetallurgia (Powder Metallurgy, P/M) Ensimmäiset teolliset kappaleet valmistettiin 1930-luvun lopulla. Autoteollisuus on merkittävä P/M osien käyttäjä. Muita käyttökohteita ovat: konttorikoneet, käsityökalut ja puutarhatyökalut. Pulverimetallurgian edut Pienemmät valmistuskustannukset (vähän hukkamateriaalia ja kalliit seosaineet, vähän koneistusta, energian kulutus pientä (vertaa sulatukseen)) paremmat ominaisuudet (kappaleella tasaiset ominaisuudet ja koostumus, hieno raekoko) suunnittelun joustavuus (monimutkaisten kappaleiden valmistus, joilla halutut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet) hankalien materiaalien valmistaminen (wolframi, beryllium, kermaamit, karbidit) 63

Menetelmät Mekaaniset ominaisuudet toissijaiset Metallijauheen valmistus Muodonanto, kompaktointi, puristus Sintraus Keskinkertaiset mekaaniset ominaisuudet Sintrauksen jälkeinen impregnointi (impregnation, infiltration) Hyvät mekaaniset ominaisuudet Sintrauksen jälkeinen kuumamuokkaus (powder forging) 64

Jauheiden valmistus (Fe) Raudan suorapelkistys Tapa 1: Fe 3 O 4, kalkkikiven ja koksin seosta hehkutetaan lämpötilassa 1205 C 24-36 tuntia, tämän jälkeen happipitoisuuden pienennys typpeä ja vetyä sisältävässä atmosfäärissä lämpötilassa 925 C Tapa 2: Rautaoksidia pelkistetään vetyatmosfäärissä, magneettierottelu, uusi pelkistys vetyatmosfäärissä 980 C 65

Metallisulan atomisointi (Fe) Kaasuatomisoinnissa Sulaa metallia kaadetaan suojakaasu säiliöön, missä se hajotetaan suojakaasu suihkulla Suojakaasuna argon tai typpi Käytetään seostetuille materiaaleilla joissa helposti hapettuvia seosaineita Syntyy pieniä metallipalloja, joten kompaktoidun kappaleen lujuus varsin pieni. Sopii HIP-prosessiin, missä kompaktointi ja sintraus tehdään samanaikaisesti Pallomaiset jauheet voidaan jauhaa hiutaleiksi 66

Jauheiden valmistus (Fe) Vesiatomisoinnissa Metallisuihku hajotetaan vesisuihkulla Partikkelikokoa voidaan säätää veden paineella Syntyvä jauhe on muodoltaan epäsäännöllistä Jauhe hapettuu voimakkaasti Valmistettu jauhe soveltuu kylmässä kompaktoitavaksi 68

Kompaktointi (Fe) Ennen kompaktointi jauheeseen sekoitetaan grafiittijauhetta ja voiteluainetta. Grafiitin tehtävä on pelkistää hapettunutta metallia sintrauksen aika. Sillä säädetään myös lopullista hiilipitoisuutta. Voiteluaine helpottaa kappaleen irrottamista muotista. Ohuet (< 6.35 mm) tasapaksun kappaleet voidaan kompaktoida yhdeltä puolelta painamalla. Paksummissa kappaleissa puristaminen tehdään molemmilta puolilta, sillä muotin ja jauheen välinen kitka pienentää painetta muotin keskiosassa. 70

Kompaktointi (Fe) Kompaktoidun kappaleen tiheys on suurimmillaan lähellä mäntää olleilla alueilla ja pienimmillään kaukana olleilla. Sintrauksen aikainen mittamuutos tiheillä alueilla on pienempi kuin vähemmän tiheillä. Yhdeltä puolelta puristettu kappale kapenee tasaisesti ja kahdelta puolelta puristettu on kapeimmillaan keskellä kappaletta. 71

Kompaktointi (Fe) Samasta syystä kappaleet joiden paksuus vaihtelee, kompaktoidaan työkalulla jossa on oma mäntänsä eri ainepaksuuksille. Muotin epätasainen täyttäminen aiheuttaa niin ikään tiheyseroja ja edelleen erisuuria dimensiomuutoksia. 72

CIP Isostaattisessa kylmäpuristuksessa (cold isostatic pressing) metallijauhe suljetaan elastomeeristä valmistettuun muottiin. Muottia puristetaan kasaan kaikissa suunnissa nesteen tai kaasun avulla Tasainen tiheys kaikkiin suuntiin ennen sintrausta Hyvät mekaaniset ominaisuudet 73

Sintraus (Fe) Rautapohjaisten materiaalien sintraus tehdään noin 1120 C:ssa 30 minuutin ajan pelkistävässä atmosfäärissä. Ennen sintraus poistetaan voiteluaineet esilämmittämä (705 C). Sintrauksen jälkeen kappaletta jäähdytetään inertissä atmosfäärissä. Sintrauksen aikana Yhteen puristettujen partikkeleiden välille syntyy metallurginen sidos Metallioksidit pelkistyvät Hiiltä diffundoituu grafiitista rautaan Tiheys kasvaa, huokoisuus pienenee (aika ja lämpötila) 74

Mekaaniset ominaisuudet (Fe) Sintratussa kappaleessa olevat huokoset laskevat kappaleen lujuutta, koska ne pienentävät tehollista poikkipinta-alaa sekä aiheuttavat jännityskeskittymiä. Huokoisuuden pienentäminen (tiheyden nostaminen) lisäävät Myötölujuutta Murtolujuutta Murtovenymää Kimmomodulia kkvuutta 75

Mekaaniset ominaisuudet Mekaanisia ominaisuuksia parantaa impregnoinnilla. Kappaleessa olevat avoimet huokoset (interconnected) voidaan täyttää sulalla metallilla tai huomattavasti matalammassa sulavalla seosaineella. Edut Mekaanisten (lujuus, kovuus, iskusitkeys, väsymislujuus) paranevat Tasainen ja suuri tiheys Huokoisuuden sulkeminen Selective density variations Sintrattujen kappaleiden yhteen liittäminen 77

Kuparilla impregnointi Jos huokoset halutaan täyttää kuparilla kompaktoidun kappaleen päälle laitetaan kuparijauheesta puristettu aihio (slug). Sintraus ja impregnointi tehdään yhtä aikaa ( sintration ) lämpötilassa 1120 C 30 minuutin ajan. Atmosfääri on endoterminen. 78

Maksimitiheys (Fe) Pulverimetallurgiselle kappaleella saadaan maksimitiheys (Fully dense part) sintrauksen jälkeisellä muokkauksella Muokkaus voidaan tehdä yksi- tai moniaksiaalisesti 80

HIP Kuumaisostaattisessa puristuksessa (Hot isostatic pressing) jauhe suljetaan tölkkiin joka puristetaan kasaan 200 MPa paineessa ja korkeassa lämpötilassa (esim. 1100 C). yhtäaikaisella paineen lämpötilan käytöllä saadaan mahdollisimman tiheä kappale -> hyvät mekaaniset ominaisuudet kaikki muodot eivät ole mahdollisia, usein tehdään sylinterin muotoisia aihioita 82

HIP Monimutkaisemmatkin muodot onnistuvat esimerkiksi levystä taivutetun muotin avulla tai vahamallista tehdyllä keraamimuotilla. Jos osa valmistetaan esimerkiksi superseoksesta, voidaan niukkaseosteisesta teräksestä valmistaa sulava keerna. Keernan sulatukseen voidaan käyttää esim. typpihappoa. 85

Jauhemetallurgiset Etuja työkaluteräkset Tasaisempi karbidien koko ja jakautuminen. Tavanomaisten työkaluterästen karkea rakenne (ja suotaumat) syntyy hitaassa jäähtymisessä. Jauheen valmistuksessa vastaavaa ongelmaa ei ole. Koostumukset joita ei voida valmistaa valamalla ja muokkaamalla. Tavanomaisissa työkaluteräksissä suotautuminen huonontaa (kuuma)muokattavuutta Tyypillinen käyttökohde on pikaterästen valmistus, mutta myös kylmä- ja kuumatyöteräksiä tehdään 87

Lämpökäsittely Jauhemetallurgiset tyäkaluteräksen lämpökäsitellään kuten tavanomaisetkin Pitoajat voivat olla lyhyempiä hienokokoisen rakenteen johdosta Hieno ja tasainen rakenne saa aikaa paremman toistettavuuden Tyypilliset vaiheet Pehmeäksihehkutus Jännitystenpoisto Karkaisu Päästö 89

Mittamuutokset Mittamuutokset voivat syntyä Faasimuutoksesta (esimerkiksi austeniitista martensiitiksi) Suotautuminen? Jäännösjännitykset Epätasainen lämmitys tai jäähtyminen Jauhemetallurgisilla työkaluteräksillä etenkin suotautumisen aiheuttamat mittamuutokset ovat pieniä Seuraavalla kalvolla halkaisijaltaan 102 mm koekiekon mittamuutokset. a) AISI M2 ja b) ASP 30 90

Koneistettavuus Pehmeäksihehkutetun jauhemetallurgisen teräksen koneistettavuus on yhtä hyvä kuin tavanomaisen Hyvä koneistettavuus laskee valmistuskustannuksia P/M teräksien rikkipitoisuutta voidaan nostaa ilman että sitkeys tai leikkausominaisuudet heikkenevät Myös hiominen on helpompaa 92

Leikkuuominaisuudet Tärkeimmät ominaisuuden tältä kannalta Kulumisen kesto (kovuus, primääristen karbidien tyyppi, tilavuusosuus ja muoto) Päästön kesto eli kuumakovuus (koostumus ja sekundäärikarbidien muodostuminen, V, Mo, Co) Sitkeys (päästölämpötila, primääristen karbidien koko ja jakautuminen) 93

Maraging teräkset Eri laatujen myötölujuus sijoittuu välillä 1030 2420 MPa Seosaineet Nikkeli Koboltti Molybdeeni Hiili muodostaa helposti ei toivottavaa titaanikarbidia (TiC) Lujuus, murtovenymä ja sitkeys laskevat 94

Maraging teräkset Pienen hiilipitoisuuden takia karkaisun jälkeisen martensiitin kovuus on matala 30-35 HRC Pehmeässä tilassa voidaan koneistaa mutkikkaita muotoja Erkaumakarkaisuun ei liity suuri mittamuutoksia Koneistettu kappale voidaan lujittaa ilman vetelyjä Hyvä hitsattavuus, hyvä murtumissitkeys 95

Maraging teräkset Standardoitus seokset. Esimerkiksi 18Ni(200) Nikkelipitoisuus 18% Myötölujuus 200 ksi = 1380 MPa able 2 Heat treatments and typical mechanical properties of standard 18Ni maraging steels Heat Tensile Yield Elongation Reduction Fracture treatment(a) strength strength in 50 mm in area, % toughness rade MPa MPa (2 in.), % MPam 0.5 8Ni(200) A 1500 1400 10 60 155-240 8Ni(250) A 1800 1700 8 55 120 8Ni(300) A 2050 2000 7 40 80 8Ni(350) B 2450 2400 6 25 35-50 8Ni(Cast) C 1750 1650 8 35 105 a) Treatment A; solution treat 1 h at 820 C (1500 F), then age 3 h at 480 C (900 F). Treatment B: solution reat 1 h at 820 C (1500 F), then age 12 h at 480 C (900 F). Treatment C: anneal 1 h at 1150 C (2100 F), age 1 h at 595 C (1100 F), solution treat 1 h at 820 C (1500 F) and age 3 h at 480 C (900 F) 96

Maraging teräkset Table 1 Nominal compositions of commercial maraging steels Composition, %(a) Grade Ni Mo Co Ti Al Nb Standard grades 18Ni(200) 18 3.3 8.5 0.2 0.1... 18Ni(250) 18 5 8.5 0.4 0.1... 18Ni(300) 18 5 9 0.7 0.1... 18Ni(350) 18 4.2(b) 12.5 1.6 0.1... 18Ni(Cast) 17 4.6 10 0.3 0.1... 12-5-3(180)(c) 12 3... 0.2 0.3... Cobalt-free and low-cobalt bearing grades Cobalt-free 18Ni(200) 18.5 3... 0.7 0.1... Cobalt-free 18Ni(250) 18.5 3... 1.4 0.1... Low-cobalt 18Ni(250) 18.5 2.6 2 1.2 0.1 0.1 Cobalt-free 18Ni(300) 18.5 4... 1.85 0.1... (a) All grades contain no more than 0.03% C. (b) Some producers use a combination of 4.8% Mo and 1.4% Ti, nominal. (c) Contains 5% Cr 97

Maraging teräkset Maraging teräkseen muodostuu martensiittinen rakenne lähes aina vaikka jäähtymisnopeus olisi hyvin hidas Koboltti nostaa M s lämpötilaa Nikkeli ja molybdeeni laskevat M s lämpötilaa Jäännösausteniitti pitoisuudet ovat pieniä Martensiitin kovuus luokkaa 30 HRC 98

Maraging teräkset Lämpötilan nostaminen mahdollistaa niukkahiilisen martensiitin hajaantumisen 3-9h 455-510 C Ennen tasapainopiirroksen mukaisen rakenteen mudostumista syntyy nikkelipitoisia erkaumia jotka nostavat kovuutta (ja lujuttaa) Liian pitkä lämpökäsittely aiheuttaa erkauminen koon kasvamista, austeniitin muodostumista, erkaumien liukenemista -> kovuus laskee 99

Mangaaniteräkset Hadfieldin mangaaniteräkset. Mn- pitoisuus 10-14 %, C- pitoisuus 1.0-1.4 %: Rakenne metastabiilina austeniittina pysyvä huoneenlämpötilassa (martensiittireaktion alkamislämpötila huoneenlämpötilan alapuolella) Korkea austenointilämpötila (karbidien liuottaminen); rakeenkasvu seurauksena, jonka vuoksi kehitetty niukemmin hiiltä ja mangaania sisältävät versiot ( n. 6% Mn) Vesisammutus (karbidierkaumien estäminen) 104

Mangaaniteräkset Voimakkaasti kuluttava iskumainen kuormitus lujittaa teräksen pintaa sitä mukaa kuin kuluminen edistyy ja uutta pintaa paljastuu kulumiselle alttiiksi; erittäin hyvä kulumiskestävyys perusluonteeltaan sitkeällä materiaalilla Kulutuksen oltava riittävän voimakasta; hankaava kulutus ei riitä 105

Mangaaniteräkset Metastabiili austeniittinen rakenne on sitkeää ja muodonmuutoskykyistä Metastabiilisuudesta johtuen austeniitti voi voimakkaassa muokkauksessa muuttua osittain martensiitiksi. Kun tähän yhdistyy austeniitille tyypillinen muokkauslujittuminen, lujittuu teräksen pinta voimakkaasti muokkauksen ansiosta (työstökarkeneminen). Kovuus nousee arvosta 200 HV jopa arvoon 600 HV 106

Mangaaniteräkset Table 1 Standard composition ranges for austenitic manganese steel castings ASTM Composition, % A 128 grade C Mn Cr Mo Ni Si (max) P (max) A 1.05-1.35 11.0 min......... 1 0.07 B-1 0.9-1.05 11.5-14.0......... 1 0.07 B-2 1.05-1.2 11.5-14.0......... 1 0.07 B-3 1.12-1.28 11.5-14.0......... 1 0.07 B-4 1.2-1.35 11.5-14.0......... 1 0.07 C 1.05-1.35 11.5-14.0 1.5-2.5...... 1 0.07 D 0.7-1.3 11.5-14.0...... 3.0-4.0 1 0.07 E-1 0.7-1.3 11.5-14.0... 0.9-1.2... 1 0.07 E-2 1.05-1.45 11.5-14.0... 1.8-2.1... 1 0.07 F 1.05-1.35 6.0-8.0... 0.9-1.2... 1 0.07 107