465102A Konetekniikan materiaalit, 5op

465102A Konetekniikan materiaalit, 5op Luento n:o 1 Timo Kauppi

Esittäytyminen Timo Kauppi, TkL, s. 1963 OY 1993, materiaalitekniikka, fysikaalinen ja prosessimetallurgia Outokumpu Polarit Oy 1993 1999 Kaskitech Oy, Nethawk Oy 1999 2002 Capricode Oy 2002 2005 Kemi-Tornion amk 2005 2013 tutkijayliopettaja, materiaalien käytettävyyden tutkimusryhmän vetäjä Lapin amk 2014 7/2016 yliopettaja, ASM TKI ryhmän erityisasiantuntija Oulun yliopisto 8/2016 Opetus, hitsausmetallurgia ja vaurioanalyysi tutkimusten koordinointi 2

Aluksi 3

Aluksi 4

Aluksi 5

Oppimistavoite Opintojakson suoritettuaan opiskelija tuntee keskeiset konstruktiomateriaaliryhmät eli rautametallit, eirautametallit, tekniset muovit ja konstruktiokeraamit sekä niiden luonteenomaiset ominaisuudet. Lisäksi opiskelija tuntee näiden pääryhmien sisällä olevat keskeiset materiaalit sekä niiden edut ja rajoitukset tuotteen valmistuksen ja käytettävyyden suhteen. Hän kykenee myös löytämään sopivimmat materiaalivaihtoehdot tiettyyn komponenttiin tai rakenteeseen ja valitsemaan näistä parhaan vaihtoehdon hyödyntämällä systemaattista materiaalinvalintaa. 6

Sisältö Rautametallit: erilaiset rakenneteräkset, nuorrutus- ja työkaluteräkset, ruostumattomat teräkset sekä valuraudat ja -teräkset. Ei-rautametallit: kevytmetallit eli alumiini-, titaani- ja magnesiumseokset sekä raskaista värimetalleista kupari- ja nikkeliseokset. Tekniset muovit ja muovikomposiitit. Konstruktiokeraamit. Materiaalinvalinnan suoritus eri vaatimukset silmällä pitäen. 7

Toteutus Lähiopetus. Luento-opetusta 32 tuntia ja itsenäistä opiskelua 103 tuntia. Kurssi sisältää ryhmätyönä laadittavan materiaalinvalintaan liittyvän kirjallisen katsauksen. Kurssin loppupuolella käytetään 1-2 luentokertaa töiden arvioimiseen ja palautteen antamiseen. 8

Toteutus Luennot joka viikon maanantaina PR104, viimeinen 12.12.2016 klo 12:15 14:00 harjoitustyön arviointi / palaute 5.12. (+12.12.) Tentti 14.1.2017, uusintatentit 4.2.2017 ja 18.3.2017 harjoitustyö tulee olla hyväksytysti suoritettuna ennen opintosuorituksen kirjaamista! 9

Konstruktiomateriaalit 10

Materiaaliryhmät insinööriä kiinnostavat konstruktiomateriaalit jaetaan neljään ryhmään

Metallit Tunnetuista 105:stä alkuaineesta 81 metalleja, 6 puolimetalleja ja 18 epämetalleja. Vaikka historiallisesti keraamit ja polymeerit ovat vanhimmat ihmisten konstruktiomateriaalit, käsitellään useimmiten metallit peruskursseilla ensimmäiseksi. Tämä johtuu metallien (ja siis paljolti raudan) dominoivasta asemasta konstruktioissa teollisen tuotannon historiaan aikana. Tämä on toisaalta johtanut metallien materiaaliopin hyvään teoreettiseen tuntemukseen. http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Teräs Raudan erikoisasema konstruktiometallina johtuu teräksen monista hyvistä ominaisuuksista. Teräshän on usein se materiaali, josta puhutaan termillä metalli: sen hyviä ominaisuuksia ovat lujuus yhdistettynä sitkeyteen ja muovattavuuteen teräksen sitkeys yhdistettynä muokkauslujittumiseen puolestaan mahdollistaa teräksenrakenteen pelastavan käytöksen ylikuormitustilanteessa; teräs myötää ja lujittuu varoittaen näin ylikuormituksesta rakenteen silti tuhoutumatta katastrofaalisesti. http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Keraamit Keraamit ovat metallin tai piin ja germaniumin sekä epämetallin, useimmiten hapen, typen ja hiilen muodostamia yhdisteitä. Keraamit siis ovat yhdisteitä mutta käytännön keraamimateriaalit voivat olla ja ovatkin seoksia. http://www.ceramate.com/ http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Polymeerit Ehkäpä suurin konstruktööriä kohdannut muutos materiaalien valikoimassa on polymeerien käytön voimakas kasvu. Polymeerit ovat useimmiten orgaanisia makromolekyylejä, joiden molekyyliketju koostuu pääasiassa hiilestä. Polymeerit sisältävät sellaiset jokapäiväisessä kielenkäytössä tutut materiaaliryhmät kuin muovit ja kumit. Polymeerien ominaisuudet vaihtelevat hyvin suuresti. Usein ne ovat sitkeitä ja kestävät huonosti korkeita lämpötiloja. Suurimpana syynä polymeerien käytölle on niiden edullisuus yhdistettynä hyvään valmistettavuuteen. http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Komposiitit Komposiittimateriaalit eli yhdistelmämateriaalit ovat materiaaleja, joissa yhdistetään kaksi tai useampia selvästi toisistaan eroavaa materiaalia. Komposiitit sisältävät siis kaikki kolme edellistä pääryhmää. Ideana komposiiteillä on yhdistää kahden eri materiaalin hyvät ominaisuudet siten että komposiitin ominaisuudet ylittävät osiensa ominaisuuksien summan. Uusimpia innovaatioita komposiittimateriaaleissa ovat biokomposiitit. http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Komposiitit Tyypillisiä komposiittirakenteita ovat synteettinen kuitukomposiitti, lasikuitulujitettu muovi (vrt. lasikuituvene), betoni, joka puolestaan on silikaatti sementtimatriisin ja lujittavien hiekka ja kivi partikkelien muodostama komposiitti. Puu on kuitulujitetuista lamelleista koostuva sellirakenteinen luonnon komposiittirakenne. Siis puu sisältää kolmea eri komposiittirakennetta samassa materiaalissa. http://www.ims.tut.fi/vmv/2004/vmv_2.php

Komposiitit https://www.google.fi/search?q=structure+of+timing+belt&biw=1920&bih=871&tbm=isc h&tbo=u&source=univ&sa=x&ved=0ahukewicwttol_loahwiwswkhwnvbeuqsa QIHw#imgrc=96xDlQEzncgpwM%3A 18

Materiaalit autoteollisuudessa 10% teräksen kulutuksesta (yli 100 mtpa) http://www.brass.cf.ac.uk/uploads/scp_move/wells.pdf

Teräs 2006 Suomen kansantalouden teräsvarannon kooksi osoittautui 63 miljoonaa tonnia ja keskimääräiseksi elinkaareksi hieman yli 42 vuotta. Määrällisesti suurimmat teräsvarantoluokat olivat rakennuskanta n. 50 % kokonaisvarannosta ja koneet ja laitteet n. 29 % kokonaisvarannosta. www.teknologiateollisuus.fi/.../teras_suomen_kansantaloudessa.pdf... 20

http://www.worldsteel.org/media-centre/speeches-and-presentations/askerovoutlook.html 21

Rst kulutus http://www.stockhouse.com/companies/bullboard/v.cro/canadian-arrow-mines-limited?postid=19978952 22

Kuparin valmistus http://www.oracleminingcorp.com/copper/ 23

Alumiinin valmistus http://www.alunet.com/statistics.aspx 24

Nikkelin kulutus/valmistus http://www.stockhouse.com/companies/bullboard/v.cro/canadian-arrow-mineslimited?postid=19978952 25

Teräkset 26

Teräs Teräs on modernin yhteiskunnan selkäranka. Se on elinympäristömme keskeinen materiaali. Lähes kaikissa infrastruktuurin rakenteissa käytetään terästä: rakennettu elinympäristömme, kulkuvälineet sekä lähes kaikki arkielämän koneet ja laitteet sisältävät terästä. Teräs on useita kertoja kierrätettävissä, koska sen ominaisuudet eivät heikkene kierrätyksessä. Teräksen kierrättäminen on ekotehokasta, sillä se säästää energiaa ja luonnonvaroja ja pienentää päästöjä verrattuna primaarituotantoon. 27

Mitä teräs on? Teräs on raudan ja hiilen seos, jonka hiilipitoisuus on pienempi kuin 2,05 p-%. Tätä suuremman hiilipitoisuuden omaavat seokset luokitellaan valuraudoiksi. Teräkset sisältävät tavallisesti myös seosaineita, jotka vaikuttavat teräksen ominaisuuksiin joko suoraan tai muuttamalla teräksen mikrorakennetta. Metalli jähmettyy sulasta tilasta kiteiseen muotoon. Kiteinen rakenne muodostuu säännönmukaisista atomiryhmitelmistä, jotka muodostavat kidehilan (kuva 1.1). www.teknologiateollisuus.fi/file/7449

From Ore To Steel http://www.youtube.com/watch?v=9l7jqonyoka&feature=related 29

Mitä teräs on? Lukkari ym. 2016

teollisuusteräkset Ei mikään virallinen termi! = teräksiä, joita käytetään teollisuudessa konstruktio-, työkalu-, tulenkestävinä-, kulutuskestävinä-, yms. materiaaleina. kaivoksilla kulutuskestävät tärkeitä, mutta käytössä myös rakenneteräksiä, ruostumattomia teräksiä, työkalu-, nuorrutus- ja muita erikoisteräksiä http://www.zenithcrusher.com/images-pro/jaw-crusher/jaw-crusher-picture.htm

teollisuusteräksiä rakenneteräkset nuorrutusteräkset ruostumattomat teräkset työkaluteräkset tulenkestävät, kuumalujat teräkset kulutusteräkset pikateräs, pintakarkaistavat kuuma- ja kylmätyöstöteräkset muovimuottiteräkset hiiliteräkset, säänkestävät teräkset maraging, kaksifaasiteräkset

hiiliteräkset KUVA 1 Terästen luokittelu myötölujuuden perusteella. (VIITE 3 Kivivuori & Härkönen 2004).

ruostumattomat teräkset Kauppi. Ohutlevylehti 2/2016.

lujuus R p0.2 = 350 MPa = F/A A = 1 cm 2 = 100 mm 2 F = 350 N/mm 2 x 100 mm 2 = 35000 N m = 35000 kgm 2 /s 2 / 9,81 m 2 /s 2 = 3567,8 kg

metallisten materiaalien lujuuksia hiiliteräkset R eh /R p 170 MPa (IF teräkset) 700 MPa (TM-valssatut nauhat) 960-1500 MPa (AHSS, suorakarkaistut) ruostumattomat teräkset, levyt ja nauhat, R p 210 MPa (EN 1.4301) austeniittinen rst (Fe Cr - Ni) 220 MPa (EN 1.4404) haponkestävä rst (Mo-seostus) 260 MPa (EN 1.4016) ferriittinen rst (Fe Cr) 550 MPa (EN 1.4410) duplex rst (Fe Cr Ni Mo - N) alumiini R p 50 MPa (99,996% Al) 220 MPa (Al-Zn seokset, lämpökäsiteltynä) >700 MPa (Al Zn Mg Cu seokset) 36

Terästen luokittelu Teräksiä kutsutaan usein niiden sisältämän hiilipitoisuuden mukaan niukkahiilisiksi, keskihiilisiksi tai runsashiilisiksi teräksiksi. Matalahiilisissä teräksissä on yleensä vähemmän kuin 0,25 p-% hiiltä ja siten niiden taipumus muodostaa haurasta martensiittia on vähäinen, mikrorakenne on yleensä ferriittis-perliittinen. Näiden terästen lujuudet ovat usein melko matalia, muodonmuutoskyky ja sitkeys ovat hyviä. Terästen hitsattavuus, koneistettavuus ja muovattavuus ovat hyviä sekä teräkset ovat hinnaltaan halvimpia. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Terästen luokittelu Matalahiilisten terästen ryhmään kuuluvat ns. HSLA (High Strength Low-Alloy) - teräkset. Nämä voivat sisältää hiilen lisäksi kuparia, vanadiinia, nikkeliä ja molybdeeniä seosaineiden kokonaispitoisuuden ollessa enintään n. 5 %. HSLA-teräksiä lujitetaan lämpökäsittelemällä. Ne ovat sitkeitä, muovattavissa ja koneistettavissa. HSLA-teräkset kestävät ilmastoatmosfäärissä paremmin korroosiota kuin tavalliset matalahiiliset teräkset. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Terästen luokittelu Keskihiilisten terästen hiilipitoisuus on 0,25-0,60 p-%. Niitä voidaan nuorruttaa (quenching and tempering) ja käytetäänkin useimmiten päästettyinä, jolloin niillä on päästömartensiittinen mikrorakenne. Näiden terästen karkenevuutta voidaan parantaa seostamalla, jolloin päästään parempiin lujuusominaisuuksiin kuin niukkahiilisillä teräksillä. Muodonmuutoskyky ja sitkeys ovat kuitenkin heikompia kuin matalahiilisissä teräksissä. Keskihiilisiä teräksiä käytetään kuluttavan kuormituksen alaisena esim. kulutusteräksinä. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Terästen luokittelu Runsashiilisten terästen hiilipitoisuus on 0,6-1,4 p-%. Ne ovat kovimpia, lujimpia ja hauraimpia hiiliteräksiä. Niitä käytetään karkaistuina ja päästettyinä, ominaisuuksiltaan ne ovat hyvin kulumisenkestäviä. Seostettuina kromilla, vanadiinilla, volframilla ja molybdeenissä nämä ovat tyypillisiä työkaluteräksiä. Runsashiilisiä teräksiä käytetään myös ratakiskoteräksinä (C = 0,6-0,8 p-%) niiden hyvän kulutuskestävyyden vuoksi. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Rakenneteräkset Rakenneteräksiä on suuri määrä eri ryhmiä ja niihin kuuluvia teräslajeja. Lähtökohta näiden terästen läpikäyntiin ovat EN-standardisarjat SFS-EN 10025-1 6 ja 10149-1 3. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Seostamattomat rakenneteräkset ovat matalahiilisiä seostamattomia teräksiä, joissa on vain hiiltä (C), piitä (Si) ja mangaania (Mn) standardin sallimina pitoisuuksina. Seostamattomien rakenneterästen nimi oli aikaisemmin kymmeniä vuosia Yleiset rakenneteräkset, kunnes se muuttui ja on nykyään Seostamattomat rakenneteräkset. Standardit ja niiden nimet sekä teräslajien merkinnät ovat uusiutuneet. Standardeja ovat aikajärjestyksessä taaksepäin mm. SFS-EN 10025-2 (2004 ), SFS-EN 10025 (1993-2004), SFS-EN 10025 (1991-1993) ja SFS 200 (1969-1991). Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Esim. nykyisen standardin (SFS-EN 10025-2) teräslajin S355J2+N edeltäjiä olivat vastaavassa järjestyksessä S355J2G3, Fe 510 D1 ja Fe 52 D. Vanhan saksalaisen standardin DIN 17100 mukaisia tunnettuja merkintöjä olivat esim. St 37-2 ja St 52-3 N, joita vastaavat nykyiset teräslajit S235JR ja S355J2+N. Vanhoissa merkinnöissä numero-osa, esim. 52 (Fe 52) ja 510 (Fe 510 D1), tarkoitti teräksen murtolujuutta (R m ), laatuina kp/mm 2 (52) ja N/mm 2 (510). Nykyisin lujuusluokittelu perustuu myötölujuuteen, esim. S355 (R p 355 N/mm 2 ). Lujuuden laatuna nykyiset rakenneterästen standardit käyttävät SI-järjestelmän mukaista yksikköä MPa. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Nämä teräkset ovat mm. konepajatuotteissa ja teräsrakenteissa yleisimmin käytettyjä raaka-aineita. Yleisimmät teräslajit hitsatuissa rakenteissa ovat tänä päivänä S355- lujuusluokan teräksiä. Mikrorakenteeltaan teräkset ovat ferriittis-perliittisiä. Tyypillinen teräslaji tässä ryhmässä on S355J2+N. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Seostamattoman teräksen (engl. non-alloy steel, unalloyed steel) ja seosteräksen (engl. alloy steel, alloyed steel) raja on määritelty standardissa SFS-EN 10020: 2000 (Teräslajien määritelmät ja luokittelu), jossa on annettu seosaineiden pitoisuuksille rajat. Seostamattomia rakenneteräksiä kutsutaan joskus myös hiiliteräksiksi tai hiilimangaaniteräksiksi, lyhyesti C- tai C- Mn-teräksiksi, riippuen mangaanipitoisuudesta. Hiilimangaaniteräksiin on lisätty tarkoituksellisesti mangaania (0,90-1,60 %) lujuuden nostamiseksi. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Kun käyttölämpötila on jatkuvasti alle -20 C ja rakenne on joko hitsattu tai iskumaisesti kuormitettu, nämä seostamattomat rakenneteräkset eivät yleensä enää sovellu erityisen hyvin rakenneaineiksi, mm. haurasmurtumisriskin takia. Mataliin lämpötiloihin soveltuvia teräksiä ovat mm. iskusitkeydeltään paremmat normalisoidut tai termomekaanisesti valssatut hienoraeteräkset. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Iskusitkeys Iskusitkeys on ominaisuus, joka on kenties eniten sidoksissa metallin kiderakenteeseen. Kun tarkastellaan pkk- ja tkk - rakenteiden murtumiskäyttäytymistä matalissa lämpötiloissa, havaitaan siinä selkeä ero: pintakeskisen kuutiollisen kiderakenteen omaavalla teräksellä (esimerkiksi austeniittinen ruostumaton teräs ja Hadfieldin mangaaniteräs) lämpötila ei juurikaan vaikuta siihen, kun taasen tilakeskisen kuutiollisen kiderakenteen omaavilla teräksillä murtumiskäyttäytyminen muuttuu sitkeästä hauraaksi lämpötilan laskiessa. Lämpötilaa, jossa tämä muutos tapahtuu, kutsutaan teräksen transitiolämpötilaksi (T t ). Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Iskusitkeys Sitkeässä murtumassa (engl. ductile fracture) rakenne kuroutuu eli kappaleen poikkipinta pienenee selvästi ennen murtumista kuvan 10.10.a mukaisesti. Murtuman eteneminen vaatii paljon energiaa ja särönkasvu on hidasta. Haurasmurtumassa (engl. brittle fracture) rakenteessa ei esiinny kuroutumista ja murtumiseen vaadittava energia on huomattavasti pienempi kuin sitkeässä murtumassa. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Iskusitkeys Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Iskusitkeys Iskusitkeys on yksi materiaalinvalinnan tärkeimpiä kriteereitä. Mitä parempi iskusitkeys teräksellä on, sitä vaikeammat olosuhteet, suuremmat jännityskeskittymät ja kookkaammat alkusäröt se kestää. Iskusitkeyden ja transitiolämpötilan määrittämiseksi on käytössä useita eri menetelmiä. Yleisesti käytetyt Charpy V (CVN), Charpy U (CUN) kokeet (engl. Charpy pendulum impact test) ovat murtumaan sitoutuneen energian mittaamiseen perustuvia testimenetelmiä. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Iskusitkeys Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Seostamattomia rakenneteräksiä käytetään kaikkialla terästuotteissa, joissa niiden lujuusominaisuudet ovat riittävät eikä ole tarve lujemmista teräksistä tai muista erityisominaisuuksista, mm. paremmista iskusitkeysominaisuuksista. Yleisiä suuria hitsattuja käyttökohteita ovat mm. sillat, rakennusten teräsrungot, teräsrakenteet, säiliöt, liikenne- ja kuljetusvälineet, koneiden rungot ja niiden osat. Teräkset ovat hyvin hitsattavia, muovattavia, särmättäviä ja koneistettavia. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Seostamattomien rakenneterästen lujuusominaisuudet ovat suhteellisen vaatimattomat korkeissa lämpötiloissa, esim. lämpötilassa 400 C ovat noin 60 % lujuudesta huoneenlämpötilassa. Ylimmät käyttölämpötilat ovat luokkaa 350-400 C. Rakenneteräksen standardissa ei ole kuitenkaan määritelty lujuuksia huoneenlämpötilaa korkeammissa lämpötiloissa. Painelaiteterästen standardissa (SFS-EN 10028-2) on kuitenkin määritelty lujuusarvot vastaaville seostamattomille painelaiteteräksille aina 400 C:een saakka. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Pitkien tuotteiden ja jatkuvatoimisesti kuumavalssattujen levytuotteiden toimitustila voi standardin mukaan olla kuumavalssattu (+AR, engl. as rolled), normalisointivalssattu (+N, engl. normalized rolled) tai termomekaanisesti valssattu (+M, engl. thermomechanical rolled) valmistajan valinnan mukaisesti. Terästuotteiden määritelmät on esitetty standardissa SFS- EN 10079:2007. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Standardissa on seuraavat valssaukseen liittyvien termien määritelmät: Kuumavalssatussa toimitustilassa olevalle teräslevylle ei ole tehty mitään erityistä valssauksen kontrollointia ja/tai lämpökäsittelyä. Tämän toimitustilan tunnus on +AR. Normalisointivalssaus on valssausprosessi, jossa loppuvalssaus suoritetaan tietyllä lämpötila-alueella siten, että materiaalin toimitustila vastaa normalisoidun tuotteen toimitustilaa ja vaaditut mekaaniset ominaisuudet täyttyvät myös normalisoinnin jälkeen. Tällöin valssauksen lopetuslämpötila on normalisointilämpötiloissa eikä mitään erillistä uunissa tehtävää normalisointia tarvita. Tämän toimitustilan tunnus on +N. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Termomekaaninen valssaus on valssausprosessi, jossa loppuvalssaus suoritetaan tietyllä lämpötila-alueella, jolloin saavutetaan materiaaliominaisuudet, joita ei voida saavuttaa tai toistaa pelkällä lämpökäsittelyllä. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Seostamattomat rakenneteräkset Seostamattomat rakenneteräkset ovat hyvin hitsattavia matalahiilisiä hiili- ja hiilimangaaniteräksiä. Hiiliekvivalentti (C-ekv, CE, CEV jne) on teräksen kemiallisesta koostumuksesta laskettava arvo, joka on tärkeä erityisesti hitsattavuuden kannalta. Se kuvaa teräksen karkenevuutta mutta samalla myös kylmähalkeilualttiutta. Hyvän hitsattavuuden ylärajana pidetään usein 0,40 %. Huom! Käytä aina ainestodistuksen arvoja CE:n laskemiseen! Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Ainestodistus

Ainestodistukset 3.1 Laatuvakuutus tyyppi 2.1 Asiakirja, jossa valmistaja vakuuttaa toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia. Koetuloksia ei ilmoiteta. 3.2 Koetustodistus tyyppi 2.2 Asiakirja, jossa valmistaja vakuuttaa toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia ja jossa esitetään valmistusmenetelmäkohtaiseen tarkastukseen perustuvat koetulokset. SFS-EN 10204:2004

Ainestodistukset 4.1 Vastaanottotodistus 3.1 tyyppi 3.1 Valmistajan julkaisema asiakirja, jossa valmistaja vakuuttaa toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia ja jossa esitetään koetulokset. Koetuserä ja tehtävät kokeet määritellään tuotespesifikaatiossa, virallisissa määräyksissä ja vastaavissa säännöksissä ja/ tai tilauksessa. Asiakirjan vahvistaa valmistajan valtuuttama tuotantoosastosta riippumaton edustaja. SFS-EN 10204:2004

Ainestodistukset 4.2 Vastaanottotodistus 3.2 tyyppi 3.2 Sekä valmistajan valtuuttaman tuotanto-osastosta riippumattoman edustajan että ostajan valtuuttaman edustajan tai viranomaismääräyksissä määrätyn tarkastajan antama asiakirja, jossa vakuutetaan toimitettujen tuotteiden olevan tilauksen mukaisia ja esitetään koetulokset. Valmistajan on sallittua esittää vastaanottotodistuksessa 3.2 toimituseräkohtaisia koetuloksia, jotka ovat peräisin toimitettavan tuotteen aikaisemmasta valmistusvaiheesta edellyttäen, että toimenpiteet ovat jäljitettävissä ja vastaavat alkuperäiset tarkastusasiakirjat ovat saatavissa. SFS-EN 10204:2004

Ainesstandardit Standardi (SFS-EN 10025-2) määrittelee vaatimukset terästen kemialliselle koostumukselle ja mekaanisille ominaisuuksille, taulukko 2.1. Teräkset luokitellaan rakenneteräslajeihin (S) niiden huoneenlämpötilassa määritellyn vähimmäismyötölujuuden (MPa) perusteella: S235, S275 ja S355. Myötölujuudella tarkoitetaan standardissa ylempää myötörajaa R eh. Lujuusvaatimukset laskevat aineenpaksuuden myötä. Paksuus ei kuitenkaan vaikuta iskusitkeysvaatimuksiin. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Ainesstandardit Nämä teräslajit voidaan toimittaa standardissa esitetyissä laatuluokissa. Laatuluokka perustuu Charpy-V -iskukokeen testauslämpötilaan ja mitattuun iskuenergian arvoon eli iskusitkeyteen. Se merkitsee samaa kuin iskusitkeysluokka: JR (+20 C), J0 (0 C), J2 (-20 C) ja K2 (-20 C). Kirjain J tarkoittaa iskuenergiavaatimusta väh. 27 J ja K väh. 40 J sekä R ja lukuarvot iskusitkeyden testauslämpötilaa: R (huoneenlämpötila) sekä 0 (0 C) ja 2 (-20 C). Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Ainesstandardit Iskukokeen testauslämpötila ei ole kuitenkaan teräksen alin sallittu käyttölämpötila, vaikka joskus niin kuvitellaan. Teräksen laatuluokan (iskusitkeysluokan) valintaan käyttökohteeseen ja samalla mataliin käyttölämpötiloihin on käytettävissä useita erilaisia menetelmiä suunnittelustandardeissa ja -määräyksissä yms. Jos hitsattu rakenne vielä lämpökäsitellään (myöstetään), siitä häviävät osaksi tai kokonaan haurasmurtumisvaaraa aiheuttavat jäännösjännitykset, jolloin rakenteen alin käyttölämpötilaa voidaan alentaa jopa useita kymmeniä asteita. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Ainesstandardit Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Normalisoidut hienoraeteräkset SFS-EN 10025-3 (2004): Kuumavalssatut rakenneteräkset. Osa 3: Normalisoidut ja normalisointivalssatut hitsattavat hienoraerakenneteräkset. Normalisoiduista hienoraerakenneteräksistä käytetään usein myös lyhyttä nimitystä hienoraeteräkset. Nämä hienoraeteräkset, joihin on lisätty mikroseosaineita, mm. niobia (Nb), vanadiinia (V) ja titaania (Ti), ovat matalahiilisiä seostamattomia hiili- ja hiilimangaaniteräksiä. Mikrorakenteeltaan nämä teräkset ovat ferriittis-perliittisiä. Standardissa korkein myötölujuusluokka on 460 MPa. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Normalisoidut hienoraeteräkset Standardin mukaan tuotteet on toimitettava normalisoituna tai vastaavassa normalisointivalssatussa tilassa. Normalisoinnin tarkoituksena on mikrorakenteen tasaaminen kuumavalssauksen jälkeen, muokkauskäsittelyn vaikutusten poistaminen ja hienorakeisen raerakenteen aikaansaaminen. Standardin määritelmä normalisointivalssaukselle on: Valssausprosessi, jossa loppuvalssaus suoritetaan tietyllä lämpötila-alueella siten, että materiaalin toimitustila vastaa normalisoidun tuotteen toimitustilaa ja vaaditut mekaaniset ominaisuudet täyttyvät myös normalisoinnin jälkeen. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Normalisoidut hienoraeteräkset Normalisoidut hienoraeteräkset on tarkoitettu mm. kohteisiin, joissa tarvitaan seostamattomia rakenneteräksiä suurempaa lujuutta ja parempaa iskusitkeyttä sekä parempaa hitsattavuutta. Tyypillisiä käyttökohteita ovat mm. sillat, varastosäiliöt, paineastiat, laivanrakennus ja vesitornit. Nämä hienoraeteräkset kestävät hyvin kaikki tavanomaiset lämpökäsittelyt, myöstön ja normalisoinnin, sekä kuumillaoikaisut. Hitsausliitosten hitsiaineiden kohdalla on otettava huomioon, että lämpökäsittely voi myös heikentää mekaanisia ominaisuuksia, mihin palataan myöhemmin. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Normalisoidut hienoraeteräkset Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

TM hienoraeteräkset Termomekaanisesti valssatut hienoraeteräkset tai usein lyhyesti vain termomekaaniset teräkset ovat hyvin matalahiilisiä hiilimangaaniteräksiä, joihin on lisätty mikroseosaineita ja tarvittaessa hyvin pieniä määriä muita seosaineita. Ne valmistetaan alkuaan Japanissa 1980-luvun alussa kehitetyllä termomekaanisesti kontrolloidulla valmistusmenetelmällä TMCP (Thermo-Mechanical Control Process). Tavoitteena oli lujien terästen hitsausongelmien ratkaiseminen alentamalla teräksen hiili- ja seosainepitoisuuksia käyttäen termomekaanista valssausta ja nopeutettua jäähdytystä, jotta teräkseen saavutetaan riittävä lujuus. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

TM hienoraeteräkset Termomekaanisen käsittelyn tavoitteena on saada teräkseen tasainen hienorakeinen ferriittis-perliittinen tai ferriittis-bainiittinen mikrorakenne, millä on hyvät lujuus ja sitkeysominaisuudet. Ainestandardin EN 10025-4 mukaan teräkset on toimitettava termomekaanisesti valssatussa toimitustilassa, mikä osoitetaan kirjaintunnuksella M. Laivaluokitusseurojen säännöissä, erilaisissa spesifikaatioissa ja kirjallisuudessa käytetään myös mm. kirjaintunnuksia TM ja TMCP englanninkielisten termien mukaan, thermomechanical ja thermomechanical controlled processing. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

TM hienoraeteräkset Terästen termomekaaninen valmistusprosessi käsittää sekä kontrolloidun valssauksen että sitä seuraavan nopeutetun jäähdytyksen (engl. accelerated controlled cooling, ACC) tai ilmajäähdytyksen. Valmistusreitit TM ja TM+ACC on esitetty kuvassa 2.1. Siinä kontrolloidaan valssausvaiheiden aikaisia lämpötiloja ja muokkausasteita sekä valssauksen jälkeisen jäähdytyksen nopeutta sekä aloitus- ja lopetuslämpötiloja. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

TM hienoraeteräkset Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

TM - teräkset Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

nuorrutusteräkset Nuorrutusteräkset ovat rakenneteräksiä, joilla saavutetaan korkea myötö-, murto- ja väsymislujuus sekä hyvä sitkeys nuorruttamalla eli karkaisemalla ja päästämällä yli 450 C:n lämpötilassa. Teräksen oikeassa valinnassa on muistettava, että lujuus ja sitkeys sekä läpikarkenevuus, ts. mahdollisuus saavuttaa lähes tasaiset mekaaniset ominaisuudet koko poikkipinnalla, riippuvat nuorrutettavan kappaleen poikkipinta-alasta. Hiilipitoisuus vaikuttaa ennen kaikkea lujuuteen, kun taas seostus puolestaan vaikuttaa sitkeyteen, läpikarkenevuuteen sekä myötö- ja murtolujuuksien suhteeseen. http://www.sten.fi/data/attachments/v000fin.pdf

nuorrutusteräkset Nuorrutetut hitsattavat rakenneteräkset, joita kutsutaan usein lyhyesti vain nuorrutusteräksiksi, ovat lujia ja ultralujia teräksiä. Myötölujuudet ainestandardissa ovat 460-960 MPa. Markkinoilla on vielä lujempiakin nuorrutettuja teräksiä, aina 1300 MPa saakka. Suuri lujuus on aikaansaatu lämpökäsittelyllä, jota kutsutaan nuorrutukseksi. Joskus näitä teräksiä kutsutaan myös QT-teräksiksi (engl. quenched and tempered steels, Q&T steels). Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

nuorrutusteräkset Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

nuorrutusteräkset Valssatut nuorrutusteräkset ovat suhteellisen matalahiilisiä, niukkaseosteisia ja mikroseostettuja teräksiä. Nuorrutus edellyttää teräkseltä mahdollisimman tasaista karkenevuutta koko paksuuden läpi. Tämä saadaan aikaan hiilen lisäksi sopivilla seosaineilla, Mn, Cr, Ni, Mo, V ja B. Boori edistää teräksen karkenemista jo hyvin pienissä pitoisuuksissa (5-25 ppm, 0,0005-0,0025 %) edellyttäen, että se on ennen karkaisua atomäärisenä austeniitin raerajoilla estäen pehmeämpien mikrorakenteiden (mm. raerajaferriitti) muodostumista jäähtymisen aikana. Lisäksi käytetään mikroseosaineita (Ti, Al, ja Nb) raekoon hienontamiseksi. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

nuorrutusteräkset Nuorrutusterästen tärkein erityisominaisuus on hyvä iskusitkeys yhdistettynä korkeaan lujuuteen. Nuorrutusterästen valinnassa on otettava huomioon terästen karkenevuus, sillä nuorrutusterästen mekaaniset ominaisuudet riippuvat karkenemissyvyydestä. Teräksen iskusitkeys on nuorrutettuna parempi kuin minkään muun vastaavaan lujuuteen johtavan käsittelyn jälkeen. Samoin niiden transitiolämpötila on yleensä alhaisempi kuin missään muussa tilassa. http://users.tkk.fi/~tnummi/hardcut/yleistamateriaaleista.pdf

nuorrutusteräkset Pienille poikkileikkauksille riittävät yleensä seostamattomat mangaani- tai pii-mangaaniteräkset. Suuremmille ainevahvuuksille on tarpeen seostaa kromia, nikkeliä, molybdeeniä ja vanadiinia. http://www.ovako.com/data/r3371/v1/ovakon_teraestangot.pdf http://www.sten.fi/data/attachments/v000fin.pdf

nuorrutusteräkset http://users.tkk.fi/~tnummi/hardcut/yleistamateriaaleista.pdf

karkenevuus http://users.tkk.fi/~tnummi/hardcut/yleistamateriaaleista.pdf

Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016

Kulutusteräkset Kulumista kestäville teräksille eli kulutusteräksille (wearresistant steel) on usein ominaista suuri kovuus, sillä se yleensä takaa parhaan kulumiskestävyyden. Kuluttava rasitus voi olla adhesiivista, abrasiivista, iskevää, jauhavaa, korroosion edistämää ja väsymisen edistämää. Leinonen, luentomoniste. 94

Kulutusteräkset Kulutusteräkset ovat siinä mielessä erikoisia lujia teräslajeja, että niitä ei ole standardisoitu. Niiden tärkein ominaisuus on suuri pintakovuus, joka antaa kestävyyttä erityisesti hankaavaa kulutusta vastaan. Iskumaista kuluttavaa kuormitusta C-Mn pohjaiset kulutusteräkset eivät kestä kovin hyvin vaatimattomasta muokkauslujittumisesta johtuen. Hardox on SSAB:n brändi: Hardox -kulutuslevyn erinomainen kovuus ja sitkeys tekevät siitä kulutusteräksen kansainvälisten markkinoiden ykkösen. Sen ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta sitä voidaan useissa tapauksissa käyttää myös kantavana osana, mikä tuo täysin uudenlaisia mahdollisuuksia rakennesuunnitteluun.

Kulutusteräkset HARDOX 400 Sheet C *) Si *) Mn *) P S Cr *) Ni *) Mo *) B *) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) 0.32 0.70 1.60 0.025 0.010 1.40 1.50 0.60 0.004 the steel is grain refined. *) Intentional alloying elements. Carbon Equivalent CET(CEV) Thickness 2.00 (mm) 8.00 mm Max 0.39 CET(CEV) (0.52) Typ 0.30 CET(CEV) (0.48) HARDOX 400 Plate C *) Si *) Mn *) P S Cr *) Ni *) Mo *) B *) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) 0.32 0.70 1.60 0.025 0.010 1.40 1.50 0.60 0.004 the steel is grain refined. *) Intentional alloying elements. Carbon equivalent Cet(CeV) Thickness (mm) 3.2 7.9 mm Max CET(CEV) 0.26 (0.41) Typ 0.24 CET(CEV) (0.39) 8.0 20.0 mm 0.31 (0.47) 0.28 (0.44) 20.1 32.0 mm 0.32 (0.52) 0.29 (0.48) 32.1 45.0 mm 0.33 (0.60) 0.31 (0.58) 45.1 51.0 mm 0.40 (0.59) 0.38 (0.57) 51.1 80.0 mm 0.43 (0.67) 0.41 (0.65) 80.1 130.0 mm 0.50 (0.76) 0.48 (0.73) http://www.ssab.fi/tuotteet/brandit/hardox

Kulutusteräkset Hardox 600 Thickness (mm) 8.00 51.00 51.10 65.00 Hardness 1) (HBW) 570 640 550 640 1) Brinell hardness, hbw, according to en Iso 6506 1, on a milled surface 0.5 3 mm below surface. at least one test specimen per heat and 40 tons. the nominal material thickness will not deviate more than ± 15 mm from that of the test specimen. The plates are through hardened to a minimum of 90 % of the guaranteed minimum surface hardness. C *) Si *) Mn *) P S Cr *) Ni *) Mo *) B *) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) (max %) 0.47 0.70 1.4 0.015 0.010 1.20 2.50 0.70 0.005 the steel is grain refined. *) Intentional alloying elements. Carbon Equivalent CET(CEV) Thickness (mm) 8.00 24.99 mm 25.00 65.00 mm Max CET(CEV) 0.58 (0.76) 0.61 (0.87) http://www.ssab.fi/tuotteet/brandit/hardox

Hardox käyttökohteita

Kulutusteräkset http://store.hardox.com/tough-flannel-cap.html

Säänkestävät teräkset Ilmastokorroosiota kestävät eli säänkestävät teräkset ovat niukkahiilisiä rakenneteräksiä, joihin on seostettu kuparia (Cu), kromia (Cr), nikkeliä (Ni) ja fosforia (P). Terästen historia ulottuu USA:han 1930 luvulle, jolloin United States Steel Corporation kehitti junien hiilenkuljetusvaunujen rakentamiseen soveltuvan, säänkestävän Cor-Ten (Corrosion resistant, Tensile strength) teräksen. 101 Kauppi, T. Kyröläinen, J. Lukkari. Hitsauksen materiaalioppi, käsikirjoitus, Suomen hitsaustekninen yhdistys ry., 2015.

Säänkestävät teräkset Säänkestäviä teräksiä on SFS-EN 10025-5 standardissa myötölujuudeltaan vain kahta lujuusluokkaa: 235MPa ja 355MPa. Korroosionkestävyys perustuu teräksen pintaan muodostuvaan pysyvään ja suojaavaan oksidikerrokseen eli patinaan. Lukkari J., Kyröläinen A., Kauppi T. Hitsauksen materiaalioppi. SHY ry. 2016 102

työkaluteräkset Työkaluteräkset sisältävät yleensä yli 0,6 % hiiltä, joskaan rajanveto rakenne- ja työkaluterästen välillä ei ole selkeä Työkaluteräkset voidaan jakaa kolmeen eri ryhmään: kylmätyöstöteräkset kuumatyöstöteräkset pikateräkset Käytetään: leikkaavassa työstössä, iskevissä työkaluissa, metallien kylmämuovauksessa http://cc.oulu.fi/~pometwww/477402a/osa2.pdf

AISI-SAE työkaluteräsluokat Käyttökohde AISI-SAE luokka Ominaisuudet Kylmätyöteräkset Iskunkestävät Pikateräkset Kuumatyöstöteräkset Muottiteräkset Erikoisteräkset W O A D S T M H P L F Veteen karkenevat Öljyyn karkenevat Ilmaan karkenevat Korkea hiili- ja kromipitoisuus Wolframia sisältävät Molybdeeniä sisältävät H1 H19: Kromia sisältävät H20 H39: Wolframia sisältävät H40 H59: Molybdeeniä sisältävät Niukkaseosteiset Hiili-Wolframiteräkset http://fi.wikipedia.org/wiki/ty%c3%b6kaluter%c3%a4kset

kylmätyöteräkset http://www.uddeholm.fi/finnish/files/kylmatyoterakset_kayttokohdeopas.pdf

kylmätyöteräkset Työvälineteräksen kestävyys eri vauriomekanismeja vastaan riippuu teräksen kemiallisesta koostumuksesta ja käytetystä valmistusmenetelmästä. Työvälineteräs valitaan käyttökohteeseen siinä vallitsevien vauriomekanismien perusteella. Valinta vaatii muutakin kuin terästen ominaisuuksien tuntemista. On myös otettava huomioon valmistettavien tuotteiden määrä, työstettävän materiaalin tyyppi, paksuus ja kovuus. http://cc.oulu.fi/~pometwww/477402a/osa2.pdf

kylmätyöteräkset http://cc.oulu.fi/~pometwww/477402a/osa2.pdf

http://cc.oulu.fi/~pometwww/477402a/osa2.pdf

kylmätyöteräkset http://cc.oulu.fi/~pometwww/477402a/osa2.pdf

kuumatyöstöteräkset H-luokan teräkset on kehitetty kestämään metallien leikkaamista, rei'ittämistä ja muokkaamista korkeissa lämpötiloissa ja paineissa. H-luokan teräksissä hiilipitoisuus on yleensä 0,35-0,45% ja kromi-, wolframi-, molybdeeni-, ja vanadiinipitoisuudet 6-25%. Kuumatyöteräkset on jaettu kolmeen alaryhmään käytetyn pääseosmetallin mukaan; kromikuumatyöteräkset (H10-H19), wolframikuumatyöteräkset (H21-H26) sekä molybdeenikuumatyöteräkset (H42-H43). http://fi.wikipedia.org/wiki/ty%c3%b6kaluter%c3%a4kset

kuumatyöstöteräkset http://www.valuatlas.net/tietomat/docs/mould_hpdcdie_materials_fi.pdf

kuumatyöteräkset http://www.valuatlas.net/tietomat/docs/mould_hpdcdie_materials_fi.pdf

kuumatyöteräkset http://www.sten.fi/data/attachments/bw020fin-painevalu.pdf

kuumatyöteräkset

kuumatyöteräkset http://www.sten.fi/data/attachments/bw020fin-painevalu.pdf

STAINLESS STEEL EDELSTAHL RÅSTFRITT STÅL RUOSTUMATON TERÄS JALOTERÄS 119

yleistä 120

yleistä 121

yleistä 122

yleistä 123

yleistä 124

yleistä 125

yleistä 126

yleisimmät materiaalistandardit 127

SFS-ISO EN 10088-1 standardissa ruostumattomat teräkset luokitellaan kolmeen pääryhmään korroosionkestävät teräkset (18 eri standardia) tulenkestävät teräkset (2 eri standardia) kuumalujat teräkset (5 eri standardia) nämä luokitellaan edelleen seuraavien periaatteiden mukaan ominaisuuksien mukaan, materiaalistandardien laatimiseksi mikrorakenteensa mukaan, standardien taulukoiden laatimiseksi pääseosaineidensa mukaan, teräslajien luokittelemiseksi taulukoissa. 130

Luokittelu ominaisuuksien mukaan Korroosionkestävät teräkset kestävät hyvin ympäristöstä aiheutuvaa yleistä tai paikallista korroosiota. Tulenkestävät teräkset, ovat yleensä ferriittisiä tai austeniittisia teräksiä, jotka kestävät hyvin hapettumista ja kuumien kaasujen sekä palamistuotteiden vaikutuksia yli 550 C lämpötiloissa. Kuumalujat teräkset ovat yleensä martensiittisia ja austeniittisia ja niiden virumiskestävyys on hyvä pitkäaikaisessa mekaanisessa rasituksessa yli 500 C lämpötiloissa. 131

Luokittelu mikrorakenteen mukaan Ferriittiset teräkset Ferriitin (alfa-rauta, α-fe) kiderakenne on tilakeskinen kuutiollinen (tkk). Ferriitti on magneettinen ja hauras tietyn transitiolämpötilan alapuolella. Deltaferriitti (δ) on jähmettymisen aikana syntyvä jäännösfaasi, jonka rakenne on tilakeskinen kuutiollinen ja sen ominaisuudet ovat ferriitin kaltaiset. Ferriittisiä teräksiä hehkutetaan lämpötila-alueella 750...950 C austeniitin muodostumisen välttämiseksi. Lämpökäsittelyt korkeammissa lämpötiloissa voivat aiheuttaa austeniitin muodostumista, joka muuttuu jäähtyessään martensiitiksi ja voi myös aiheuttaa raekoon kasvusta johtuvaa haurastumista. 132

Luokittelu mikrorakenteen mukaan Martensiittiset teräkset Martensiitti muodostuu austeniitista lämpökäsittelyn aikana tai kylmämuokattaessa. Martensiitin lujuus on suuri ja se on magneettinen. Lämpötiloissa 900...1000 C näiden terästen rakenne on austeniittinen, johon liukenee runsaasti hiiltä. Jäähtyessään austeniitti muuttuu hiiliylikylläiseksi liuokseksi, jonka rakenne on tilakeskinen α'-matriisi, eli martensiitti, joka on stabiili huoneenlämpötilaan asti. 133

Luokittelu mikrorakenteen mukaan Erkautuskarkenevat teräkset Liuotushehkutuksen ja karkaisun jälkeen martensiitista erkautuvat metallienväliset yhdisteet, kuten karbidit, nitridit tai kuparifaasi, lisäävät teräksen lujuutta. Lämpökäsittelyolosuhteet on säädettävä haluttujen mekaanisten ominaisuuksien ja valmistajalta saatavien ohjeiden mukaiseksi. Esimerkkejä ovat teräslajit 1.4568, 1.4542 ja 1.4594. 134

Luokittelu mikrorakenteen mukaan Austeniittiset teräkset Austeniitilla (gamma-rauta, γ-fe) on pintakeskinen kuutiollinen kiderakenne. Austeniitti ei ole magneettinen ja se on sitkeää laajalla alueella, kryogeenisistä lämpötiloista virumislämpötiloihin. Austeniitilla ei ole haurasmurtumataipumusta. Murtolujuus on suuri matalissa lämpötiloissa. Austeniittisia teräksiä voidaan muokkauslujittaa erittäin lujiksi kylmämuokkaamalla. Austeniittisen rakenteen stabiilisuus riippuu seosaineiden määrästä. Teräslajeilla, joiden seosainepitoisuus on matala, rakenne voi muuttua martensiitiksi plastisen muodonmuutoksen aikana ja/tai matalaan lämpötilaan jäähdytettäessä. 135

Luokittelu mikrorakenteen mukaan Austeniittis-ferriittiset (duplex) teräkset Näillä teräksillä on kaksifaasirakenne, jonka ferriittipitoisuus on 30...50 %. Terästen lujuudet ovat suurempia kuin austeniittisilla teräksillä, joten niiden kylmämuokkauksessa vaaditaan suuria voimia. Näillä teräksillä on hyvä jännityskorroosionkestävyys. Sigmafaasi ja muut sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä heikentävät faasit voivat muodostua nopeasti lämpötilaalueella 600...900 C, pääasiassa ferriitistä. Siksi teräkset on kuumamuokattava tämän lämpötila-alueen yläpuolella ja jäähdytettävä nopeasti. Hitsit tulisi jäähdyttää nopeasti lämpötila-alueen ohi. 136

Ja tämänkin luennon teille tarjosi: Materiaali- ja tuotantotekniikan tutkimusyksikkö