Työ 3: STAATTISET ELPYMISMEKANISMIT JA METALLIEN ISKUSITKEYS Muokkaus kasvattaa dislokaatioiden määrää moninkertaiseksi muokkaamattomaan metalliin verrattuna. Tällöin myös metallin lujuus on kohonnut huomattavasti, kun taas sen muovattavuus on olennaisesti heikentynyt. Koska muovattavuus on käyttömetalleille - erityisesti ohutlevytuotteille - tärkeä ominaisuus, on koneinsinöörin tiedettävä, miten esim. valssattuun teräsnauhaan voidaan saada hyvä muovattavuus tai muut tarvittavat materiaaliominaisuudet takaisin. Hehkuttamalla metalliseosta määrätyssä lämpötilassa määrätyn ajan siinä tapahtuu käytetystä lämpötilasta riippuen joko staattinen toipuminen tai staattinen rekristallisaatio. Erityisesti on huomioitava, että rekristallisaatiohehkutuslämpötila määrää pitkälti kylmämuokatun metallin raekoon. Teräksen iskusitkeys on puolestaan erittäin tärkeä tekijä teräsrakenteiden suunnittelussa erilaisiin käyttökohteisiin. Iskusitkeys riippuu tkk-metalleilla voimakkaasti ympäristön lämpötilasta siten, että määrätyn lämpötilan alapuolella metalli käyttäytyy hauraasti iskumaisessa kuormituksessa. On siis ymmärrettävä ne tekijät, jotka vaikuttavat metallien iskusitkeyteen. Tässä työssä käydään läpi hehkutuslämpötilan vaikutus määrätyn kylmämuokkausasteen omaavan ohutlevyn toipumiseen ja rekristallisaatioon. Lisäksi tarkastellaan hehkutuslämpötilan vaikutusta muovattavuuteen Erichsen kokeen avulla. Työn toisessa osassa käydään läpi iskusitkeyden määrittäminen Charpy-V testillä. ESITEHTÄVÄT (kts. Luentomoniste alaluku 4.4 ja luku 5) Esitehtävien ratkaisut esitetään työn valvojalle ennen työn alkua. Työhön pääset, kun osoitat ymmärtäväsi ratkaisut. 1) Mitä tapahtuu kylmämuokatussa metallissa a) toipumisessa b) rekristallisaatiossa 2) Miten kylmämuokatun metallin mekaaniset ominaisuudet muuttuvat a) toipumisessa b) rekristallisaatiossa 3) Mitkä tekijät vaikuttavat metallien iskusitkeyteen?
VALVOTTU TYÖ Venytysmuovattavuutta voidaan tutkia Erichsen kokeella. Siinä vastinrenkaan ja pitimen välissä olevaa koekappaletta muovataan pallomaisella painimella, kun- nes koekappale murtuu. Kokeessa mitataan murtuneen kupin syvyys 0,1 mm vä- lein. Standaridin SFS- EN ISO 20482 2003 mukaisesti kokeessa suoritetaan vähintään kolme samanlaista painantaa ja Erichsenin luku on näiden testien kup- pien syvyyksien keskiarvosta saatava lukuarvo ilman yksikköä. Erichsen - luku kuvaa venytysmuovattavuutta kvalitatiivisesti siten, että mitä suurempi venytysmuovattavuus materiaalilla on sitä parempi sen muovattavuus on. On kuitenkin huomattava, että tulokseen vaikuttaa ohutlevyn paksuuden kasvattaminen kasvattaa myös Erichsen - luvun arvoa. Myös kokeessa käytetty voiteluaine vaikuttaa tuloksen. Samoin muodonmuutosnopeus vaihtelee manu- aalisen ja automatisoidun kokeen välillä. Taulukossa 1 on esitetty hehkutuslämpötilan vaikutusta koemateriaalin (kyl- mämuokattu messinki 70Cu30Zn, muokkausaste 50%) Erichsen - lukuun. 1) Arvioi perustellusti, millä lämpötila- alueella tapahtuu toipumista ja millä läm- pötila- alueella puolestaan rekristallisaatio.
2) Tarkastele eri lämpötila- alueella hehkutettujen ohutlevyjen pinnanlaatua. Mi- kä lämpötila voidaan asettaa ylimmäksi sallituksi rekristaalisaatiohehkutusläm- pötilaksi pinnanlaadun perusteella? 3) Tarkastele työn valvojan jakamia kuvia 1-3 sekä taulukkoa 2. Vastaa niiden perusteella: a) Miten muodonmuutosaste (reduktio) vaikuttaa rekristallisaatiossa muodostu- vaan raekokoon? b) Miten on valittava hehkutuslämpötila ja aika, jos tavoitteena on 40 mikro- metrin raekoko koemateriaaliin?
4) Suorita koemateriaalille Erichsen koe. Arvioi tuloksen ja oheisen kuvan perus- teella, mikä on ollut koemateriaalin hehkutuslämpötila. Kuva 4. Hehkutuslämpötilan vaikutus koemateriaalin Erichsen lukuun. 5) Tarkastele kahden eri teräslaadun iskukoesauvojen murtopintoja: Mitkä ovat näiden terästen transitiolämpötilat murtopintojen perusteella?
6) Suorita Charpy- V koe rakenneteräkselle S355JR standardin mukaisessa koe- lämpötilassa 20 C. Toista koe - 40 C lämpötilassa. Vastaa seuraaviin kysymyk- siin: a) Oliko koeteräksen iskusitkeys standardin mukainen? b) Onko 40 C koelämpötila koeteräksen transitiolämpötilaa korkeampi vai ma- talampi lämpötila?