Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Yksinkertaiset lämpökäsittelyt

Pehmeäksihehkutus Nostetaan lämpötilaa Diffuusio voi tapahtua Dislokaatiot palautuvat Materiaali pehmenee Rekristallisaatio Ei ylitetä faasirajoja

Jännityksenpoistohehkutus Nostetaan lämpötilaa Myötölujuus laskee Viruminen alkaa Jäännösjännitykset laukeavat Lujuus ei merkittävästi alene 4

Teräkset

Teräkset Tärkein konstruktiometalli Rauta-hiili -seoksia, joissa alle 2.14% hiiltä (tyypillisesti paljon vähemmän) 6

Polymorfia Ominaisuudet laajasti muokattavissa TKK -kiderakenne matalissa lämpötiloissa Suuri lujuus PKK -kiderakenne korkeissa lämpötiloissa voidaan saada stabiiliksi matalissa lämpötiloissa seostuksella 7

Rauta-hiili tasapaino 8

Teräksen rakennuspalikat Feriitti raudan stabiili kidemuoto huoneenlämpötilassa (BCC) liuottaa max 0.022% hiiltä Sementiitti Rauta-hiili yhdiste Fe3C Kova, hauras faasi Austeniitti raudan stabiili kidemuoto korkeissa lämpötioissa (FCC) liuottaa max 2.14% hiiltä pehmeä Eri mikrorakenteet kuvaavat ferriitin ja sementiitin erilaisia yhdistelmiä, joilla saavutetaan erilaisia ominaisuuksia 9

Lämpökäsittely Tavoitteena: vaikuttaa hiilen erkautumiseen kiderakenteeseen (martensiitti) Hiilen liukoisuus austeniittiin suuri Kontrolloidulla jäähdytyksellä voidaan vaikuttaa hiilen erkautumiseen 10

Ferriittis-perliittinen mikrorakenne 11

Spheroidization Pitkä hehkutus austeniittialueen alapuolella Sementiitti palloutuu Sementiittierkaumat kasvavat 14

Spheroidized 15

Ominaisuudet Pehmeä Muovattava 16

Normalisointi Teräksellä raekoon pienentämiseksi 17

Normalisointi 18

Hehkutus Normalisointi => täysi austenointi 19

Perlitointi Hehkutus austeniittialueella Hiili liukenee austeniittiin Jäähdytys => hiili erkautuu ferriitiksi ja perliitiksi 20

Ferriittis perliittinen 21

Hyper-eutektoidinen 22

Perliitti 23

Ominaisuudet Lujuus kasvaa Hiili lisää lujuutta tehokkaasti 24

Jäähtymisnopeuden vaikutus Nopeampi jäähdytys nopeus => hienompi lamellirakenne Suurempi lujuus ja sitkeys Enemmän perliittiä (?) 25

Nopealla jäähdytksellä ferriittireaktio voidaan ohittaa Poiketaan tasapainosta 26

Kuinka nopeasti? TTT-käyrät (timetransformation-temperature) CCT-käyrät (continuouscooling-transformation) 27

TTT / CCT käyrät Välttämätön lisä tasapainopiirrokseen lämpökäsittelyn tueksi Riippuvat koostumuksesta Seosaineet vaikeuttavat hajaantumista => Siirtävät hajaantumista oikealle ja alas 29

Entä jos... Jäähdytetään vielä nopeammin Hiili ei ehdi diffuusion avulla hajaantua Perliittireaktio estyy => bainiittireaktio 30

Bainiittireaktio Hajaantuminen tapahtuu mekanismilla, joka vaatii vähemmän diffuusiota Neulasmainen reaktio Hyvin hienojakoinen Hyvin luja ja sitkeä Monet paineastiateräkset 31

Bainiitti 32

Entä jos... Jäähdytetään niin nopeasti ettei bainiittireaktiokaan tapahdu => martensiittireaktio alkaa 34

Martensiitti Vaatii jatkuvaa lämpötilan alenemista Hiili jää ylikyllästeisenä ferriittiin 35

Martensiitti 36

Martensiitti Erittäin lujaa kovaa haurasta Vesisammutus Seosteräksillä öljysammutus 39

Seostuksen vaikutus 40

Seostus Vaikeuttaa hajaantumista (seosatomienkin täytyy järjestyä) Perliitti- ja bainiittialueet siirtyvät oikealle ja alas M s ja M f lämpötilat alenevat Perliittireaktio vaikeutuu enemmän kuin bainittireaktio, joka vaikeutuu enemmän kuin martensiittireaktio Martensiittireaktio tapahtuu hitaammilla jäähtymisillä (=> sammutus öljyyn jne.) 41

M f lämpötila Laskee seostuksen ja hiilipitoisuuden mukana Voi laskea alle huoneenlämpötilan => rakenteeseen jää austeniittia ("jäännösausteniitti") Pakkaskarkaisulla martensiittireaktio loppuun Martensiittireaktio voi jatkua muokkauksen johdosta => työstökarkeneminen 42

Ainepaksuuden vaikutus Jäähtyminen pinnan kautta Syvemmälle mentäessä jäähtyminen hidastuu Seostetummat teräkset ovat "syvään karkenevia" 43

Martensiitti tulee päästää Haurauden vuoksi martensiittia ei yleensä käytetä sellaisenaan Suoritetaan päästö hehkutus matalammassa lämpötilassa ylikyllästeinen hiili erkautuu lujuus pienenee, sitkeys lisääntyy mitä korkeampi päästölämpötila suurempi sitkeys pienempi lujuus 45

Päästö Matalassa lämpötilassa tetragonaalisuus vähenee Sitkeys lisääntyy Korkeassa lämpötilassa lujuus vähenee enemmän Sitkeys kasvaa 46

Nuorrutus Martensiittikarkaisu + korkea lämpötilan päästö = nuorrutus Erinomainen lujuus-sitkeys yhdistelmä Ominaisuudet muokattavissa 47

Nuorrutettu mikrorakenne 48

Martensiittikarkaisu yhteenveto Liuotushehkutus austeniittialueella hiili liukenee Nopea sammutus M f lämpötilaan kova martensiitti Päästö: hehkutus matalammassa lämpötilassa hiili erkautuu hienojakoisena matalassa lämpötilassa 49

Erkautuskarkaisu 51

Erkautuskarkaisu Korkeassa lämpötilassa seosaineet liuotetaan Nopealla jäähdytyksellä seosaineet jäävät liuokseen Kontrolloitu hehkutus erkauttaa paljon pieniä erkaumia

Duralumiini Seostetaan pieniä määriä kuparia Liuotetaan korkeasssa lämpötilassa Jäähdytetään nopeasti Erkautetaan hallitusti 53

Lämpötila-alueet 54

Erkautuva faasi metallien välinen yhdiste 56

Esimerkkejä kaupallisista seoksista 59