Metallit 2005 juha.nykanen@tut.fi
Käsitetesti 2
Suomugrafiittivalurauta (EN-GJL) Mikrorakenne vaihtoehdot jäähtymisnopeuden mukaan Grafiitti + ferriitti Grafittii + sementiitti + perliitti Grafiitti + ferriitti + perliitti Grafiitti + perliitti 3
4
Alue 1 5
Alue 2 6
Seostus Hiili- ja piipitoisuuden vaikutus valuraudan rakenteeseen näkyy Mauerin piirroksesta Alunperin vuodelta 1920, ei käytetä nykyisin Syntyvä rakenne määritetty 30 mm hiekkamuottiin valetuista sauvoista Ei ota huomioon seinämän paksuutta Alueet I Sementiitti + perliitti IIa Sementiitti + perliitti + grafiitti II Perliitti + grafiitti IIIa Perliitti + grafiitti + ferriitti III Grafiitti + ferriitti 7
Mauerin piirros 8
Seostus Vastaavia piirroksia hiiliekvivalentin ja ainepaksuuden mukaan Esimerkiksi halkaisijaltaan 10 mm sauvan valamiseen tarvitaan hiiliekvivalentiltaan 4,2 jotta rakenteeksi tulisi perliittiä ja grafiittia 30 mm sauvaan riittää hiiliekvivalentti 3,5 9
Seostus Paksujen seinämien valamiseen käytetään suurempaa hiili- ja piipitoisuutta Paksun kappaleen pinta jäähtyy nopeammin, joten rakenteeksi tulee ennemmin perliittiinen Paksun kappaleen keskiosa jäähtyy hitaammin, joten rakenteeksi tulee ennemmin ferriittinen Seuraus Keskiosat ovat heikommat Stadardeissa ei anneta koostumuksia Kiinni valetun, erillään valetun ja valusta irrotetun näytteen lujuuden ja kovuudet poikkeavat toisistaan 10
11
12
13
14
15
Kovuus ja lujuus Kovuusmittausta käyteään usein laadunvarmistuksessa, sillä vetokokeen tekeminen on hankalampaa ja kalliimpaa Brinell kovuudet ja murtolujuuden välillä on riippuvuus HB = RH*(100+0.44*R m ), missä RH on suhteellinen kovuus Kovuuden ja lujuuden tarkka suhde riippuu ainakin raaka-aineista ja sulatusmenetelmästä. Jos ne eivät vaihtele suurelti, suhteellinen kovuus pysyy lähes vakiona 16
Kovuus vs. lujuus 17
Suomugrafiittivalurauta (EN-GJL) Ominaisuuksia ja käyttökohteita Ei sovellu kylmä- tai kuumamuokkaukseen (murtovenymät vedossa luokkaa 0.3-0.8%) Pieni loviherkkyys teräkseen verrattuna Lastuttavuus hyvä Matriisin rakenne joko ferriittinen, ferriittis- perliittinen tai perliittinen Kestää huonosti vetoa, paremmin puristusta ja taivutusta Hyvä kulumiskestävyys karkaistua terästä vastaan; sylinterilohkot, jarrurummut Valettavuudeltaan metallimateriaalien parhaita 18
Suomugrafiittivalurauta (EN-GJL) Ominaisuuksia ja käyttökohteita Hinnaltaan halvin metallinen konstruktiomateriaali Hitsattavuus heikko suuren hiilipitoisuuden vuoksi. Kylmähitsaus ilman esilämmitystä; lisäaineena pronssit, niukkahiilinen teräs, austeniittinen ruostumaton teräs ja Monelmetallit Puolikuumahitsaus. Esilämmitys 300 C- asteen lämpötilaan saakka Kuumahitsaus. Esilämmitys 600-700 C ja hyvin hidas jäähdytys hitsauksen jälkeen, Runsaasti hiiltä ja piitä sisältävät lisäaineet mahdollisia Hyvät vaimennusominaisuudet; työstökonerungot ja -alustat jne. 19
Valurautojen vaimennus GJS = pallografiitti GJM = adusoitu GJL = suomugrafiitti Värähtely vaimentuu suomugrafiitissa nopeasti ominaisuudet 20
Suomugrafiittivalurauta (EN-GJL) Turpoaminen yli 400 C- asteen lämpötiloissa. Johtuu raudan sisäisestä hapettumisesta, kun happi kulkeutuu valuraudan sisäosiin pitkin grafiittisuomuja Ymppäyksellä (deoksidoivien aineiden kuten kalsiumsilisidin, piiraudan tai piikarbidin lisäyksellä sulaan juuri ennen valua) parannetaan grafiitin ydintymismahdollisuuksia ja saadaan se ydintymään hienojakoisena; Jähmettyminen harmaana suuremmilla jäähtymisnopeuksilla Pieni turpoaminen Paremmat lujuusominaisuudet ja nuorrutettavuus Suomugrafiittivalurautoja ei yleensä karkaista, koska martensiittimuutokseen liittyvä tilavuudenmuutos repii rakenteen helposti rikki pitkin grafiittisuomuja. 21
Grafiitin ydintymisestä ja kasvusta
Grafiitin ydintyminen Ydintyminen Grafiitin kiderakenne tuhoutuu korkeassa lämpötilassa (luokkaa 4000 C) Yli 3% hiilipitoisuudella sulaan rautahiiliseokseen syntyy hiilirikkaita kasaumia Oletettu rakenne Fe 3 C tai C n 23
24
Grafiitin ydintyminen Riippue jähtymisnopeudesta, kasvunopeudesta, koostumuksesta, viikonpäivästä, kuun asennosta grafiitti voi ydintyä a) Suomugrafiittina (flake) b) Tylppägrafiittina (Compacted/vermicular) c) Koralligrafiittina? (Coral) d) Pallografiittina (Spheroidal,nodular) 25
Grafiitin ydintyminen Sulan ylikuumentaminen saa aikaa suuremman alijäähtymisen Korkeampi lämpötila tuhoaa sulassa olevien (etenkin helposti hajoavien) ydintymiskohtien lukumäärää Suomugrafiitille suotuisia ovat Grafiitti ja SiO 2 Suolamaiset karbidit (esim. NaHC 2, CaC 2, YC 2, KHC 2, SrC 2, LaC 2, BaC 2 ) 26
Suomugrafiitin kasvu Suomugrafiitissa austeniitin ja grafiitin kasvaminen sulasta tapahtuu yhtäaikaa eutektisessa solussa (eutectic cell) Grafiitti kasvaa austeniittia nopeammin Alijäähtymisen kasvaminen lisää grafiitin haaroittumista 27
Pallografiitin ydintyminen Pallografiitin keskeltä on löytynyt yhdisteitä joiden oletetaan edistävän sen ydintymistä Esim. xmgo yal 2 O 3 zsio 2, xmgo ysio 2, xmgo ysio 2 zmgs, MgS, Te + Mn + S, lantanidisulfidit Ytimen keskellä on todennäköisesti Ca-Mg tai Ca-Mg-Sr sulfidia ja ulkokuori Mg-Al-Si-Ti oksidia. Rajapinnoilla Ytimen keskusta ja kuori? Ytimen kuori ja grafiitti 28
Pallografiitin kasvu Austeniitin kasvunopeutta säätelee lämpötilagradientti ja diffuusionopeus kun taas grafiitin kasvunopeus riippuu kidetasosta ja sulan epäpuhtauksista. Grafiitin pohjataso tai suunta [0001] on suosituin kasvusuunta, koska sen sulan välisen rajapinnan enegia on pienin. Seurauksena on grafiittipallon muodostuminen Jos sulassa on pinta-aktiivisia elementtejä (O, S, Pb, Te) ne adsorpoituvat grafiitin sivutasoille, laskien sen ja sulan pintaenergian pohjatason pintaenergiaa pienemmäksi. Kasvu tapahtuu suuntaan [10-10] Sulassa olevat reaktiiviset aineet (Mg, Ce, La) poistavat kasvua haittaavien aineiden vaikutukset (S, O, Pb, Sb, Ti) 29
31
Pallografiitin kasvu Austeniitti dendriittien vaikutus Dendriitit ja grafiitti ydintyvät toisistaan riippumatta eutektisessa lämpötilassa Sulassa olevat grafiittipallot kasvavat hitaasti Jossain vaiheessa dendriitit ja grafiitti kohtaavat, jonka jälkeen grafiitin kasvu jatkuu austeniitin sisällä 32
Pallografiitin kasvu Sulan hiilipitoisuus laskee grafiittipallon (spherulite, spheroid) lähellä Austeniitti muodostaa kiinteän kuoren grafiitin ympärille b) Austeniitin hiilipitoisuus grafiitin lähellä on pienempi kuin muualla 33
Pallografiitin kasvu Sekä grafiitti että austeniitti kasvavat ulospäin Hiili diffudoituu austeniitin läpi grafiittiin c) 34
35
Eutektoidinen lämpötila Kun kaikki sula on jähmettynyt jatkuu jo syntyneiden grafiittipallojen kasvu Grafiitin ydintyminen kiinteässä tilassa hyvin epätodennäköinen vaihtoehto Lämpötilan laskeminen pienentää hiilen liukoisuutta austeniittiin (muistele tasapainopiirrosta) Jäähtyminen tapahtuu hitaasti verrattuna diffuusionopeuteen Austeniitti muuttuu ferriitiksi ja grafiitiksi Austeniitista hajaantuva ferriitti ydintyy normaalisti hitaassa jäähtymisessä grafiitti-austeniitti rajapinnalle, koska hiilipitoisuus on siellä pienin 36
37
Eutektoidinen reaktio Fe-C-Si järjestelmässä ferriitin ja grafiitin kasvu tapahtuu lämpötilassa 750-722 C. Jos austeniittia on jäljellä kun seos saavuttaa metastabiilin järjestelmän eutektoidin, syntyy perliittiä Austeniitti voi hajaantua myös perliitiksi, jos lämpötila, jäähtymisnopeus ja koostumus ovat oikeita. Myös sementiitti voi muuttua ferriitiksi ja grafiitiksi. Perliitti ydintyy mielellään ferriitti-austeniitti raerajalle, mutta sopivalla seostuksella se saadaan ydintymään myös austeniitti-grafiitti tai austeniitti-austeniitti rajapinnalle. Grafiitin ympärille syntyy ferriitin muodostama halo 38
Lähde: http://products.asminternational.org/hbk/do/section/content/v09_2004/d04/a01/s0095174.htm 39
Pallografiittivaluraudat Yleistä Materiaalissa yhdistyvät teräksen hyvä sitkeys ja valuraudan valettavuus, joka aikaisemmin saatiin aikaan adusoidulla valaraudalla. Ensimmäiset pallomaiset grafiitit saatiin aikaan Englannissa 1948 cerium lisäyksellä Samana vuona amerikassa International Nickel Company teki kokeita magnesium lisäyksellä (patentoitu vuona 1949) Pallografiitin käyttö lisääntyy jatkuvasti vähentäen muiden rautapohjaisten valumateriaalien käyttöä. 40
Ominaisuudet Yleistä pallografiittivaluraudoista Paremmat lujuus- ja sitkeysominaisuudet kuin suomugrafiittivaluraudalla, jonka murtovenymät muutamia prosentteja Valettavuus harmaata valurautaa huonompi, mutta terästä parempi Ei turpoamista korkeissa lämpötiloissa Loviherkkyys terästä pienempi Kestävyys kuoppautumista vastaan (hammaspyörät) Myös karkaistavia laatuja Somugrafiittivalurautaa vaativampiin kohteisiin, jopa valuterästen korvaajina (murtolujuus jopa 900 MPa) 41
Yleistä pallografiittivaluraudoista Tyypillinen koostumus C 3.0-4.0% Si 1.8 2.8% Mg 0.1 1.0% P 0.01 0.1% S 0.01 0.03% Eri mikrorakenteita Ferriittinen Ferriittis-perliittinen Perliittinen (Päästö)martensiittinen Austeniittis-ferriittinen Austeniittinen Ferriittinen Hidas jäähtyminen Sitkeä, venyvä, ei niin luja Perliittinen Keskiverto jäähtymisnopeus Luja, ei niin venyvä Martensiittinen Nopea jäähtyminen Hauras 42
Pallografiittiraudat SFS-EN 1563 Murtolujuus Myötöraja Murtovenymä Kovuus MPa MPa % HB EN-GJS-350-22 350 220 22 110-160 EN-GJS-400-18 400 240 18 130-160 EN-GJS-400-15 400 250 15 130-160 EN-GJS-450-10 450 310 10 135-180 EN-GJS-500-7 500 320 7 160-200 EN-GJS-600-3 600 370 3 200-240 EN-GJS-700-2 700 420 2 220-270 EN-GJS-800-2 800 480 2 250-300 EN-GJS-900-2 900 600 2 260-310 43
Standardit ASTM jaottelu käyttökohteen mukaan 44
Standardit ASTM A 536 Nerokas luokittelu murtolujuuden, myötölujuuden ja murtovenymän avulla kunhan vain muistaa että 1 ksi on vajaa 7 MPa 45
Lämpökäsittelyt Useimmiten pallografiittivalurautoja ei lämpökäsitellä. Niille voidaan kuitenkin tehdään seuraavia lämpökäsittelyjä Myöstö (stress relieving) Ferritointi (ferritizing, annealing) Normalisointi (normalization) Nuorrutus (hardening and tempering) Austemperointi (austempering) Pintakarkaisu (surface hardening, case hardening) 46
Lämpökäsittelyt Myöstö (jännitysten poisto) Isoihin ja poikkileikkaukseltaan vaihteleviin valuihin voi syntyä jäähtymisen aikana jännityksiä Jäännösjännitykset voivat aiheuttaa mittamuutoksia (vetelyjä) koneistuksen aikana Jäännösjännitykset poistetaan 540 595 C lämpötilassa Ferritointi Halutaan hyvä koneistettavuus ja lujuudella ei ole väliä Karbidien (ja perliitin) liuottaminen tehdään lämpötilassa 900 C (austeniitti alueella). Hidas jäähdytys uunin mukana 47
Lämpökäsittelyt Normalisointi (perlitointi) Lujuuden nostamiseksi, rakenteeksi tulee hienojakoista perliittiä Rakenteen syntymiseen vaikuttaa oleellisesti koostumus ja jäähtymisnopeus Nuorrutus Kappale sammutetaan austeniittialueelta tyypillisesti öljyyn. Rakenteeksi tulee lujaa, kovaa ja haurasta martensiittia Hauraus saadaan pienemmäksi päästämällä matalassa lämpötilassa, jolloin martensiitista syntyy päästömartensiittia 48
49
Austemperoitu pallografiittirauta Kappale jäähdytetään nopeasti muutaman sadan asteen lämpötilaan Austeniitti hajoaa metastabiiliksi austeniitiksi (γ H ) ja levymäiseksi ferriitiksi (α) tai ferriitiksi ja karbiksi riippuen käytetystä lämpötilasta ja ajasta (luokkaa 1-4h) Kappale jäähdytetään ennen bainiittireaktion alkua Metastabiilin austeniitin (γ H ) hiilipitoisuus on kasvanut niin paljon (martensiittireaktion alkamislämpötila on alle huoneen lämmön) että siitä ei synny martensiittia nopeassa jäähdytyksessä Bainiittialueelle ei haluta mennä, sillä bainiittinen rakenne heikentää valuraudan sitkeyttä ja murtovenymää (toisin kuin teräksen) Mikrorakenne: asikulaarinen ferriitti + austeniitti Austempered ductile iron (ADI) 50
51
52
Teräs
Raudan valmistus Rauta esiintyy maankuoressa tyypillisesti oksideina ja useimmiten rautaa halutaan käyttää metallisessa muodossa. Tyypilliset rautamalmit ovat magnetiitti (Fe 3 O 4 ) hematiitti (Fe 2 O 3 ) limoniitti (2Fe 2 O 3 3H 2 O) rautasälpä (FeCO 3 ) 54
Pelkistys Rautaoksidi muutetaan metalliseksi raudaksi hiilimonoksidin avulla 2O + C = CO 2 CO 2 + C = 2CO 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2 FeO + CO = Fe + CO 2 3Fe + 2CO = Fe 3 C + CO 2 55
Masuuni Raudan pelkistäminen tehdään masuunissa. Tarvittavat raaka-aineet malmia 6000 tonnia koksia 2000 tonnia kalkkikiveä 2500 tonnia ilmaa 18000 tonnia Masuunissa syntyy kuonaa 2500 tonnia masuunikaasua 20000 tonnia raakarautaa 4000 tonnia Syntyvän harkkoraudan koostumus on tyypillisesti C 3.5 4.5% Si 0.3 2.0% Mn 0.5 2.0% S 0.01 0.1% P 0.05 2.0% 56
Teräksen valmistus Masuunista saatavan raudan hiilipitoisuus on liian korkea teräksen valmistukseen, mutta valurautaan sitä voidaan käyttää. Terästä saadaan kun harkkoraudalle tehdään mellotus eli hiilenpoisto raffinointi eli haitta-aineiden poisto seostus tiivistys eli kaasun poisto 57
Mellotus Raudan hiilipitoisuus lähtötilanteessa on noin 4%. Kun sulaan rautaan lisätään happea esimerkiksi puhaltamalla, palavat sulassa olevat alkuaineet seuraavassa järjestyksessä alumiini pii mangaani kromi hiili fosfori rauta Alumiini, pii, mangaani, kromi ja fosfori muodostamat oksidit liukenevat sulan pinnalla olevaan kuonaan. Hiili muodostaa hiilimonoksidia (kaasu), joka poistuu 58
Mellotus Konvertteri käsittely kestää luokkaa 7-8 minuuttia. Sulan tiheys kasvaa kun sen hiilipitoisuus pienenee. Raskas sula painuu konvertterin pohjalle ja kevyt hiilipitoinen sula nousee pinnalle Erillistä sekottamista ei tarvita 59
Konvertteri Mellotus tehdään pääasiassa erilaisissa konvertereissa LD konvertteri LD-KG konvertteri OBM konvertteri Konvertterit eroavat toisistaan puhallustavan mukaan. LD:ssä happea puhalletaan ylhäältä. LD-KG:ssä happea puhalletaan ylhäältä, alta puhalletaan argonia tai typpeä ja OBM:ssä happea puhalletaan alhaalta. Aikaisemmin puhalluksessa käytettiin ilmaa, jolloin kysymyksessä olivat Bessemer konvertteri Thomas konvertteri 60
Raffinointi Masuunissa käytettiin rautaoksidin pelkistämiseen koksia, mikä normaalisti nostaa raudan rikkipitoisuuden liian korkeaksi. Lisäksi malmin fosforipitoisuus on tyypillisesti liian korkea. Tyypillisesti käytetään kalkkia CaO, joka muodostaa kuonaa sekä rikin että fosforin kanssa. 61
Seostus Teräksen tyypillisiä seosaineita ovat: Si, Mn, Cr, Ni ja Mo. Seosaineet lisätään sopivina raudan yhdisteinä ferropii (75% Si) ferromangaani (75% Mn) ferrokromi (60% Cr) nikkeli metallisena ferromolybdeeni (60% Mo) Seostus tehdään yleensä mellotusuunissa 62
Kaasujen poisto Mellotetussa teräksessä on liuenneena happea, typpeä ja vetyä. typpi lisää teräksen vanhenemistaipumusta vety aiheuttaa haurausilmiöitä Nämä voidaan poistaa argonhuuhtelulla tai tyhjiökäsittelyllä AOD-konvertteri (Argon Oxygen Decarburization) VODC-konvertteri (Vacuum Oxygen Decarburization Converter) 63
Kaasujen poisto 64
Tiivistäminen Kun sulaan teräksen lämpötila laskee, hapen liukoisuus pienenee. Vapautunut happi muodostaa hiilimonoksidia, josta osa jää loukkuun jähmettyneen metallin sisään tiivistämätön teräs Jos vapautuvat happi sidotaan alumiiniin, ei kaasuhuokosia synny. Tällöin teräs kutistuu jäähtymisen aikana alumiinilla tiivistetty teräs Tiivistäminen voidaan tehdä myös piillä ja mangaanilla 65
Terässtandardit
Standardit Joka maalla ja järjestöllä oma standardi AISI (USA) SAE (USA) ASTM (USA) ASME (USA) UNS (USA) DIN (Saksa) Werkstoff numero (Saksa) BS (Iso-Britania) AFNOR (Ranska) UNI (Italia) SS (Ruotsi) SFS EN 67
Standardit American Iron and Steel Institute (AISI) ja Steels Society of Automotive Engineers (SAE) xx40 Hiilipitoisuus 0,40 painoprosenttia 10xx Hiiliteräkset, Mn enintään 1.00% 15xx Hiiliteräkset, Mn 1.00 1.60% 13xx Hiiliteräkset, Mn 1.60 1.90% 11xx Hiiliteräkset, korotettu rikkipitoisuuttu 12xx Hiiliteräkset, korotettu rikki- ja fosforipitoisuus Seostetut teräkset jaetaan niukkaseosteisiin (<8%) ja runsasseosteisiin (>8%) 68
69
Standardit Amerikkalaiset standardit koottu yhteen AISI/SAE 1040 = UNS G10400 Uni?ed Numbering System (UNS) G = AISI/SAE hiili ja seosteräkset F = valuraudat ja valuteräkset J = valuteräkset D = teräkset joilta vaaditaan tietyt mekaaniset ominaisuudet S = lämmönkestävät ja ruostumattomat teräkset T = työkaluteräkset H = karkenevat teräkset 70
Standardit The American Society for Testing and Materials (ASTM) Rautametallit, sementti, puu, kankaat, kupari, jne. Materiaaleilta vaaditaan tarkemmat ominaisuudet käyttökohteen mukaan Samalle materiaalille useita standardeja (esimerkiksi 2¼Cr-1Mo löytyy seuraavista) 71
Standardit ASTM:n yhdessä standardissa on taasen mukava useita teräksiä. Esimerkiksi ASTM A 213 Seamless Ferritic and Austenitic Alloy Steel for Boiler, Superheater, and Heat Exchanger Tubes pitää sisällään 14 ferriittistä ja 14 austeniittista terästä tulistimia varten Eri teräkset merkitään Txx merkinnällä. Esimerkiksi 2¼Cr-1Mo on tässä standardissa nimellä ASTM A 213 T22 72
Standardit American Society of Mechanical Engineers (ASME) Erityisesti paineastiat ASME Boiler & Pressure Vessel Code Käyttää hyväksi ASTM:n merkintöjä ASTM A 213 = ASME SA213 73
Standardit Deutsches Institut fur Normung (DIN) jaottelee seuraavasti Seostamattomat: Al<0.1%, Cu<0.25%, Mn<0.8%, Si<0.5% ja Ti<0.1% Niukkaseosteiset: seosainepitoisuus ei saa ylittää 5% Runsasseosteiset: seosainepitoisuus yli 5% Seostamattomien ja niukkastiseostettujen nimeäminen Co, Cr, Mn, Ni, Si ja W nimellinen pitoisuus ilmoitetaan luvulla 4 kerrottuna Al, Cu, Mo, Ti ja V nimellinen pitoisuus ilmoitetaan luvulla 10 kerrottuna C, N, P ja S nimellinen pitoisuus ilmoitetaan luvulla 100 kerrottuna Tulkinta voi olla joskus hankalaa... 74
Standardit Esimerkiksi 17 CrNiMo 6 Hiili = 17/100 = 0,17% Kromi = 6/4 = 1.5% Nikkeli = 6/4 = 1.5% ja taulukkoarvot Hiili = 0,15-0,20% Pii < 0,40% Mangaani = 0,40-0,60% Fosfori < 0,035% Rikki < 0,035% Kromi = 1,50-1,80% Molybdeeni = 0,25-0,35% Nikkeli = 1,40-1,70% Esimerkiksi 21 NiCrMo 2 Hiili = 21/100 = 0,21% Nikkeli = 2/4 = 0,5% Kromi = 2/4 = 0,5% ja taulukkoarvot Hiili = 0,17-0,23% Pii < 0,40% Mangaani = 0,65-0,95% Fosfori < 0,035% Rikki < 0,035% Kromi = 0,40-0,70% Molybdeeni = 0,15-0,25% Nikkeli = 0,40-0,70% 75
Standardit Lisäksi DIN standardin rinnalla käytetään Werkstoff numeroita Teräksen tietojen ja vastaavuuksien löytäminen ehkä helpointa ko numeron avulla Varsin täsmällinen listaus esim. Stahlschlüssel teoksesta 76
Stahlschlüssel 77
Stahlschlüssel 78
Stahlschlüssel 79
Terästen mikrorakenteet
Austeniitin hajaantuminen tasapainon mukaisesti 81
Hiilipitoisuuden vaikutus mikrorakenteeseen Mitä enemmän hiiltä sen enemmän perliittiä 0,10% perliitti näkyy pieniä tummina laikkuina ferriitin seassa. Lamelirakennetta ei tahdo erottaa 0.40% perliittiä (tummat alueet) ehkä hiukan enemmän kuin ferriittiä (vaaleat alueet). Perliitin lamelirakenne näkyy osissa alueita otollisen orientaation takia (vertaa lohifileeseen) 0.95% perliittiä, mutta ei ferriittiä. Ylieutektoidinen teräs, joten ferriitin sijasta näkyy pieniä määriä esieutektoidista sementiittiä (valkoiset alueet). Hyvällä mielikuvituksella kuvasta näkee myös perinnäisen austeniitin raerajat. 82
83
84
85
Normalisointi Normalisointia käyteään transiitiolämpötilan laskemiseen Mekaaniset ominaisuudet voivat huonontua Mikroseostuksella voidaan parantaa normalisoinnissa saatavia ominaisuuksia Niobikarbidit eivät liukene helposti, haittaavat raeraojen liikkumista ja estävä siten rakeen kasvua 86
Normalisointi 87
Austeniitin hajaantuminen ei tasapainon mukaisesti Austeniitin hajaantumisen tapahtuessa niin nopeasti ettei tasapainorakennetta (ferriitti, perliitti tai näiden seos) ehdi muodostua, tulee rakenteeksi joko Bainiittia, joka syntyy matalan lämpötilan eutektoidisen reaktion tuloksena tai Martensiittia, joka muodostuu ilman diffuusiota martensiittimekanismilla 88
Bainiitti Bainiitti on ferriitin ja sementiitin eilamellaarinen seos. Korkeissa hajaantumislämpötiloissa muodostuu yläbainiittia, alhaisemmissa alapainiittia 89
Ylä- ja alabainiitti Yläbainiitti Sementiittierkaumat ovat ferriitti-liuskojen rajoilla. Kovaa, korkeanlujuuksista ja haurasta. Alabainiitti Runsas dislokaatioisia ferriittiliuskoja, joiden sisällä on sementiittierkaumia. Kohtalainen kovuus sekä erinomaiset lujuus- ja sitkeysarvot. Tärkeä rakenne erikoislujissa nuorrutetuissa rakenneteräksissä. 90
Martensiitti Martensiitti on tetragonaalisesti vääristynyttä hiiliylikyllästeistä ferriittiä eli uusi ferriittiin pohjautuva rakenne, johon hiili on jäänyt pakkotilaan. Martensiitti muodostuu austeniitista alle 220 C lämpötiloissa. Suurilla jäähtymisnopeuksilla eli matalissa austeniitin hajaantumislämpötiloissa ei diffuusio tapahdu riittävän nopeasti, vaan austeniitti hajaantuu leikkautumismekanismilla. 91
Leikkautuminen Leikkautumismekanismi on hyvin nopea ja martensiittia muodostuu erittäin suurillakin jäähtymisnopeuksilla. Martensiitin ja austeniitin yksikkökopeilla on selvä yhteys Martensiitin tetragonaalisuus riippuu hiilipitoisuudesta Muodostuneen martensiitin kovuus riippuu myös hiilipitoisuudesta Muodostuva martensiitti on usein niin haurasta, että sitä pitää sitkistää päästön avulla (lähes aina). 92
Austeniitista martensiitiksi 93
94
95
Levy ja sälemartensiitit Kun hiilipitoisuus on korkeampi ja/tai jäähtymisnopeus hitaampi on tuloksena levymartensiittia. Kovaa ja haurasta Taipumus lohkomurtumiseen Matalammalla hiilipitoisuudella ja/tai nopeammalla jäähtymisnopeudella syntyy sälemartensiittia Kovaa, lujaa ja kohtuullisen sitkeää 96
97
Hiilipitoisuuden vaikutus 98
Hiilipitoisuuden vaikutus teräksen kovuuteen ennen päästöä eri martensiittipitoisuuksilla 99