Esitiedot. Mitkä ovat austeniittisten, ferriittisten ja martensiittisten ruostumattomien terästen käyttökohteet?



Samankaltaiset tiedostot
Esitiedot. Esitiedot. Kromiseostuksen vaikutukset teräksissä

Ruostumattomat ja haponkestävät neliöputket Welded stainless steel square tubes

Metallit

Metallit

Mikä on ruostumaton teräs? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET

FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET.

Valunhankintakoulutus Pirjo Virtanen Metso Lokomo Steels Oy. Teräsvalujen raaka-ainestandardit

Luento 5 Hiiliteräkset

18 Hakemisto. Hakemisto

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Valurauta ja valuteräs

TERÄKSISTÄ Terästen luokittelusta

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Rauno Toppila. Kirjallisuusselvitys. Ferriittiset ruostumattomat teräkset

kansainvälisyys JACQUET johtava, maailmanlaajuinen ruostumattomien kvarttolevyjen käyttäjä 483 työntekijää

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Tuoteluettelo. Tuoteluettelo

Ferriittiset ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus. May 12,

Kon Harjoitus 8: Ruostumattomat teräkset. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Deformaatio. Kiteen teoreettinen lujuus: Todelliset lujuudet lähempänä. σ E/8. σ E/1000

KOVAJUOTTEET Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet.

RUOSTUMATTOMAT JA HAPONKESTÄVÄT TUOTTEET

MIG 350 DIN 8555: MSG 2 GZ 350 kovahitsaus, koneistettavaa MIG 600 DIN 8555: MSG 6 GZ 60 iskut, hankauskuluminen. 3-3

SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA.

Metalliseokset. Alumiiniseokset. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök

Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta

Alumiinin ominaisuuksia

Mak Sovellettu materiaalitiede

Lujat termomekaanisesti valssatut teräkset

Tuotteet. Lisäksi käytössämme on Valbrunan pohjoismaiden keskusvarasto Ruotsissa (Valbruna Nordic AB).

Dislokaatiot - pikauusinta

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Sisällysluettelo. Kierretapit Kierretappien valintajärjestelmä ja symbolien merkitys Metrinen kierre M 56-74

Corthal, Thaloy ja Stellite

Pehmeä magneettiset materiaalit

Sisällysluettelo Kierretapit UNC Kaikki hinnat ilman Alv.

Kon Harjoitus 4: standardit ja terästunnukset. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Kokillivalu (Permanent mold casting) Jotain valimistusmenetelmiä. Painevalu (Diecasting) Painevalu

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

RUOSTUMATTOMAT JA HAPONKESTÄVÄT TUOTTEET

Jotain valimistusmenetelmiä

LISÄMODULI. PSS Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus

17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L

17VV VV 01021

UDDEHOLM UNIMAX 1 (5) Yleistä. Käyttökohteet. Mekaaniset ominaisuudet. Ominaisuudet. Fysikaaliset ominaisuudet

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3

Kaikki hinnat ilman Alv.

Tig hitsauslangat KORJAUS- JA KUNNOSSAPIDON AMMATTILAISILLE SEOSTAMATTOMAT NIUKKASEOSTEISET RUOSTUMATTOMAT KUPARI ALUMIINI NIKKELI MAGNESIUM TITAANI

465102A Konetekniikan materiaalit, 5op

Tärkeitä tasapainopisteitä

Kulutusta kestävät teräkset

ESABin ruostumattomat hitsauslisäaineet

Metallit

C.2 Muut perusaineet kuin seostamaton teräs

Ohutlevymateriaalien korroosio merivesiolosuhteissa

Sinkki. Esitiedot. Yleistä. Yleistä

Esitiedot. Mikä periaattellinen ero on 4% ja 8% alumiinia sisältävien sinkkiseosten välillä?

RUOSTUMATTOMAT JA HAPONKESTÄVÄT TERÄKSET

Ferriittisten ruostumattomien terästen hitsattavuus ja hitsialueen muovattavuus

B.3 Terästen hitsattavuus

Esitiedot. Luento 6. Esitiedot

Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti

tekniikkaa ja terästä

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos

Raerajalujittuminen LPK / Oulun yliopisto

TERÄSTEN STANDARDINMUKAISET SEOSAINEPITOISUUDET JA NIIDEN VAIHTELUIDEN VAIKUTUS HITSATTAVUUTEEN

RUOSTUMATTOMAT JA HAPONKESTÄVÄT TUOTTEET

Alumiinivalujen raaka-ainestandardit

Pienoisopas. Alumiinihitsaus.

UDDEHOLM VANADIS 4 EXTRA. Työkaluteräksen kriittiset ominaisuudet. Käyttökohteet. Ominaisuudet. Yleistä. Työkalun suorituskyvyn kannalta

Sulzer Pumps. Valumateriaalit. The Heart of Your Process

1. Malmista metalliksi

Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila

Terästen lämpökäsittelyn perusteita

MINERAALI- TUOTTEET Kierrätys ja Mineraalituotteet

PL OULUN YLIOPISTO PUH. (08) TELEKOPIO (08) pentti.karjalainen oulu.fi

SYLINTERIPUTKET JA KROMATUT TANGOT

CD-hitsauspultit. Tuoteluettelo Tekniset tiedot

Teollinen kaivostoiminta

Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Suprajohteet. Niobi-titaani seoksia Nb-46.5Ti Nb-50Ti Nb-65Ti

UDDEHOLM VANCRON 40 1 (6) Työkaluteräksen kriittiset ominaisuudet. Yleistä. Ominaisuudet. Käyttökohteet. Työkalun suorituskyvyn kannalta

HYDRAULIIKKATUOTTEET

METALLIT KUPARI KUPARI Levyt Nauhat Tangot Langat Tekniset tiedot Tuotantopalvelut...

selectarc - HITSAUSPUIKOT 2009 Somotec Oy KORJAUS- JA KUNNOSSAPIDON AMMATTILAISILLE SEOSTAMATTOMAT NIUKKASEOSTEISET RUOSTUMATTOMAT VALURAUTA NIKKELI

81 RYHMÄ MUUT EPÄJALOT METALLIT; KERMETIT; NIISTÄ VALMISTETUT TAVARAT

METALLITUOTTEIDEN MAALAUS MAALATTAVAT METALLIT. Copyright Isto Jokinen. Käyttö opetuksessa tekijän luvalla

TERÄKSEN KÄYTTÄYTYMINEN ÄÄRIOLOSUHTEISSA.

Polarputki kumppanina takaa korkean laadun pyöröteräsvalinnoissa Polarputki on toimittanut pyöröteräksiä suomalaisille

Titaani. Titaani. Yleistä. Yleistä

Titaani. Hilarakenne Heksagoninen α- faasi 882 C saakka. Tilakeskinen β-faasi 882 C yläpuolella. Tiheys 4,54 g/cm 3. Kimmokerroin 105 kn/mm 2

YRITYSINFO. Tekniikkaa ja terästä.

Metallien ominaisuudet ja rakenne

KATTAVA VALIKOIMA HITSAUSLISÄAINEITA XA

TYÖYMPÄRISTÖN MATERIAALIT

Sulametallurgia (Secondary steelmaking)

Transkriptio:

Esitiedot Mitkä ovat austeniittisten, ferriittisten ja martensiittisten ruostumattomien terästen käyttökohteet? Milloin austeniittiset laadut ovat välttämättömiä? Mitä eri laadut maksavat? Miten kupari vaikuttaa alumiiniseoksen ominaisuuksiin? Miksi kupari parantaa mekaanisia ominaisuuksia? Miksi kupari heikentää korroosion kestoa? Miten Al-Mg ja Al-Mg-Si seokset eroavat toisistaan? 1

Esitiedot Miten Al-Mg ja Al-Mg-Si seokset eroavat toisistaan? Agening = vanheneminen Natural agening = luonnollinen vanheneminen Artificial agening = keinovanhennus Precipitate = erkauma Lattice parameter = hilamitta Precipiation hardening = erkaumakarkaisu 2

Kromiseostuksen vaikutukset teräksissä Aikaan saa passivoitumisilmiön ollessaan homogeenisena jähmeänä liuoksena. Laajentaa ferriitin stabiilisuusaluetta Muodostaa suuremmilla kromipitoisuuksilla hauraan metallien välisen yhdisteen (sigmafaasi) raudan kanssa Hiilipitoisuuden kasvu Cr- seosteisissa teräksissä laajentaa austeniitin stabiilisuusaluetta Lujittaa ferriittiä varsin vähän, joten runsaskromiset ferriittiset teräkset muokattavia Lisää karkenevuutta pieninä pitoisuuksina, vähentää jäännösausteniittia runsashiilisissä teräksissä Voimakas karbidinmuodostaja Parantaa hapettumis- ja kulumiskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa Parantaa syöpymiskestävyyttä passivoitumisilmiön kautta; syöpymiskestävät teräkset. 3

4

Ruostumaton teräs

Yleistä Ruostumattomissa teräksissä on yli 10.5% kromia Yli 30% Cr ja alle 50% Fe pitoisuudet harvinaisia Ruostumattomuus on seurausta teräksen pinnalla olevasta kestävästä kromioksidikerroksesta Kerros muodostuu itsestään (ja korjaantuu jos se vahinkoittuu) mikäli kromi voi reagoida hapen kanssa Muilla seosaineilla voidaan parantaan kerroksen ominaisuuksia 6

Yleistä Valintaperusteet Korroosion kestävyys Mekaaniset ominaisuudet halutussa ympäristössä Valmistettavuus Saatavuus Kustannukset (8/2004) Kuumamuokattu 304 = 2438 $/tonni Kuumamuokattu 316 = 3568 $/tonni 7

8

Luokittelu Martensiittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus 10.5-18% Hiilipitoisuus alle 1.2% Muut seosaineet: Nb, Si, W, V, Ni, S, Se Martensiittinen mikrorakenne saadaan aikaa nopealla jähdytyksellä Kestävät korroosiota lähinnä laimeissa ympäristöissä Seostuksella saadaan aikaan erikoiskarbideja joiden avulla kulumiskestävyys paranee. 9

Luokittelu Ferriittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus luokkaa 10.5-30% Hiilipitoisuus alle 0.03% Muut seosaineet Mo, Si, Al, Ti, Nb, S, Se Hyvä murtovenymä ja muokattavuus Lujuus austeniittisia laatuja heikompi korkeissa lämpötiloissa Sitkeys voi olla huono matalissa lämpötiloissa tai isoissa kappaleissa. Sitkeyttä alentaa liian suuret hiili ja typpipitoisuudet etenkin jos kromipitoisuus on korkea. Hiilen ja typen sitomiseen käytetään Ti ja Nb seostusta 10

Luokittelu Austeniittiset ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus 16-26% Nikkelipitoisuus < 35% Mangaanipitoisuus < 15% Muut seosaineet N, Mo, Cu, Si, Al, Ti, Nb Huoneen lämpötilan austeniittinen rakenne saadaan aikaan Ni, Mo ja N seostuksella Austeniitin myötölujuus on pieni, murtovenymä ja sitkeys ovat suuria. Muokkauslujittuu tehokkaasta Lujittamiseen käytetään kylmämuokkausta Erinomaiset ominaisuudet matalissa käyttölämpötiloissa Hyvä lujuus korkeassa lämpötilassa 11

Luokittelu Austeniittiset ruostumattomat teräkset Korroosion kestävyys paranee kromipitoisuutta nostamalla. Useimmiten käytetään kuitenkin molybdeeniä sillä kromipitoisuuden lisääminen vaikeuttaa valmistamistamista Typpi Tyypilliset seokset Rosteri, kirkas, 304, 18-8 Hapon kestävä, 316 12

Luokittelu Austeniittis-ferriittiset (duplex) ruostumattomat teräkset Kromipitoisuus 18-28% Nikkelipitoisuus 4-19% Osa mikrorakenteesta on austeniittinen ja osa ferriittinen. Osuudet riippuvaisia seostuksesta ja lämpökäsittelystä. Useissa tapauksissa molempia on yhtä paljon Korroosion kestävyys samaa luokkaa kuin vastaavalla austeniittisella laadulla Lujuus arvot suuremmat kuin austeniittisilla laaduilla Sitkeys austeniittisten ja ferriittisten laatujen välissä 13

Luokittelu Erkaumakarkenevat Mikrorakenne joko austeniittinen tai martensiittinen Erkautuminen saadaa aikaan metallien välisiä yhdisteitä muodostavilla seosaineilla kuten alumiinilla ja kuparilla 14

Luokittelu Austeniittinen Ferriittisausteniittinen Martensiittinen C Cr Ni Mo Karkaisu Magneettinen < 0,15 11-13 - - Kyllä Kyllä 0,20 12-17 0-2.5 - Kyllä Kyllä 0,6-1,2 16-18 - - Kyllä Kyllä Ferriittinen 0,03 11-14 - - Ei Kyllä 0,03 14-20 - 0-3 Ei Kyllä < 0,03 24-29 0-4.5 0-4 Ei Kyllä 0,05 16-20 6-14 0-3 Ei Ei < 0,03 17-27 13-34 2-6 Ei Ei < 0,03 18-28 2,5-19 0-3,5 Ei Kyllä 15

16

Standardit AISI:lla mikrorakenteen mukainen jaottelu 3xx = austeniittiset ruostumattomat teräkset 4xx = ferriittiset ruostumattomat teräkset Poikkeuksia AISI:n pääjakoon 403, 410 ja muutama muu 4xx ovat martensiittisia 329 ferriittis-austeniittinen 201, 202, 205 austeniittisia 17

Saksalaiset standardit Runsasseosteisen teräksen koostumus. Esimerkiksi X5CrNi18-10 X seosaineiden pitoisuuksia ei kerrota 5 = Hiilipitoisuus 0,05% 18 = Kromipitoisuus 18% 10 = Nikkelipitoisuus 10% Werkstoff numero ja vastaavuudet X5CrNi18-10 = 1.4301 = AISI 304 18

EU standardit EN 10028-7 Painelaiteteräkset. levytuotteet EN 10029 Kuumavalssatut teräslevyt, >3 mm, mitta-, muoto- ja painotol. EN 10051 Kuva pinnoittamaton nauhalevy ja nauha, mitta- ja muototol. EN 10088-2 Yleiseen käyttöön tarkoitetut levyt ja nauhat, tekniset toimitusehdot EN 10088-3 Yleiseen käyttöön tarkoitetut tangot, valssilangat, profiilit ja vastaavat puolivalmisteet, tekniset toimitusehdot EN 10095 Tulenkestävät teräkset ja nikkeliseokset EN 10259 Kylmävalssatut rst leveät teräsnauhat ja -levyt, mitta- ja muototol. EN 10272 Painelaiteteräkset, ruostumattomat terästangot EN 10278 Kirkkaiden terästuotteiden mitat ja toleranssit 19

Koostumus C max. Cr Ni Mo Muut ASTM Nimike 1.4301 0,07 17-19,5 8-10,5 304 X5CrNi18-10 1.4305 0,1 17-19 8-10 303 X8CrNiS18-9 1.4306 0,03 18-20 10-12 304L X2CrNi19-11 1.4307 0,03 17,5-19,5 8-10 304L X2CrNi18-9 1.4310 0,05-0,15 16-19 6-9,5 max. 0,8 301 X10CrNi18-8 1.4541 0,08 17-19 9-12 Ti 321 X6CrNiTi18-10 1.4401 0,07 16,5-18,5 10-13 2-2,5 316 X5CrNiMo17-12-2 1.4404 0,03 16,5-18,5 10-13 2-2,5 316L X2CrNiMo17-12-2 1.4432 0,03 16,5-18,5 10,5-13 2,5-3 316L X2CrNiMo17-12-3 1.4436 0,05 16,5-18,5 10,5-13 2,5-3 316 X3CrNiMo17-13-3 1.4539 0,02 19-21 24-26 4-5 Cu 904L X1NiCrMoCu25-20-5 1.4547 0,02 19,5-20,5 17,5-18,5 6-7 Cu S31254 X1CrNiMoCuN20-18-7 1.4571 0,08 16,5-18,5 10,5-13,5 2-2,5 Ti 316Ti X6CrNiMoTi17-12-2 1.4828 0,02 19-21 11-13 Si - X15CrNiSi20-12 1.4835 0,05-0,12 20-22 10-12 Si, Ce S30815-1.4003 0,03 10,5-12,5 0,3-1,00 S41050 X2CrNi12 1.4016 0,08 16-18 430 X6Cr17 1.4512 0,03 10,5-12,5 Ti 409 X2CrTi12 1.4460 0,05 25-28 4,5-6,5 1,3-2 329 X3CrNiMoN27-5-2 1.4462 0,03 21-23 4,5-6,5 2,5-3,5 S31803 X2CrNiMoN22-5-3 20

Metallografia Ruostumattomien terästen mikrorakenteen syövytys on hankalaa (yllätys-yllätys). Väkevämmät konsentraatiot (esim. 60% HNO 3 ) Happojen lämmittäminen Sähkövirta Värisyövytteet 21

Valuseokset EN 10283 Korroosiotakestävät valuteräkset Amerikkalaiset Alunperin Alloy Casting Institute (ACI) Nykyään High Alloy Product Group of the Steel Founders' Society of America (www.sfsa.org) Nimeäminen C = korroosion kesto H = korkeakäyttölämpötila Cr- ja Ni-pitoisuudet kirjaimilla A-Y (seuraavan sivun taulukko) Hiilipitoisuus sata kertaisena Muut seosaineet kirjain tunnuksena 22

Valuseokset Esimerkiksi CF-3 Cr-pitoisuus 17-21% Ni-pitoisuus 8-12% C-pitoisuus 0.03% Esimerkiksi CF-8M Cr-pitoisuus 18-21% Ni-pitoisuus 9-12% C-pitoisuus 0.08% Mo-pitoisuus 2-3% 23

Valuseokset Table 1 Compositions and typical microstructures of ACI corrosion-resistant cast steels Composition, %(b) ACI type C Mn Si Cr Ni Others(c) Chromium steels CA-15 0.15 1 1.5 11.5-14.0 1 0.50Mo(d) CA-15M 0.15 1 0.65 11.5-14.0 1 0.15-1.00Mo CA-40 0.4 1 1.5 11.5-14.0 1 0.5Mo(d) CA-40F 0.2-0.4 1 1.5 11.5-14.0 1... CB-30 0.3 1 1.5 18.0-22.0 2... CC-50 0.3 1 1.5 26.0-30.0 4... Chromium-nickel steels CA-6N 0.06 0.5 1 10.5-12.5 6.0-8.0... CA-6NM 0.06 1 1 11.5-14.0 3.5-4.5 0.4-1.0Mo CA-28MWV 0.20-0.28 0.50-1.00 1 11.0-12.5 0.50-1.00 0.9-1.25Mo; 0.9-1.5W; 0.2-0.3V CB-7Cu-1 0.07 0.7 1 15.5-17.7 3.6-4.6 2.5-3.2Cu; 0.20-0.35Nb; 0.05N max CB-7Cu-2 0.07 0.7 1 14.0-15.5 4.5-5.5 2.5-3.2Cu; 0.20-0.35Nb; 0.05N max CD-4MCu 0.04 1 1 25.0-26.5 4.75-6.0 1.75-2.25Mo; 2.75-3.25Cu CE-30 0.3 1.5 2 26.0-30.0 8.0-11.0... CF-3(e) 0.03 1.5 2 17.0-21.0 8.0-12.00... CF-3M(e) 0.03 1.5 2 17.0-21.0 8.0-12.0 2.0-3.0Mo CF-3MN 0.03 1.5 1.5 17.0-21.0 9.0-13.0 2.0-3.0Mo; 0.10-0.20N CF-8(e) 0.08 1.5 2 18.0-21.0 8.0-11.0... CF-8C 0.08 1.5 2 18.0-21.0 9.0-12.0 Nb(f) CF-8M 0.8 1.5 2 18.0-21.0 9.0-12.0 2.0-3.0Mo 24

Valuseokset F-8M 0.8 1.5 2 18.0-21.0 9.0-12.0 2.0-3.0Mo F-10 0.04-0.10 1.5 2 18.0-21.0 8.0-11.0... F-10M 0.04-0.10 1.5 1.5 18.0-21.0 9.0-12.0 2.0-3.0Mo F-10MC 0.1 1.5 1.5 15.0-18.0 13.0-16.0 1.75-2.25Mo F-10SMnN 0.1 7.00-9.00 3.50-4.50 16.0-18.0 8.0-9.0 0.08-0.18N F-12M 0.12 1.5 2 18.0-21.0 9.0-12.0 2.0-3.0Mo F-16F 0.16 1.5 2 18.0-21.0 9.0-12.0 1.50Mo max; 0.20-0.35Se F-20 0.2 1.5 2 18.0-21.0 8.0-11.0... G-6MMN 0.06 4.00-6.00 1 20.5-23.5 11.5-13.5 1.50-3.00Mo; 0.10-0.30Nb; 0.10-30V; 0.20-40N G-8M 0.08 1.5 1.5 18.0-21.0 9.0-13.0 3.0-4.0Mo G-12 0.12 1.5 2 20.0-23.0 10.0-13.0... H-8 0.08 1.5 1.5 22.0-26.0 12.0-15.0... H-10 0.04-0.10 1.5 2 22.0-26.0 12.0-15.0... H-20 0.2 1.5 2 22.0-26.0 12.0-15.0... K-3MCuN 0.025 1.2 1 19.5-20.5 17.5-19.5 6.0-7.0V; 0.18-0.24N; 0.50-1.00Cu K-20 0.2 2 2 23.0-27.0 19.0-22.0... ickel-chromium steel N-3M 0.03 2 1 20.0-22.0 23.0-27.0 4.5-5.5Mo N-7M 0.07 1.5 1.5 19.0-22.0 27.5-30.5 2.0-3.0Mo; 3.0-4.0 Cu H-7MS 0.07 1.5 3.50(g) 18.0-20.0 22.0-25.0 2.5-3.0Mo; 1.5-2.0Cu T-15C 0.05-0.15 0.15-1.50 0.50-1.50 19.0-21.0 31.0-34.0 0.5-1.5V 25

Koostumuksen vastaavuuksia Martensiittiset GX4CrNi13-4 = CA6NM Austeniittiset GX2CrNi19-11 = CF3 = 304L GX5CrNi19-11 = CF8C = 347 tai 348 GX2CrNi19-11-2 = CF3M = 316L GX5CrNi19-11-2 = CF8M = 316 26

Ruostumattomien terästen ruostuminen Jos ruostumattoman teräksen pinnalla oleva passivaatiokerros rikkoutuu ja jos uutta kerrosta ei synny, teräs ruostuu Passivaatiokerroksen synty estyy jos happipitoisuus pinnalla on pieni. Esimerkiksi veteen liuenneen hapen määrä voi vaihdella paikallisesti Nikkeli edistää passivaatiokerroksen syntyä (etenkin pelkistävissä olosuhteissa) Molybdeeni parantaa passivaatiokerrosta erityisesti kloridi-ioneja vastaan 27

Ruostumattomien terästen ruostuminen Austeniittiset laaduilla voi tapahtua herkistyminen Kromi reagoi hiilen kanssa, jolloin kromipitoisuus laskee paikallisesti Estetään pienentämällä hiilipitoisuus (304 -> 304L) tai sitomalla hiili (Ti ja Nb seostus) Vältetään lämpötiloja joissa herkistyminen tapahtuu Kaikkilla austeniittisilla laaduilla on jonkin verran taipumusta jännityskorroosioon Taipumus suurimmillaan nikkilipitoisuuksilla 8-10% Erityisesti 304 ja 316 Suuremilla nikkelipitoisuuksilla jännityskorroosion kesto paranee (30% Ni kestää jo melkein mitä vaan) 28

29

30

31

Ruostumaton teräs korkeissa lämpötiloissa Hiili- ja niukkaseosteisia teräksiä käytetään usein alle 370 C lämpötiloissa Ruostumattomien terästen (etenkin austeniittisten) lujuus ja ympäristön kestävyys on huomattavasti parempi 32

Alumiini

Alumiinin valmistaminen Alumiinia valmistetaan pääasiassa bauksiitista jota syntyy trooppisissa olosuhteissa silikaattimineraalien rapautuessa. Tärkeimpiä bauksiitin esiintymisalueita ovat: Australia Brasilia Intia Kiina Länsi-Afrikka Venäjä Yhdysvallat Suomessa ei esiinny bauksiittia 34

Bauksiitti Jalostetun bauksiitin tyypillinen koostumus on Al 2 O 3 60-65% Fe 2 O 3 <28% SiO 2 <6% TiO 2 <3% H 2 O <12-30% Oksidit esiintyvät bauksiitissa hydratoituneessa muodossa eli esimerkiksi Al 2 O 3 tulee joko Al(OH) tai Al(OH) 3 yhdiste. Rautaoksidi antaa bauksiitille sille tyypillisen punaruskean värin. 35

Alumiinioksidin valmistus Ennen kuin bauksiitista saadaan alumiinia se jalostetaan puhtaaksi alumiinioksidiksi. Tyypillisesti käytetään Bayerin prosessia murskaus kuivaus jauhaminen liuotus natriumhydroksidiin liukenemattomien epäpuhtauksien sakeuttaminen suodatus ja jäähdytys alumiinihydroksidin sakeutuminen natriumhydroksidin poistaminen (pesu) alumiinihydroksidin kuivaus (kalsinointi) 36

Alumiinin valmistus Alumiinia ei pystytä pelkistämään hiilen avulla alumiinioksidista (vertaa raudan valmistukseen). Alumiinin ja hapen välinen sidos on vahvempi kuin mitä hiilen ja hapen, joten pelkistämisessä joudutaan käyttämään muita menetelmiä. Tyypillisesti käytetään Hall-Héroult menetelmää, missä alumiinioksidi liuotetaan elektrolyyttiin ja hajotetaan sähkövirralla. Elektrolyyttinä käytetään alumiinifluoridia AlF 3 ja kryoliitia Na 3 AlF 6 37

Alumiinin valmistus Katodina käytetään hiilellä vuorattua teräslaatikkoa ja anodina hiiliharkkoa Anodin ja katodin välinen jännite on noin 5V ja virta luokkaa 30 300 ka Alumiinioksidi hajoaa Al 3+ ja O 2- ioneiksi sähkövirran ja elektrolyytin avulla. Happi-ionit kulkevat anodille ja reagoivat siellä hiilen kanssa. Hiilimonoksidi poistuu uunista 38

Alumiinin valmistus Alumiini-ionit kulkevat katodille ja pelkistyvät alumiiniksi. Sula alumiini on tiheämpää kuin elektrolyytti joten alumiinisulaa kertyy uunin pohjalle. Alumiinioksidia lisätään jatkuvasti kunnes riittävä määrä alumiinia on valmistettu 39

Alumiinin valmistus 1000 kg alumiinia tarvitaan 2000 kg alumiinioksidia (eli 4000 kg bauksiittia) 13000 kwh sähköenergiaa 550 kg anodihiiltä 30 kg alumiinifluoridia 25 kg kryoliittiä Koska alumiinin valmistamiseen tarvitaan paljon sähköä, valmistetaan alumiinia halvan sähköenergian (vesivoiman) maissa (Norja, Islanti, Kanada, Venezuela) 40

Alumiinin kierrätys Alumiini on ihanteellinen materiaali kierrätettäväksi koska sen uudelleen sulattaminen vaatii vain 5% primäärialumiinin valmistamiseen tarvittavasta energiasta. Alumiinin erottelu muista metalleista on helppoa rauta metalleihin käytetään sähkömagneettia muut metallit erotetaan tiheyden perusteella Suomessa valmistetaan vuosittain noin 50000 tonnia kierrätysalumiini ja 80-90% alumiinivaluista tehdään kierrätetystä alumiinista 41

Alumiinin etuja ominaisuudet Keveys (tiheys 2.7 g/cm3) Kohtalainen ja laajalla alueella säädettävissä oleva lujuus Hyvä lujuus/painosuhde Soveltuvuus muokattaviksi ja valettaviksi seoksiksi Korroosionkestävyys Poikkileikkaukseltaan monimutkaisten profiilien valmistusmahdollisuus (pursotus) Hitsattavuus Sitkeyden säilyminen matalissakin lämpötiloissa Hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus Kipinöimättömyys Kohtuullisen edullinen hinta 42

Alumiinin heikkouksia Alhainen kovuus Heikko kulumiskestävyys ja taipumus tarttumiskulumiseen Alhainen kimmomoduli ja rakenteiden riittämätön jäykkyys Alhainen lämpötilan kesto Alhainen väsymislujuus Alumiinivaluseosten usein alhainen sitkeys Voimakas lämpölaajeneminen vaikeuttaa mm. hitsausta 43

Standardit Seosten merkintä: merkintään kuuluvat seuraavat elementit: EN (Euronormi), A (alumiini), W (muokattava seos) tai C (valettava seos), väliviiva, nelinumeroinen tunnus, jonka ensimmäinen numero yksilöi pääseosaineen ja muut numerot kemiallisen koostumuksen, tarvittaessa kansallista poikkeamaa osoittava kirjain sekä toimitustilaa osoittava tunnus esim. EN AW-5052A T4 tai SFS-EN AC-42000 T6 Merkintä voi myös perustua kemialliseen koostumukseen siten, että alku on sama kuin edellä, mutta sen jälkeen tulevat seosaineiden kemialliset merkit ja niiden pitoisuus painoprosentteina (pitoisuudeltaan suurin ensiksi mainittuna). Pitoisuus pyöristetään kokonaisluvuksi ja alle prosentin pitoisuutta ei tavallisesti merkitä esim. SFS-EN AW-AlCu4SiMg T4 44

Ei erkaumakarkenevat Muokatut alumiiniseokset jotka eivät erkaumakarkene. Puhtaat alumiinit ja Mn ja Mg seokset seokset 1000 -sarja puhtaat kaupallisesti puhtaat 3000 -sarja Al-Mn Al-Mn-Mg 5000 -sarja Al-Mg 8000 -sarja muut seokset 45

1000 -sarja Super puhtaat 99.99% Kaupallisesti puhtaat >99% Sovellukset Alumiinifolio Kemiallinen kestävyys Korroosionkestävyys Sähköjohtavuus Ulkonäköön perustuvat sovellukset Vanha ja käytetty materiaali. Saatavilla monissa muodoissa. Super-puhtaan alumiinin myötölujuus 7-11 MPa. 46

3000 -sarja Keskinkertaisen lujuuden seoksia, joilla on hyvä sitkeys ja erinomainen korroosionkestävyys. Al-Mn (max. 1.25% Mn) Rauta laskee Mn liukoisuutta, jolloin voi muodostua hauraita Al 6 Mn partikkeleja Al-Mg 3003 yleisin Foliot Katot Kattilat yms Al-Mn-Mg Liuoslujitus 3105 Al-0.55Mn-0.5Mg helppo valmistaa 3004 käytetyin Al-1.25Mn-1.05Mg Virvoituskuomatölkit 47

5000 -sarja Mg 0.8-5% Magnesium pitoisuuksilla 3-4% voi erkautua Mg 5 Al 8 faasia liukunauhoinin ja raerajoille (voimakas muovaus tai korotetut lämpötilat) Raerajakorroosio tai jännityskorroosio Cr ja Mn auttaa koska Mg pitoisuutta voidaan laskea esimerkiksi Al-2.7Mg-0.7Mn- 0.12%Cr seoksen lujuusominaisuudet lähellä seosta Al-4%Mg Paikallinen elpyminen voi aiheuttaa pehmenimista huoneenlämpötilassa lujuusominaisuudet putoavat stabilointi 120-150 C Alumiini levyt Hitsatut rakenteet Tankkeja polttoaineella, maidolle, viljalle etc. Paineastiat (alhaiset lämpötilat) Korroosionkestävyys Veneet, laivojen rakenteet 48

Erkaumakarkenevat seokset 2000-sarja Al-Cu Al-Cu-Mg 6000- sarja Al-Mg-Si 7000- sarja Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu Litium seokset Keskilujat hitsattavat seokset Al-Mg-Si Al-Zn-Mg Korkeanlujuuden vaikeasti hitsattavat seokset Al-Cu Al-Cu-Mg Al-Zn-Mg-Cu 49

Al erkaumakarkaisu 50

Al erkaumakarkaisu 51

Erkaumakarkaisu ja dispersiolujitus Erkauma muodostaa jännityskentän, joka lujittaa materiaalia tehokkaasti laajalla alueella Dispersiot lujittavat huonommin kuin erkaumat, mutta niiden etuna on erkaumia parempi stabiilisuus lämpötilan kasvaessa 52

Erkauma vs. Dispersio Erkauma voi olla koherennti tai epäkoherentti Muodostuu hilasta toisen faasin atominen erkautumisella Lujittaa hyvin koherenttina tai semikoherenttina erkaumana Dispersio Epäkoherentti Muodostuu toisen faasin joutuessa materiaalin sekaan kökköinä Sulkeuma vs. dispersio? 53

Koherentti erkauma Sellainen toisen faasin partikkeli hilassa, jossa hilatasot jatkuvat hilasta erkaumaan tullessa. Hilan tasot ovat samansuuntaisia sekä erkaumassa että hilassa, ja hilaparametrit ovat niin lähellä toisiaan, että hilatasot taipuvat mutteivät katkea 54

Epäkoherentti erkauma Toisen faasin partikkeli hilassa, jossa hilatasot katkeavat erkauman ja perushilan välissä Perushilan ja erkauman hilatasojen ei myöskään tarvitse olla samansuuntaisia 55

2000- sarja Al-Cu-Mg Alfred Wilm 1906 Berliinissä, Duralumin, Al-3.5Cu-0.5Mg- 0.5Mn, Zeppelin Versio 2017 yhä käytössä 56

6000- sarja Al-Mg-Si seokset ovat paljon käytettyjä keskilujia seoksia. Hyvä hitsattavuus Hyvä korroosionkestävyys Ei jännityskorroosiota Pääasiassa ekstruusioita Al-Mg 2 Si tasapainopiirros Atomimassat: Mg 24.3050 amu Si 28.0855 amu Mg:Si suhde 1.73 57

7000- sarja Al-Zn-Mg Keskiluja seos Zn:Mg > 1 Hitsattava Suuri lämpötila-alue liuoshehkutukselle (> 350 C) Epäherkkä jäähdytysnopeudelle Vanhenee huoneenlämpötilassa Al-Zn-Mg-Cu Luja seos Korroosionkestävyys hyvä, erityisesti kun Cu ja Zn pitoisuudet pienet. 58

Väsyminen Käytetyillä lujittamismenetelmillä ei ole sanottavaa vaikutusta alumiinin tai alumiiniseosten pitkän kes toiän väsymislujuuteen Suhde väsymislujuus/vetomurtolujuus on alumiinilla luokkaa R w /R m = noin 0.25-0.4, kun se muilla metalleilla vaihtelee pääsääntöisesti välillä 0.45-0.6 Alumiiniseoksen staattisen lujuuden kasvaessa suhdeluvun arvo huononee Korotettu lämpötila alentaa väsymislujuutta Korroosioympäristö (kloridit) vaikuttaa väsymiskestävyyteen 59

60

Hitsaus Perinteinen hitsaus (kaasu- ja puikkohitsaus) on hankalaa. Sen sijaan kaasukaarihitsauksena (MIG ja TIG) hitsaus onnistuu vähintäänkin kohtuullisesti. Hankaluuksia Alhainen sulamispiste; ei värinmuutoksia sulaessa Oksidikalvot (sulan juoksevuus); liitosvirheet Suuri lämpölaajeneminen, hyvä lämmönjohtavuus Kaasujen liukoisuus sulaan Virheiden muodostumista suosiva jähmettymismekanismi Paikallinen lujuuden lasku erkaumalujitetuissa seoksissa 61

Korroosio Korroosionkestävyys perustuu voimakkaaseen passivoitumisilmiöön; reaktiivinen metalli muuttuu hyvin ilmastollista ja makean veden korroosiota kestäväksi. korroosionkestävyys heikkenee seostuksen kasvaessa: haitallisia aineita ovat mm: kupari, rauta, nikkeli, sinkki, (pii+kupari) hyödyllisiä aineita ovat: magnesium (emäksiset + suolapitoiset ympäristöt) mangaani ja kromi (jännityskorroosio) Korroosionkestävyyttä voidaan parantaa anodisointiprosessin avulla 62

Anodisoinnissa syntyvä alumiinioksidikerros. 63

Anodisoitu alumiinioksidikerros: a) ennen tiivistystä, b) tiivistyksen jälkeen. 64

Valettavat alumiiniseokset Tyypilliset valumenetelmät Hiekkavalu Kestomuottivalu (kokillivalu) Painevalu Alumiinivalujen hyviä puolia Pieni tiheys Matala sulamispiste Kaasujen liukeneminen sulaa pientä (poikkeuksena vety) Huonoja puolia Kutistumat Tyypillisesti käytetään Al- Si seoksia. Muut Al-Cu Al-Mg Al-Zn-Mg 65

Valuseokset Mikrorakenteella on suuri vaikutus valetun rakenteen mekaanisiin ominaisuuksiin Tavoitteena hieno tasa-akselinen mikrorakenne, jolloin saadaan yhtäaikaa suuri lujuus ja murtovenymä Pienillä pii pitoisuuksilla syntyy alumiinin dendriittinen rakenne. Suuremmilla pii jähmettyy primäärisenä faasina. Hidas jähtyminen edes auttaa karkean rakenteen syntymistä 66

Valuseokset Rakennetta voidaan hienontaa lisäämällä ennen valua titaani-booripitoista suolaa tai esiseosta Seosaineen muodostavat ydintymistä lisääviä yhdisteitä (tyypillisesti TiAl 3 ja TiB 2 ) sulaan 67

Valuseokset Hienompi rakenne saadaan myös modifiontikäsittelyllä Pieni määrä kalsiumia, natriumia, strontiumia, antimonia haittaa piifaasin kasvua jähmettymisen yhteydessä, jolloin rakenteesta tulee hieno Huokoset Sulaan alumiiniin liukenee vetyä enemmän kuin kiinteään. Vety muodostaa jähmettymisen yhteydessä pyöreitä huokosia, jotka laskevat lujuusarvoja Tilavuuden pieneneminen jähmettymisen yhteydessä aiheuttaa huokoisuutta ja lujuuden laskua 68

Piirakenteen modifiointikäsittelyn vaikutus piipitoisen alumiinivaluseoksen mekaanisiin ominaisuuksiin 69