Please select your country! -Suomi -FI Asetukset

Asetukset

Please select your country!

{{group.Text}}

{{"ifind_go-back" | translate}}

{{group.Text}}

Materiaalit

Lastuttavat materiaalit

Lastuttavat materiaalit
 

Materiaaliryhmät

Konepajateollisuudessa tuotetaan lastuavilla menetelmillä valtava kirjo erilaisia tuotteita kaikenlaisista materiaaleista. Kunkin materiaalin ominaisuuksiin vaikuttavat merkittävästi esimerkiksi seostus, lämpökäsittelyt ja kovuus. Materiaaliominaisuudet luonnollisesti ohjaavat terägeometrian ja -laadun sekä lastuamisarvojen valintaa. Valinnan helpottamiseksi lastuttavat materiaalit jaetaan ISO-standardissa kuuteen pääryhmään, joilla kullakin on lastuttavuuden kannalta omat erityispiirteensä:

ISO P – Teräkset on isoin lastuttavien materiaalien ryhmä, johon kuuluu mm. niin seostamattomia kuin runsasseosteisia lajeja sekä teräsvaluja ja ferriittisiä ja martensiittisia ruostumattomia teräksiä. Terästen lastuttavuus on yleensä hyvä mutta vaihtelee laajalti riippuen mm. kovuudesta ja hiilipitoisuudesta.

ISO M – Ruostumattomissa teräksissä on runsas, vähintään 12 prosentin kromiseostus. Muita seosaineita ovat esimerkiksi nikkeli ja molybdeeni. Ruostumattomat teräkset muodostavat ison ryhmän, joka jakautuu moniin alaryhmiin: ferriittiset, martensiittiset, austeniittiset ja austeniittis-ferriittiset (duplex). Yhteistä näille kaikille on, että lastuava terä kuumenee voimakkaasti ja altistuu lovikulumille ja irtosärmänmuodostukselle.

ISO K – Toisin kuin teräkset, valuraudat ovat lyhytlastuisia aineita. Harmaat valuraudat (GCI) ja adusoidut valuraudat (MCI) ovat helposti lastuttavia, kun taas pallografiittivaluraudat (NCI), tylppägrafiittivaluraudat (CGI) ja austemperoidut valuraudat (ADI) ovat vaikeampia. Kaikki valuraudat sisältävät piikarbidia (SiC), joka kuluttaa teräsärmää erittäin abrasiivisesti.

ISO N – Ei-rautametallit, esimerkiksi alumiini, kupari ja messinki, ovat rautametalleja pehmeämpiä. Vähintään 13 % piitä (Si) sisältävä alumiini on kuitenkin erittäin abrasiivista. Teräväsärmäisillä terillä voidaan yleensä käyttää isoja lastuamisnopeuksia tinkimättä kestoiästä.

ISO S – Kuumalujat superseokset on iso ryhmä, johon kuuluu runsaasti seostettuja rauta-, nikkeli-, koboltti- ja titaanipohjaisia materiaaleja. Ne ovat tahmeita, aiheuttavat irtosärmänmuodostusta, kovettuvat lastuttaessa (työstökarkeneminen) ja kehittävät lämpöä. Ryhmä muistuttaa ISO M -materiaaleja, mutta superseokset ovat paljon vaikeampia koneistaa ja teräsärmien kestoikä jää lyhyemmäksi.

ISO H – Tähän ryhmään kuuluu teräksiä, joiden kovuus vaihtelee välillä 45–65 HRc, sekä myös kokillivalurautoja, joiden kovuus on noin 400–600 HB. Kovuus tekee näiden materiaalien koneistuksesta hankalaa. Lastuamisen aikana kehittyy lämpöä, ja aineet kuluttavat teräsärmää erittäin abrasiivisesti.

O (muut): ISO-standardissa määrittelemättömät materiaalit.. Kestomuovit, kertamuovit, lasikuitu- ja hiilikuituvahvisteiset muovit (GFRP ja CFRP), hiilikuitukomposiitit, aramidikuituvahvisteinen muovi, kova kumi, grafiitti (tekninen). Komposiittien käyttö yleistyy monilla aloilla, etenkin ilmailuteollisuudessa.

 

Lastuttavien materiaalien luokitus MC-koodeilla

Jako kuuteen materiaaliryhmää ei anna riittäviä tietoja terägeometrian ja -laadun sekä lastuamisarvojen valintaan. Materiaaliryhmät on jaettava edelleen alaryhmiksi. Sandvik Coromant on käyttänyt ns. CMC-koodeja (Coromant Material Classification) lastuttavien aineiden merkitsemiseen ja luonnehtimiseen riippumatta valmistajasta, ainestandardeista ja markkinoista. CMC-järjestelmän avulla materiaaleja voidaan luokitella nimenomaan lastuttavuuden mukaan, ja Sandvik Coromant antaa kutakin aineryhmää varten myös omat työkalu- ja lastuamisarvosuosituksensa.

Voidakseen antaa täsmällisempiä suosituksia koneistuksen tuottavuuden parantamiseksi Sandvik Coromant on kehittänyt uuden materiaaliluokituksen. Uusi luokitusjärjestelmä on täsmällisempi, siinä on enemmän alaryhmiä, ja se sisältää yksityiskohtaisempaa tietoa esimerkiksi materiaalityypeistä, hiilipitoisuudesta, valmistusprosesseista, lämpökäsittelyistä ja kovuudesta.

MC-koodin rakenne

Järjestelmä on rakennettu niin, että MC-koodeilla voidaan merkitä monenlaisia ominaisuuksia ja piirteitä erilaisten kirjain- ja numeroyhdistelmien avulla.

Esimerkki 1

Koodi P1.2.Z.AN
P = teräksen ISO-koodi
1 = materiaaliryhmä: seostamattomat teräkset
2 = alaryhmä: hiilipitoisuus (C) > 0.25 % ≤ 0.55 %
Z = valmistusprosessi: taottu/valssattu/kylmävedetty
AN = lämpökäsittely: hehkutettu, määrätty kovuus toimitustilassa
 

Esimerkki 2

N1.3.C.AG
N = ei-rautametallien ISO-koodi
1 = materiaaliryhmä: alumiini
3 = alaryhmä: Si-pitoisuus 1–13 %
C = valmistusprosessi: valu
AG = lämpökäsittely: vanhennettu
 

Ilmoittamalla materiaalin koostumuksen lisäksi myös valmistusprosessi ja lämpökäsittely, jotka ilman muuta vaikuttavat mekaanisiin ominaisuuksiin, lastuttavasta aineesta saadaan tarkempi käsitys ja lastuamisarvot on helpompi valita.

 

Lastuttavuuden määrittäminen

Kun määritetään jonkin materiaalin lastuttavuutta, ts. kuinka hyvin sitä voidaan työstää lastuavilla menetelmillä, on yleensä otettava huomioon kolme päätekijää:

  1. Lastuttavan aineen metallurgiset/mekaaniset ominaisuudet
  2. Terägeometria, mikro- ja makrotaso
  3. Teräaine (laatu), esim. pinnoitettu kovametalli, keraami, CBN tai PCD

Nämä tekijät vaikuttavat eniten kyseisen aineen lastuttavuuteen. Muita tekijöitä ovat esimerkiksi lastuamisarvot, lastuamisvoimat, lastuttavan aineen lämpökäsittelyt, pintarakenne, metallin sisältämät sulkeumat, työkalujen pitimet ja yleiset koneistusolosuhteet.

Lastuttavuus ei ole yksiselitteisesti mitattava suure, joka voitaisiin ilmaista jollakin asteikolla tai lukuarvona. Laajassa mielessä se käsittää lastuttavan aineen lastuttavuusominaisuudet, sen aiheuttaman terien kulumisen sekä lastunmuodostuksen. Näissä suhteissa niukkaseosteiset hiiliteräkset ovat helpommin lastuttavissa kuin vaikkapa austeniittiset ruostumattomat teräkset. Niukkaseosteisia teräksiä pidetään yleensä helpommin lastuttavina kuin ruostumattomia teräksiä. ”Hyvällä lastuttavuudella” tarkoitetaan yleensä sitä, että lastuaminen on häiriötöntä ja terän kestoikä on kohtuullisen pitkä. Jonkin tietyn aineen lastuttavuutta tutkitaan yleensä käytännön testeillä, joiden tuloksia tarkastellaan suhteessa muista aineista vertailukelpoisissa olosuhteissa saatuihin tuloksiin. Testeissä otetaan huomioon myös muita tekijöitä, kuten esimerkiksi aineen mikrorakenne, kuoriutumistaipumus, työstökone, tukevuus, melu ja terän kestoikä.

 

ISO P: teräs

  • Terästen MC-koodit
  • Seostamattomat teräkset – P 1.1–1.5
  • Niukkaseosteiset teräkset – P 2.1–2.6
  • Runsasseosteiset teräkset – P 3.0–3.2

Mitä ovat ISO P -teräkset?

  • ​Teräkset ovat isoin lastuavilla menetelmillä työstettävien aineiden ryhmä
  • Teräksiä käytetään karkaisemattomina, karkaistuina tai nuorrutettuina. Kovuus on yleensä korkeintaan 400 HB. Kovat teräkset, noin 48:stä 62–65:een HRC, luokitellaan ryhmään ISO H
  • Teräs on metalliseos, josta suurin osa on rautaa (Fe)
  • Seostamattomien terästen hiilipitoisuus on alle 0.8 %, ja niiden koostumus on pääasiallisesti pelkkää rautaa, eikä niissä ole muita seosaineita
  • Seostettujen terästen hiilipitoisuus on alle 1,7 %. Hiilen lisäksi ne sisältävät seosaineita, esim. Ni, Cr, Mo, V ja W
  • Niukkaseosteisten terästen seosainepitoisuus on alle 5 %
  • Runsasseosteisten terästen seosainepitoisuus on yli 5 %

Yleinen lastuttavuus

  • ​Eri teräslajien lastuttavuus poikkeaa toisistaan riippuen seosaineista, lämpökäsittelystä ja valmistusprosessista (taonta, valssaus, valu jne.)
  • Yleisesti ottaen lastunhallinta on suhteellisen helppoa ja sujuvaa
  • Niukkahiiliset teräkset ovat pitkälastuisempia, ja lastut ovat tahmeita, joten teräsärmän on oltava terävä
  • Ominaislastuamisvoima kc1: 1400–3100 N/mm²
  • Lastuamisvoimat ovat melko pienet ja myös tehontarve siten vaatimaton

Seosaineet

C vaikuttaa kovuuteen (kasvava pitoisuus lisää abrasiivista kulumista). Pieni hiilipitoisuus, < 0.2 %, lisää adhesiivista kulumista, mikä johtaa irtosärmänmuodostukseen ja huonoon lastunmurtoon.

Cr, Mo, W, V, Ti, Nb (karbidien muodostajat) – lisäävät abrasiivista kulumista.

O vaikuttaa merkittävästi lastuttavuuteen muodostamalla epämetallisia, abrasiivisia oksidisulkeumia.

Al, Ti, V, Nb antavat teräkselle hienorakeisuutta, joka parantaa sitkeyttä mutta huonontaa lastuttavuutta.

P, C, N pienentävät ferriitissä sitkeyttä, mikä lisää adhesiivista kulumista.

Myönteinen vaikutus

Pb vähentää automaattiteräksessä lastun ja terän välistä kitkaa (alhainen sulamispiste), vähentää terän kulumista ja parantaa lastunmurtoa.

Ca, Mn (+S) muodostavat pehmeitä, voitelevia sulfideja. Suuri S-pitoisuus parantaa lastuttavuutta ja lastunmurtoa.

Rikillä (S) on edullinen vaikutus lastuttavuuteen. Pienikin pitoisuusero, esimerkiksi 0.001 % vs. 0.003 %, voi vaikuttaa merkittävästi lastuttavuuteen. Ilmiötä käytetään hyväksi automaattiteräksissä. Tyypillinen rikkiseostus on noin 0.25 %. Rikki muodostaa pehmeitä mangaanisulfidisulkeumia (MnS), jotka kehittävät voitelevan kerroksen lastun ja terän väliin. MnS parantaa myös lastunmurtoa. Lyijyllä (Pb) on samanlainen vaikutus, ja sitä käytetäänkin usein yhdessä rikin kanssa automaattiteräksissä noin 0.25 %:n pitoisuuksina.

Sekä myönteinen että kielteinen vaikutus

Si, Al, Ca muodostavat terän kulumista lisääviä oksidisulkeumia. Teräksen sisältämät sulkeumat vaikuttavat oleellisesti lastuttavuuteen, vaikka niiden osuus koko ainemäärästä on hyvin pieni. Vaikutus voi olla sekä kielteinen että myönteinen. Esimerkiksi alumiinia (Al) käytetään terässulan tiivistämiseen. Alumiini kuitenkin muodostaa kovia, abrasiivisia alumiinioksideja (Al2O3), jotka huonontavat lastuttavuutta (vrt. terien alumiinioksidipinnoitteet). Negatiivista vaikutusta voidaan kuitenkin torjua lisäämällä teräkseen kalsiumia (Ca), joka muodostaa abrasiivisten partikkelien ympärille pehmeän kuoren.

  • Valuteräksen pinta on karhea, ja siinä voi olla hiekkaa ja kuonaa. Terältä vaaditaan hyvää sitkeyttä.
  • Valssatun teräksen raekoko on melko suuri, mikä tekee rakenteesta epätasaisen ja aiheuttaa lastuamisvoimien vaihtelua.
  • Takoteräksessä on pienempi raekoko ja yhtenäisempi rakenne, joten lastuaminen on helpompaa.

Terästen MC-koodit​

Teräkset luokitellaan lastuttavuutensa perusteella seostamattomiin, niukkaseosteisiin, runsasseosteisiin ja sintrattuihin lajeihin.

​MC-koodi​Materiaaliryhmä​​​Alaryhmä​Valmistusprosessi​​Lämpökäsittely ​​nimelliskovuus​​Ominaislastuamisvoima, kc1 (N/mm2) mc
​P1.1.Z.AN1seostamaton, < 1.65 % Mn1​≤ 0.25 % C​​Z​ ​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu125 HB​​15000.25​
​P1.1.Z.HT11​Z​HT​nuorrutettu​190 HB​1770​0.25
​P1.2.Z.AN12​> 0.25... ≤ 0.55 % C​Z​ ​​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu​190 HB​1700​0.25
​P1.2.Z.HT12​Z​HT​nuorrutettu​210 HB​1820​0.25
​P1.3.Z.AN13​runsashiilinen, > 0.55 % C​​Z​ ​​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu​190 HB​1750​0.25
​P1.3.Z.HT13​Z​HT​nuorrutettu​300 HB​2000​0.25
​P1.4.Z.AN14​​automaattiteräs​Z​​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu​220 HB​1180​0.25
​P1.5.C.HT15​kaikki hiilipitoisuudet (valut)​C​​valettu​HT​ei lämpökäsittelyä​150 HB​1400​0.25
​P1.5.C.AN15C​AN​nuorrutettu​300 HB​2880​0.25
​P2.1.Z.AN2niukkaseosteinen (seosaineita ≤ 5 %)1​≤ 0.25 % C​​Z​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu​175 HB​​17000.25​
​P2.2.Z.AN22​​> 0.25... ≤ 0.55 % C​ZAN240 HB​​19500.25​
​P2.3.Z.AN23runsashiilinen, > 0.55 % C​​Z​AN260 HB20200.25
​P2.4.Z.AN24automaattiteräs​Z​AN225 HB
​P2.5.Z.HT25kaikki hiilipitoisuudet (nuorrutettu)​​Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​HTnuorrutettu​330 HB20000.25
​P2.6.Z.UT26​kaikki hiilipitoisuudet (valut)Cvalettu UT​ei lämpökäsittelyä​200 HB16000.25
​P2.6.Z.HT26C​HTnuorrutettu​380 HB 32000.25
​P3.0.Z.AN3runsasseosteinen (seosaineiden määrä > 5 %)0pääryhmäZtaottu/valssattu/kylmävedetty​ANhehkutettu200 HB19500.25
​P3.0.Z.HT30​ZHTnuorrutettu380 HB31000.25
​P3.0.C.UT30CvalettuUTei lämpökäsittelyä200 HB19500.25
​P3.0.C.HT30​CHTnuorrutettu340 HB30400.25
​P3.1.Z.AN31HSS​Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​ANhehkutettu250 HB23600.25
​P3.2.C.AQ32​mangaaniteräsCvalettuAQhehkutettu/sammutettu tai hehkutettu300 HB30000.25
​P4.0.S.NS4sintratut teräkset0pääryhmäSsintrattuNSei määritelty150 HB

Seostamattomat teräkset – P 1.1–1.5

​Määritelmä

Seostamattomien terästen hiilipitoisuus on yleensä vain 0.8 %. Seosteräksissä on hiilen lisäksi muitakin seosaineita. Kovuus on 90–350 HB. Suurempi hiilipitoisuus (> 0.2 %) mahdollistaa teräksen karkaisun.

​Yleisimpiä työkappaleita

Yleisiä käyttökohteita: rakenneteräkset, syväveto ja muut levytyöt, paineastiateräkset sekä erilaiset valut. Yleisiä tuotteita: akselit, putket, takeet ja hitsatut rakenteet (< 0.25 % C).

Lastuttavuus

Niukkahiilisten terästen (< 0.25 %) koneistaminen vaatii lastunmurto-ongelmien ja kuoriutumistaipumuksen (irtosärmänmuodostus) takia erityistä huomiota. Iso lastuamisnopeus sekä terävä särmä ja/tai geometria, positiivinen rintakulma ja ohut pinnoitus vähentävät kuoriutumistaipumusta. Sorvauksessa suositellaan lastunmurron tehostamiseksi, että lastuamissyvyys on lähes yhtä suuri tai suurempi kuin nirkonsäde. Karkaistujen terästen lastuttavuus on yleensä erittäin hyvä, joskin viistekulumisella on taipumus kasvaa suhteellisen suureksi.

Niukkaseosteiset teräkset – P 2.1–2.6

​Määritelmä

Niukkaseosteiset teräkset ovat nykyisin yleisimpiä lastuavasti työstettäviä materiaaleja. Ryhmään kuuluu sekä pehmeitä että koviksi karkaistuja teräksiä (maks. 50 HRc).

​Yleisimpiä työkappaleita

Mo- ja Cr-seostettuja paineastiateräksiä käytetään korkeissa lämpötiloissa. Yleisiä tuotteita: akselit, rakenneosat, putket ja takeet. Esimerkkejä autoteollisuuden tuotteista ovat kiertokanget, nokka-akselit, vetonivelet, pyörän navat ja ohjausvaihteiden hammaspyörät.

Lastuttavuus

Runsasseosteisten terästen lastuttavuus riippuu seostuksesta ja lämpökäsittelystä (kovuudesta). Kaikkien ryhmän terästen lastuamisessa yleisimpiä kulumismuotoja ovat kuoppa- ja viistekuluminen.

Karkaistut teräkset kuumentavat teräsärmää voimakkaammin, jolloin tuloksena voi olla terän plastinen muodonmuutos.

Runsasseosteiset teräkset – P 3.0–3.2

​Määritelmä

Runsasseosteiset teräkset ovat teräslajeja, joiden koostumuksesta yhteensä yli 5 % on seosaineita. Ryhmään kuuluu sekä pehmeitä että koviksi karkaistuja teräksiä (maks. 50 HRc).

Yleisimpiä työkappaleita

Yleisiä käyttökohteita ovat työstökoneiden osat, muotit, hydrauliikkakomponentit, sylinterit ja lastuavat työkalut (HSS).

​Lastuttavuus

Yleensä lastuttavuus on sitä huonompi, mitä suurempia seosainepitoisuus ja kovuus ovat. Jos seosaineita esimerkiksi on 12–15 % ja kovuus on maks. 450 HB, terältä vaaditaan plastisten muodonmuutosten kestämiseksi hyvää kuumalujuutta.

 

ISO M: ruostumaton teräs

  • Ruostumattomien terästen MC-koodit
  • Ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset – P 5.0–5.1
  • Austeniittiset ja superausteniittiset ruostumattomat teräkset – M 1.0–2.0
  • Duplex-teräkset – M 3.41–3.42

Mitä on ISO M -ryhmän ruostumaton teräs?

  • Metalliseos, josta valtaosa on rautaa (Fe)
  • Kromipitoisuus yli 12 %
  • Yleensä pieni hiilipitoisuus (≤ 0.05 % C)
  • Erilaisilla nikkeli- (Ni), kromi- (Cr), molybdeeni- (Mo), niobi- (Nb) ja titaaniseostuksilla (Ti) voidaan parantaa esimerkiksi korroosionkestävyyttä ja kuumalujuutta
  • Kromi reagoi hapen (O) kanssa muodostaen teräksen pinnalle Cr2O3-passivointikerroksen, joka antaa teräkselle sen korroosionkesto-ominaisuudet

Yleinen lastuttavuus

​Erilaisten ruostumattomien teräslajien lastuttavuus eroaa toisistaan riippuen seosaineista, lämpökäsittelyistä ja valmistusprosessista (taonta, valu jne.) Yleisesti ottaen lastuttavuus on sitä heikompi, mitä runsaammin teräs on seostettu, mutta kaikissa ruostumattomien terästen ryhmissä on saatavissa myös lastuttavuudeltaan parannettuja lajeja.

  • Pitkälastuinen aine
  • Lastunhallinta on kohtuullisen helppoa ferriittisissä/martensiittisissa lajeissa ja vaikeampaa austeniittisissa ja duplex-teräksissä
  • Ominaislastuamisvoima: 1800–2850 N/mm²
  • Lastuaminen synnyttää suuret lastuamisvoimat, irtosärmänmuodostusta, lämpöä ja muokkauslujittumista
  • Austeniittisen rakenteen suurempi typpipitoisuus (N) lisää lujuutta ja antaa korroosionkestoa, mutta huonontaa lastuttavuutta, koska muokkauslujittuminen lisääntyy
  • Lastuttavuutta parannetaan rikkiseostuksella (S)
  • Suuri hiilipitoisuus (> 0.2 % C) johtaa melko voimakkaaseen viistekulumiseen.
  • Mo ja N heikentävät lastuttavuutta, mutta parantavat happojen kestoa ja kuumalujuutta.
  • SANMAC-teräksen (Sandvikin kauppanimi) lastuttavuutta on parannettu optimoimalla sulfidi- ja oksidipitoisuus tinkimättä kuitenkaan korroosionkestosta.

Ruostumattomien terästen MC-koodit

​MC-koodi​​Materiaaliryhmä​​Alaryhmä​Valmistusprosessi​​Lämpökäsittely​nimelliskovuus​ominaislastuamisvoima, kc1 (N/mm2)​mc
​P5.0.Z.AN5​ruostumaton teräs, ferriittinen/martensiittinen0​ ​pääryhmä​Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu200 HB​1800​0.21
​P5.0.Z.HT50Z​HT​nuorrutettu​330 HB​2300​0.21
​P5.0.Z.PH50Z​PH​erkautuskarkaistu​330 HB​2800​0.21
​P5.O.C.UT50C​valettu​​UT​ei lämpökäsittelyä​250 HB​1900​0.25
​P5.0.C.HT50C​HT​​nuorrutettu​330 HB​2100​0.025
​P5.1.Z.AN51​automaattiteräs​Z​taottu/valssattu/kylmävedetty​AN​hehkutettu​200 HB​1650​0.21
​M1.0.Z.AQ1austeniittinen​​0pääryhmä​Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​AQ​hehkutettu/sammutettu tai hehkutettu​200 HB​2000​0.21
​M1.0.Z.PH10Z​PH​erkautuskarkaistu​300 HB​2400​0.21
​M1.0.C.UT10C​valettu​UT​ei lämpökäsittelyä​200 HB​1800​0.25
​M1.1.Z.AQ11​lastuttavuutta parannettu (esim. SANMAC)Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​AQ​hehkutettu/sammutettu tai hehkutettu​​200 HB​2000​0.21
​M1.1.Z.AQ12​automaattiteräs​ZAQ​200 HB​1800​0.21
​M1.3.Z.AQ13Ti-stabiloitu​ZAQ​200 HB​1800​0.21
M1.3.C.AQ13C​valettuAQ​200 HB​1800​0.25
​M2.0.Z.AQ2​superausteniittinen, ≥ 20 % Ni0pääryhmä​ ​Z​taottu/valssattu/kylmävedettyAQ​200 HB​2300​0.21
M2.0.C.AQ20C​valettuAQ​200 B​2150​0.25
​M3.1.Z.AQ3duplex (austeniittis-ferriittinen)​1​> 60 % ferriittiä (nyrkkisääntö: < 0.10 % N)​Z​taottu/valssattu/kylmävedettyAQ​hehkutettu/sammutettu tai hehkutettu​230 HB​2000​0.21
M3.1.C.AQ31C​valettuAQ​230 HB​1800​0.25
​M3.2.Z.AQ32​< 60 % ferriittiä (nyrkkisääntö: ≥ 0.10 % N)Z​taottu/valssattu/kylmävedettyAQ​260 HB​2400​0.21
M3.2.C.AQ32C​valettuAQ​260 HB​2200​0.25
Työkappaleen materiaaliryhmän tunnistaminen

​Ruostumattoman teräksen mikrorakenne riippuu pääasiassa sen kemiallisesta koostumuksesta. Kromi (Cr) ja nikkeli (Ni) ovat tärkeimpiä seosaineita (ks. kaavio). Käytännössä vaihtelut voivat olla suuria, koska muut seosaineet pyrkivät stabiloimaan joko austeniittisen tai ferriittisen kiderakenteen. Rakenteeseen voidaan vaikuttaa myös lämpökäsittelyillä tai eräissä tapauksissa kylmämuokkauksella. Erkautuskarkenevilla ferriittisillä tai austeniittisilla lajeilla on suurempi murtolujuus.

Austeniittiset teräkset
Austeniittis-ferriittiset teräkset (duplex)
Ferriittiset kromiteräkset
Martensiittiset kromiteräkset
 

Ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset – P5.0–5.1

Määritelmä

Ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset luokitellaan lastuttavuuden kannalta ISO P -ryhmään. Tavanomainen Cr-pitoisuus on 12–18 %. Näissä teräksissä on niukasti muita seosaineita.

Martensiittisilla ruostumattomilla teräksillä on suhteellisen suuri hiilipitoisuus, joten ne ovat karkenevia. Ferriittisillä lajeilla on magneettisia ominaisuuksia. Sekä ferriittisten että martensiittisten lajien hitsattavuus on huono. Niiden korroosionkesto on kohtalainen tai vaatimaton; korroosionkesto on sitä parempi, mitä suurempi on Cr-pitoisuus.

​Yleisimpiä työkappaleita

Yleisiä sovelluksissa, joissa korroosionkestolle ei aseteta suuria vaatimuksia. Ferriittiset lajit ovat pienen Ni-pitoisuuden takia suhteellisen edullisia. Esimerkkejä käyttökohteista ovat pumppujen akselit, höyry- ja vesiturbiinit, mutterit ja pultit, kuumavesivaraajat, sellu- ja elintarviketeollisuuden sovellukset (ei vaadita suurta korroosionkestoa).

Martensiittiset lajit ovat karkenevia, ja niitä käytetään esimerkiksi ruokailuvälineissä, partaterissä ja kirurgisissa instrumenteissa.

​Lastuttavuus

Yleensä lastuttavuus on hyvä ja hyvin samankaltainen kuin niukkaseosteisilla teräksillä. Siksi nämä lajit luokitellaan ISO P -ryhmään. Suuri hiilipitoisuus (> 0.2 %) mahdollistaa karkaisun. Lastuaminen synnyttää viiste- ja kuoppakulumista ja jonkin verran irtosärmänmuodostusta. ISO P -laadut ja -geometriat toimivat hyvin.

Austeniittiset ja superausteniittiset ruostumattomat teräkset – M1.0–2.0

Määritelmä

Austeniittiset lajit ovat ruostumattomien terästen pääryhmä; yleisin koostumus on 18 % Cr ja 8 % Ni (esim. 18/8-teräkset, tyyppi 304). Parempi korroosionkesto saadaan 2–3 %:n molybdeeniseostuksella, jolloin usein puhutaan haponkestävästä teräksestä (tyyppi 316). MC-ryhmä sisältää myös superausteniittiset ruostumattomat teräkset, joiden Ni-pitoisuus on yli 20 %. Austeniittisilla erkautuskarkenevilla teräksillä (PH) on lämpökäsitellyssä tilassa austeniittinen rakenne sekä yli 16 %:n Cr-pitoisuus, yli 7 %:n Ni-pitoisuus ja noin 1 %:n Al-pitoisuus. Tyypillinen erkautuskarkeneva teräs on esimerkiksi 17/7 PH.

​Yleisimpiä työkappaleita

Hyvää korroosionkestoa vaativat sovellukset. Erittäin hyvä hitsattavuus ja hyvät ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa. Tyypillisiä käyttökohteita ovat kemian-, sellu- ja elintarviketeollisuuden laitteet sekä lentokonemoottoreiden suihkusuuttimet. Hyvät mekaaniset ominaisuudet, paranevat entisestään kylmämuokkauksessa.

Lastuttavuus

Muokkauslujittuminen aiheuttaa kovia pintoja ja lastuja, mikä johtaa lovikulumiseen sekä adheesioon ja irtosärmänmuodostukseen. Suhteellinen lastuttavuus on 60 %. Saattaa muokkauslujittumisen takia rikkoa terän pinnoitteen ja perusainettakin, jolloin tuloksena on murtuma ja huono pinnankarheus. Austeniitti muodostaa sitkeitä, pitkiä, jatkuvia lastuja, joita on vaikea katkoa. S-seostus parantaa lastuttavuutta mutta heikentää korroosionkestoa. Käytä teräviä särmiä ja positiivista geometriaa. Lastua muokkauslujittuneen kerroksen alta. Pidä lastuamissyvyys vakiona. Kehittää runsaasti lämpöä.

Duplex-teräkset – M 3.41–3.42​

Määritelmä

Seostamalla Cr-pohjaiseen ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen nikkeliä saadaan sekarakenne/matriisi, jossa on sekä ferriittiä että austeniittia eli niin sanottu duplex-teräs. Duplex-teräksillä on suuri murtolujuus ja erittäin hyvä korroosionkesto. Superduplexin ja hyperduplexin tapaisilla nimityksillä tarkoitetaan runsaampaa seostusta ja vieläkin parempaa korroosionkestoa. Duplex-teräksille tyypillisiä ovat 18–28 %:n Cr-pitoisuus ja 4–7 %:n Ni-pitoisuus, jolloin ferriitin osuudeksi tulee 25–80 %. Ferriittisen ja austeniittisen faasin pitoisuudet ovat yleensä huoneenlämmössä yhtä suuret, 50% ja 50 %.

​Yleisimpiä työkappaleita

Kemian-, elintarvike-, rakennus-, lääke-, sellu- ja paperiteollisuuden koneet sekä prosessit, joissa käsitellään happoja tai klooria. Käytetään usein myös merenalaisessa öljyn ja kaasun tuotannossa.

​Lastuttavuus

Suhteellinen lastuttavuus on yleisesti ottaen huono, 30 %, johtuen korkeasta myötö- ja murtolujuudesta. Lastuttavuus paranee suuremmilla ferriittipitoisuuksilla, yli 60 %. Lastut ovat vahvoja, mikä voi aiheuttaa lastuhakkaumaa ja suuret lastuamisvoimat. Lastutessa kehittyy runsaasti lämpöä, mikä saattaa johtaa plastisiin muodonmuutoksiin ja vaikeaan kuoppakulumiseen.

Pienet asetuskulmat ovat suositeltavia lovikulumisen ja jäysteenmuodostuksen välttämiseksi. Työkalun ja työkappaleen tukeva kiinnitys on tärkeää.

 

ISO K: valurauta

  • Valurautojen MC-koodit
  • Adusoitu valurauta K 1.1–1.2 ja harmaa valurauta K 2.1–2.3
  • Pallografiittivalurauta K 3.1–3.5
  • Tylppägrafiittivalurauta K 4.1–4.2
  • Austemperoitu pallografiittivalurauta K 5.1–5.3

Mitä on ISO K -ryhmän valurauta?

Valurautoja on viittä päätyyppiä:

  • Harmaa valurauta (GCI)
  • Adusoitu valurauta (MCI)
  • Pallografiittivalurauta (NCI)
  • Tylppägrafiittivalurauta (CGI)
  • Austemperoitu pallografiittivalurauta (ADI)

Valurauta on rauta-hiiliseos (Fe-C), jossa on suhteellisen runsaasti piitä, Si (1–3 %). Valurautojen hiilipitoisuus on yli 2 %, joka on hiilen (C) maksimiliukenevuus austeniittisessa faasissa. Kromi (Cr), molybdeeni (Mo) ja vanadiini (V) muodostavat karbideja, jotka lisäävät raudan lujuutta ja kovuutta mutta heikentävät sen lastuttavuutta.

Yleinen lastuttavuus

  • Lyhytlastuinen aine, hyvä lastunhallinta useimmissa olosuhteissa. Ominaislastuamisvoima: 790–1350 N/mm²
  • Suuret lastuamisnopeudet aiheuttavat abrasiivista kulumista, eritoten jos raudassa on hiekkasulkeumia
  • Pallografiitti- ja tylppägrafiittirautojen ja austemperoitujen lajien mekaaniset ominaisuudet sekä niiden sisältämä grafiitti vaativat erityishuomiota verrattuna tavalliseen harmaarautaan
  • Valurautoja koneistetaan usein negatiivisilla terillä, koska niiden lujalla särmällä prosessiin saadaan varmuutta
  • Kovametalliperusaineen pitää olla kova, ja pinnoitteena tulee olla paksu alumiinioksidipinnoite, jolla saadaan hyvä abrasiivisen kulumisen kesto
  • Valurautoja koneistetaan perinteisesti ilman lastuamisnestettä, mutta märkäkoneistuskin on mahdollista lähinnä hiili- ja rautapölyn hillitsemiseksi. Saatavissa on myös märkäkoneistukseen sopivia laatuja

Kovuuden vaikutus

  • Kovuuden vaikutus valurautojen lastuttavuuteen noudattaa samoja lainalaisuuksia kuin muissakin aineissa
  • Esimerkiksi austemperoitujen rautojen (ADI), tylppägrafiittirautojen ja pallografiittirautojen kovuus on maksimissaan 300-400 HB.
  • Adusoitujen lajien ja harmaaraudan kovuus on yleensä 200–250 HB
  • Valkoisen valuraudan kovuus voi olla yli 500 HB, kun rauta on jäähdytetty nopeasti, jolloin hiili ei esiinnykään vapaana vaan reagoi raudan kanssa muodostaen sementiittiä (Fe3C). Valkoiset raudat ovat erittäin abrasiivisia ja vaikeasti lastuttavia

Valurautojen MC-koodit

Lastuttavuuden kannalta valuraudat jaetaan adusoituihin, harmaisiin, pallografiittirautoihin, tylppägrafiittirautoihin ja austemperoituihin rautoihin. Suurimpia kovuuksia esiintyy pallografiitti- ja ADI-raudoissa.

MC-koodi​Materiaaliryhmä​​Alaryhmä​Valmistusprosessi​LämpökäsittelynimelliskovuusOminaislastuamisvoima, kc1(N/mm2) mc
​K1.1.C.NS​1​adusoitu​​1pieni murtolujuus​​C​valettu​​NSei määritelty​​200 HB780​0.28​
​K1.2.C.NS​1​2​suuri murtolujuusC​NS​260 HB​1020​0.28
​K2.1.C.UT​2​harmaa​1​pieni murtolujuusC​valettu​​UT​​ei lämpökäsittelyä​180 HB​900​0.28
​​K2.2.C.UT​2​2​suuri murtolujuus​C​UT​245 HB​1100​0.28
​​K2.3.C.UT​2​3​austeniittinenC​UT​175 HB​13000.28​
​K3.1.C.UT​3​pallografiitti​1​ferriittinen​Cvalettu​UTei lämpökäsittelyä​​155 HB​8700.28​
​​K3.2.C.UT​3​2​ferriittis-perliittinen​C​UT​215 HB​1200​0.28
​​K3.3.C.UT​3​3​perliittinen​C​UT​265 HB​1440​0.28
​​K3.4.C.UT3​​4​martensiittinen​C​UT​330 HB​1650​0.28
​​K3.5.C.UT​3​5​austeniittinen​C​UT​190 HB
​K4.1.C.UT4​​CGI​​1​pieni murtolujuus (perliittiä < 90 %)​C​valettu​​UT​ei lämpökäsittelyä​​160 HB​680​0.43
​K4.2.C.UT4​​2​suuri murtolujuus (perliittiä ≥ 90 %)​C​UT​230 HB​7500.41​
​K5.1.C.NS5​ADI​1​pieni murtolujuus​​C​valettuNS​ei määritelty​300 HB
​K5.2.C.NS5​2​suuri murtolujuus​​CNS​400 HB
​K5.3.C.NS5​​3​erittäin suuri murtolujuus​C​NS​460 HB

Austemperointi on lämpökäsittely, joka muuttaa pallografiittiraudan austemperoiduksi raudaksi (ADI).

Adusoitu valurauta K 1.1–1.2 ja harmaa valurauta K 2.1–2.3

Määritelmä

Adusoitu valurauta valmistetaan valkoisen raudan kaltaisesta rakenteesta, joka lämpökäsitellään kaksivaiheisesti, jolloin tuloksena on ferriitistä, perliitistä ja temperhiilestä koostuva rakenne. Rakenteeseen syntyy epäsäännöllisiä grafiittikeriä, jotka poikkeavat harmaan raudan hauraammasta suomurakenteesta. Näin ollen adusoitu rauta on vähemmän altista säröilylle, ja murtolujuus- ja murtovenymäarvot ovat suuremmat.

Harmaan valuraudan sisältämä grafiitti esiintyy luonteenomaisina suomuina. Harmaan raudan pääominaisuuksia ovat pieni iskusitkeys (hauraus), hyvä lämmönjohtavuus (ei kuumene lastuttaessa ja valmis moottorilohko kuumenee vähemmän), hyvät vaimennusominaisuudet (absorboi moottorin värinöitä).

Yleisimpiä työkappaleita

Adusoidusta valuraudasta valmistetaan esimerkiksi akselilaakereita, telapyöriä, putkitarvikkeita ja lujia hammaspyöriä. Harmaaraudasta valmistetaan mm. paistinpannuja, moottorilohkoja, kompressoreiden sylintereitä, hammaspyöriä ja vaihdelaatikoita.

Lastuttavuus

Adusoidun valuraudan murtolujuus on harmaarautaa suurempi. Se muistuttaa lastuttavuudeltaan pallografiittirautoja; molempien lastuttavuus on yleensä erittäin hyvä. Perliittinen rakenne lisää yleisesti ottaen abrasiivista kulumista ja ferriittinen rakenne adhesiivista kulumista.

Harmaalla valuraudalla on alhainen iskusitkeys, lastuamisvoimat ovat pieniä ja lastuttavuus erittäin hyvä. Kuluminen on pelkästään abrasiivista; kemiallista kulumista ei esiinny. Harmaaraudassa on usein mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi kromiseostus (Cr). Näin saatu suurempi lujuus heikentää lastuttavuutta.

Pallografiittivalurauta K 3.1–3.5

Määritelmä

Pallografiittiraudassa grafiitti esiintyy pallomaisina sulkeumina, ja sen pääominaisuuksia ovat hyvä jäykkyys (suuri kimmokerroin), hyvä iskusitkeys (sitkeä aine, vähäinen hauraus), hyvä murtolujuus, heikot vaimennusominaisuudet (ei absorboi moottorin värinöitä) ja heikko lämmönjohtokyky (kuumenee enemmän lastutessa). Pallomaiset grafiittisulkeumat parantavat pallografiittirautojen lujuusominaisuuksia ja sitkeyttä verrattuna harmaarautaan.

​Yleisimpiä työkappaleita

Navat, putket, telat, pakosarjat, kampiakselit, tasauspyörästön kotelot, laakereiden kannet, peruslaatat, turboahtimien kotelot, kytkinlevyt ja vauhtipyörät.

Turboahdinten kotelot ja pakosarjat valmistetaan usein SiMo-seostetusta valuraudasta, jonka kuumalujuus on parempi.

Lastuttavuus

Pallografiittiraudalla on voimakas taipumus irtosärmänmuodostukseen. Taipumus on voimakkaampi pehmeissä lajeissa, joilla on suurempi ferriittipitoisuus. Runsaasti ferriittiä sisältävien lajien koneistuksessa ja hakkaavassa lastuamisessa hallitseva kulumismekanismi on usein adheesio, mikä voi aiheuttaa pinnoitteen hilseilyongelmia.

Adheesio-ongelmat ovat vähäisempiä lastuttaessa kovempia lajeja, joissa on enemmän perliittiä. Tällöin todennäköisempää on abrasiivinen kuluminen ja/tai plastinen muodonmuutos.

Tylppägrafiittivalurauta K 4.1–4.2

Määritelmä

Tylppägrafiittiraudalla on hyvät lujuus- ja keveysominaisuudet yhdistettynä kohtalaisen hyvään lastuttavuuteen. Sen lämmön- ja värinänvaimennusominaisuudet ovat pallografiittiraudan ja harmaaraudan välillä. Väsymislujuus on kaksinkertainen verrattuna harmaarautaan. Tylppägrafiittiraudassa grafiittisulkeumat ovat pitkänomaisia ja satunnaisesti suuntautuneita, kuten harmaaraudassakin, mutta lyhempiä, paksumpia ja pyöreäreunaisia. Sulkeumien korallimainen muoto sekä pyöreät reunat ja epäsäännölliset pinnat saavat grafiitin tarttumaan lujasti rautamatriisiin. Tästä syystä tylppägrafiittiraudan mekaaniset ominaisuudet ovat harmaarautaa paremmat. Tylppägrafiittirautojen perliittipitoisuus on yleisimmin alle 90 %.

Yleisimpiä työkappaleita

Tylppägrafiittirauta soveltuu hyvin moottoreiden valmistukseen, jossa tarvitaan keveitä ja lujia materiaaleja, jotka pystyvät absorboimaan isoja voimia. Yksistään sylinterilohkon painoa voidaan pudottaa noin 20 prosenttia verrattuna harmaarautaan. Muita sovelluksia ovat sylinterikannet ja jarrulevyt.

​Lastuttavuus

Tylppägrafiittiraudan lastuttavuusominaisuudet ovat harmaan raudan ja pallografiittiraudan väliltä. Koska tylppägrafiittiraudan murtolujuus on harmaarautaan verrattuna 2–3 kertaa suurempi ja lämmönjohtokyky pienempi, lastuamisvoimat ovat suurempia ja teräsärmän lämpötilat nousevat korkeammiksi. Tylppägrafiittiraudan suurempi titaanipitoisuus lyhentää terien kestoikää.

Yleisimpiä koneistustöitä ovat tasojyrsintä ja sylintereiden avarrus. Vaihtamalla avarrus jyrsintään ympyräinterpolaatiotekniikalla sekä terien kestoikä että tuottavuus saattavat parantua.

Austemperoitu pallografiittivalurauta K 5.1–5.3

Määritelmä

Austemperoidut pallografiittiraudat ovat lämpökäsiteltyjen valurautojen ryhmä. Austemperointi muuttaa taottavan raudan ns. ADI-raudaksi, jolle on tyypillistä erittäin hyvät lujuus-, sitkeys- ja väsymisominaisuudet. ADI on painoyksikköä kohti lujempaa kuin alumiini ja yhtä kulumiskestävää kuin teräs. Murto- ja myötölujuus ovat kaksinkertaiset verrattuna tavalliseen pallografiittirautaan. Väsymislujuus on 50 % suurempi, ja sitä voidaan vielä parantaa kuulapuhalluksella tai pintarullauksella.

Yleisimpiä työkappaleita

ADI-valuilla korvataan sen ylivoimaisten ominaisuuksien ansiosta yhä yleisemmin terästakeita ja -valuja, hitsattuja rakenteita, hiiletysteräksiä ja alumiineja. Tärkeimmät sovellukset ovat autoteollisuudessa, jossa sitä käytetään esimerkiksi jousitus- ja voimansiirto-osissa. Sovelluksia on myös energia-, kaivos- ja rakennussektoreilla.

​Lastuttavuus

Terän kestoiässä on syytä odottaa 40–50 %:n lyhennystä verrattuna pallografiittirautaan. ADI:n murtolujuus ja sitkeys lähentelevät terästä, mutta se luokitellaan lastunmuodostuksen perusteella taottavaksi valuraudaksi (lamellilastut). ADI:n mikrokovuus on kovuudeltaan vastaavia teräksiä suurempi. Kovempien ADI-lajien rakenteessa on kovia partikkeleita. Suuresta lujuudesta ja sitkeydestä johtuvat termiset ja mekaaniset kuormat keskittävät kulutuksen lähelle teräsärmää ja rintapinnalle, sillä lastut ovat lamellilastuja. Muokkauslujittuminen synnyttää suuria dynaamisia lastuamisvoimia. Teräsärmän lämpötila vaikuttaa voimakkaasti kulumiseen.

 

ISO N: ei-rautamateriaalit

Mitä ovat ISO N -ryhmän ei-rautamateriaalit?

  • Tämä ryhmä koostuu pehmeistä ei-rautametalleista, joiden kovuus on alle 130 HB, paitsi lujilla pronsseilla > 225 HB
  • Suurin osa ryhmästä on alumiiniseoksia (Al), joiden piipitoisuus on alle 12–13 % (Si)
  • Metallimatriisikomposiitit (MMC): Al + SiC (20–30 %)
  • Magnesiumpohjaiset seokset
  • Kupari: elektrolyyttikupari (99.95 % Cu)
  • Pronssi: kuparin sekä tinan (Sn, 10–14 %) ja/tai alumiinin (3–10 %) seos
  • Messinki: kuparin (60–85 %) ja sinkin (Zn, 40–15 %) seos

Alumiinin lastuttavuus

  • Pitkälastuinen aine
  • Seostettuna lastunhallinta melko helppoa
  • Puhdas alumiini on tahmeaa ja vaatii teräviä särmiä ja isoa lastuamisnopeutta vc
  • Ominaislastuamisvoima: 350–700 N/mm²
  • Lastuamisvoimat ja siten myös tehontarve ovat pieniä
  • Kun Si-pitoisuus on alle 7–8 %, sopivia terälaatuja ovat hienorakeiset, pinnoittamattomat kovametallit. Suuremmille Si-pitoisuuksille sopivat PCD-kärkiset laadut
  • Ylieutektinen Al, jonka Si-pitoisuus on > 12 %, on erittäin abrasiivista

Yleisimpiä työkappaleita

Moottorilohkot, sylinterinkannet, vaihteistokotelot ja muut koteloinnit, ilma-alusten runkorakenteet.

N-materiaalien MC-koodit

MC-koodi​Materiaaliryhmä ​​Alaryhmä​​Valmistusprosessi​Lämpökäsittely​nimelliskovuus​Ominaislastuamisvoima, kc1 (N/mm2)mc
​N1.1.Z.UT​1alumiinipohjaiset seokset1kaupallisesti puhdas​​Z​valettu​​UT​ei lämpökäsittelyä​30 HB​350​0.25
​​N1.2.Z.UT1​2​AlSi-seokset, ≤ 1 % Si​Z​UT​60 HB​400​0.25
​​N1.2.Z.AG​12​ZAG​vanhennettu​100 HB​650​0.25
​​N1.2.S.UT​12​S​​sintrattu​UT​ei lämpökäsittelyä​75 HB​410​0.25
​​N1.2.C.NS​12​C​valettu​​NS​ei määritelty​80 HB​410​0.25
​​N1.3.C.UT​13​AlSi-valuseokset, Si ≥ 1 % ja < 13 %​​C​UT​ei lämpökäsittelyä​75 HB​600​0.25
​N1.3.C.AG​13​CAG​vanhennettu​90 HB​700​​0.25
​N1.4.C.NS​14​AlSi-valuseokset, Si ≥ 13 %​CNS​ei määritelty​130 HB​700​0.25
​N2.0.C.UT2​​magnesiumpohjaiset seokset0​pääryhmä​C​valettuUT​ei lämpökäsittelyä​70 HB
​N3.1.U.UT3​​kuparipohjaiset seokset ​ ​ ​ ​1​lyijyttömät kupariseokset (myös elektrolyyttikupari)U​​ei määriteltyUT​ei lämpökäsittelyä ​​100 HB​13500.25
​N3.2.C.UT3​2​lyijytetty messinki ja pronssi (Pb ≤ 1 %) ​​C​valettuUT​90 HB​550​0.25
​N3.3.S.UT3​2​S​sintrattuUT35 HB
​N3.3.U.UT​33​Cu-automaattiseokset (Pb > 1 %)​U​ei määriteltyUT​110 HB​550​0.25
​N3.4.C.UT34​lujat pronssit (> 225 HB)​C​valettuUT​300 HB
​N4.0.C.UT4​sinkkipohjaiset seokset0pääryhmä​C​valettuUT​ei lämpökäsittelyä​70 HB
 

ISO S: kuumalujat superseokset ja titaani

  • S-materiaalien MC-koodit
  • Kuumalujat superseokset – S 1.0–3.0
  • Titaanit – S 4.1–4.4

Mitä ovat ISO S -ryhmän kuumalujat superseokset ja titaani?

  • ISO S -ryhmä jakautuu kuumalujiin superseoksiin ja titaaniseoksiin
  • Kuumalujat superseokset puolestaan voidaan jakaa kolmeen ryhmään: nikkelipohjaiset, rautapohjaiset ja kobolttipohjaiset
  • Toimitustila: hehkutettu, liuekäsitelty, vanhennettu, valssattu, taottu, valettu
  • Runsaampi seostus (Co enemmänkin kuin Ni) parantaa kuuma- ja murtolujuutta sekä korroosionkestoa

Yleinen lastuttavuus


= ruostumattomat teräkset
= lämpökäsitelty (vanhennettu)
= liuekäsitelty (hehkutettu)
  • Fysikaaliset ominaisuudet ja lastuttavuus vaihtelevat huomattavasti riippuen kunkin seoksen kemiallisesta koostumuksesta ja valmistusprosessin metallurgisista yksityiskohdista
  • Varsinkin hehkutus ja vanhennus vaikuttavat lastuttavuuteen
  • Lastunhallinta vaikeaa (lamellilastut)
  • Ominaislastuamisvoima: 2400–3100 N/mm² (superseokset) ja 1300–1400 N/mm² (titaanit)
  • Lastuamisvoimat ja tehovaatimus ovat melko korkeita

Vanhennus

Kuumalujien seosten lujuutta voidaan lisätä ns. erkautuskarkaisulla.

Lämpökäsittelemällä eli ”vanhentamalla” saadaan seoksen sisältämät metalliset yhdisteet erkautumaan. Nämä partikkelit estävät kiderakenteen liikkumista ja vaikeuttavat siten aineen muokkaamista.

S-materiaalien MC-koodit

​Kuumalujat superseokset jaetaan lastuttavuuden kannalta kolmeen ryhmään: rautapohjaiset, nikkelipohjaiset ja kobolttipohjaiset. Titaanit jaetaan kaupallisesti puhtaaseen titaaniin sekä alfa-, lähes alfa-, alfa + beta- ja beta-seoksiin.

​MC-koodi​MateriaaliryhmäAlaryhmä​​Valmistusprosessi​Lämpökäsittelynimelliskovuus​Ominaislastuamisvoima, kc1 (N/mm2)mc
S1.0.U.AN1​rautapohjaiset seokset​1​pääryhmä​U​ ​ei määritelty​ANhehkutettu​200 HB2400​0.25
S1.0.U.AG12​UAG​vanhennettu280 HB​25000.25
S2.0.Z.AN2nikkelipohjaiset seokset​ ​ ​​0​pääryhmä​ ​​Z​taottu/valssattu/kylmävedetty ​​ANhehkutettu​250 HB2650​0.25
S2.0.Z.AG20​ZAG​vanhennettu350 HB​29000.25
S2.0.Z.UT20​ZUT​ei lämpökäsittelyä275 HB​27500.25
S2.0.C.NS20​Cvalettu​NSei määritelty​320 HB3000​0.25
S3.0.Z.AN3​kobolttipohjaiset seokset ​​0​​pääryhmä​Z​taottu/valssattu/kylmävedetty​ANhehkutettu​200 HB2700​0.25
S3.0.Z.AG30​ZAG​vanhennettu300 HB​30000.25
S3.0.C.NS30​Cvalettu​NSei määritelty​320 HB3100​0.25
S4.1.Z.UT4​titaanipohjaiset seokset​1kaupallisesti puhdas (> 99.5 % Ti)​Z​taottu/valssattu/kylmävedetty​UTei lämpökäsittelyä​200 HB1300​0.23
S4.2.Z.AN42​alfa- ja lähes alfa-seoksetZ​AN​hehkutettu​320 HB1400
S4.3.Z.AN43​alfa + beta -seoksetZ​AN330 HB​1400
S4.3.Z.AG43​ZAG​vanhennettu375 HB​1400
S4.4.Z.AN44​beta-seokset​Z​ANhehkutettu​330 HB1400
S4.4.Z.AG44ZAGvanhennettu​410 HB1400
S5.0.U.NS3​volframi-pohjaiset​0pääryhmä​Uei määritelty​NSei määritelty​120 HB
S6.0.U.NS3molybdeeni-pohjaiset​0pääryhmä​Uei määritelty​NSei määritelty​200 HB

Kuumalujat superseokset – S 1.0–3.0

Määritelmä

Erittäin korroosionkestäviä aineita, jotka säilyttävät kovuutensa ja lujuutensa korkeissa lämpötiloissa. Käyttölämpötilat ulottuvat 1000 °C:een. Superseokset karkaistaan vanhentamalla.

  • Nikkelipohjaiset seokset ovat yleisimpiä – niiden osuus esimerkiksi lentokonemoottorin painosta on yli 50 %. Erkautuskarkaistuja seoksia ovat esim. Inconel 718, 706 Waspalloy ja Udimet 720. Liuotuskäsiteltyjä (ei karkeneva) on esim. Inconel 625
  • Rautapohjaiset seokset on kehitetty austeniittisista ruostumattomista teräksistä. Niillä on heikoimmat kuumalujuusominaisuudet. Esimerkkejä: Inconel 909, Greek Ascolloy ja A286.
  • Kobolttipohjaisilla seoksilla on paras kuumalujuus ja korroosionkesto. Pääasiallinen käyttötarkoitus on lääketieteen tekniikka. Esimerkkejä: Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10) ja Stellite 21, 31
  • Tärkeimmät seosaineet kuumalujissa superseoksissa
    Ni: vakauttaa rakennetta ja ominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa
    Co, Mo, W: kasvattavat kuumalujuutta
    Cr, Al, Si: parantavat korroosionkestävyyttä
    C: kasvattaa virumiskestävyyttä
Yleisimpiä työkappaleita

Lentokonemoottoreiden ja kaasuturbiinien polttokammiot ja turbiinit, öljy- ja kaasuteollisuuden sovellukset, lääketieteen tekniikka, hyvää korroosionkestoa vaativat sovellukset.

Lastuttavuus

Kuumalujien superseosten lastuttavuus vaikeutuu seuraavassa järjestyksessä: rautapohjaiset seokset, nikkelipohjaiset seokset ja kobolttipohjaiset seokset. Kaikilla tyypeillä on suuri lujuus korkeissa lämpötiloissa, ja lastuttaessa ne muodostavat lamellilastuja, jolloin lastuamisvoimista tulee suuria ja dynaamisia.

Heikko lämmönjohtokyky ja suuri kovuus aiheuttavat lastuttaessa korkeita lämpötiloja. Suuri lujuus, työstökarkenevuus ja adhesiiviset ominaisuudet aiheuttavat lovikulumista maksimilastuamissyvyyden alueelle ja kuluttavat teräsärmää äärimmäisen abrasiivisesti.

Kovametallilaadulta vaaditaan hyvää särmäsitkeyttä ja pinnoitteen kiinnipysyvyyttä, jotta terä kestää hyvin plastista muodonmuutosta. Yleisesti ottaen tulee käyttää isoa asetuskulmaa (pyöreät terät) ja positiivista geometriaa. Sorvaukseen ja jyrsintään voivat tapauksesta riippuen sopia keraamilaadut.

Titaanit – S 4.1–4.4

Määritelmä

Titaaniseokset voidaan jakaa rakenteen ja seostuksen perusteella neljään ryhmään:

  • Käsittelemätön, kaupallisesti puhdas titaani
  • Alfa-seokset – seosaineina Al, O ja/tai N
  • Beta-seokset – seosaineina Mb, Fe, V, Cr ja/tai Mn
  • Kaksifaasiseos α+ß

Kaksifaasiset α+β -seokset tyyppiä Ti-6Al-4V ovat nykyisin käytännössä yleisimpiä. Keskeinen käyttäjä on ilmailuteollisuus, mutta sovelluksia on muillakin aloilla. Titaanilla on hyvä lujuus–paino-suhde ja erinomainen korroosionkesto. Tiheys on 60 % teräksen tiheydestä, joten rakenteiden seinämät voidaan tehdä ohuemmiksi.

Yleisimpiä työkappaleita

Titaania käytetään osin erittäin vaativissa olosuhteissa, joissa useimmat muut rakennemateriaalit kärsisivät vaikeasta korroosiosta. Syynä on titaanikappaleet noin 0.01 mm:n kerroksena peittävä titaanioksidi, TiO2, jolla on erittäin hyvä korroosionkesto. Jos oksidikerros rikkoutuu ja olot ovat hapettavat, titaani muodostaa heti uuden oksidikerroksen. Soveltuu lämmönvaihtimiin, suolanpoistolaitteisiin, suihkumoottoreihin sekä lentokoneiden laskutelineisiin ja rakenneosiin.

Lastuttavuus

Titaaniseosten lastuttavuus on kehno verrattuna sekä yleisimpiin teräksiin että ruostumattomiin teräksiin, joten lastuavilta teriltä vaaditaan paljon. Titaanin lämmönjohtokyky on heikko; se säilyttää lujuutensa korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa suuriin lastuamisvoimiin ja teräsärmän kuumenemiseen. Lastut ovat teräviä ja ohuita, ja niillä on taipumusta hitsautumiseen. Rintapinnan lastuava alue on pieni, joten lastuamisvoimat keskittyvät lähelle teräsärmää. Liian suuri lastuamisnopeus aiheuttaa kemiallisen reaktion lastun ja terän välille, mikä altistaa äkillisille murtumille/terärikolle. Teräaineelta vaaditaan hyvä kuumakovuutta ja pientä kobolttipitoisuutta, eikä se saa reagoida titaanin kanssa. Yleensä käytetään hienorakeista pinnoittamatonta kovametallia. Käytä positiivista/avointa geometriaa, jolla on hyvä särmäsitkeys.

 

ISO H: karkaistu teräs

Mitä on ISO H -ryhmän karkaistu teräs?

  • Tämä materiaaliryhmä sisältää karkaistuja ja nuorrutettuja teräksiä, joiden kovuus on > 45–68 HRC
  • Yleisiä lajeja ovat hiiletysteräkset (~60 HRc), laakeriteräkset (~60 HRc) ja työkaluteräkset (~68 HRc). Ryhmään luetaan myös kovia valurautoja: valkoinen rauta (~50 HRc) ja ADI/Kymenite (~40 HRc). Ryhmään kuuluu myös rakenneteräksiä (40–45 HRc), mangaaniteräksiä ja erilaisia kovia pinnoitemateriaaleja, kuten stelliitti, jauhemetallurgiset teräkset ja kovametalli.
  • Kovasorvattavien aineiden kovuus on yleensä luokkaa 55–68 HRC.

Lastuttavuus

  • Karkaistut teräkset on koneistuksen kannalta materiaaliryhmistä pienin. Yleisin koneistusvaihe on viimeistely. Ominaislastuamisvoima: 2550–4870 N/mm². Lastunhallinta on yleensä melko hyvä. Lastuamisvoimat ja tehovaatimukset ovat melko suuret
  • Teräaineelta vaaditaan hyvää plastisten muodonmuutosten kestoa (kuumakovuus), kemiallista stabiiliutta (korkeissa lämpötiloissa), mekaanista lujuutta ja abrasiivisen kulumisen kestoa. Näitä vaatimuksia vastaa CBN, jonka ansiosta hionta voidaan korvata sorvauksella
  • Sorvaukseen käytetään myös seoskeraameja tai kuituvahvisteisia keraameja, kun pinnankarheusvaatimukset ovat vaatimattomat ja aine on kovametallilla lastuttavaksi liian kovaa
  • Jyrsinnässä ja porauksessa hallitseva teräaine on kovametalli, jota käytetään noin 60 HRc:n kovuuteen saakka

Yleisimpiä työkappaleita

Tyypillisiä työkappaleita ovat vaihteistoakselit, vaihteistokotelot, ohjausvaihteiden hammaspyörät ja puristusmuotit.

Karkaistujen terästen MC-koodit

​MC-koodi​​Materiaaliryhmä​Alaryhmä​Valmistusprosessi​​Lämpökäsittely​nimelliskovuus​Ominaislastuamisvoima, kc1 (N/mm2)mc
​H1.1.Z.HA1​teräkset (erikoiskovat)​​1Kovuusluokka 50​​Ztaottu/valssattu/kylmävedetty​​HA​karkaistu (+ nuorrutettu)​50 HRc​3090​0.25
​H1.2.Z.HA1​​2​Kovuusluokka 55​Z​HA​55 HRc​36900.25
​H1.3.Z.HA1​3​Kovuusluokka 60​Z​HA​60 HRc​43300.25​
​H1.4.Z.HA1​4​Kovuusluokka 63​Z​HA​63 HRc​4750​0.25
​H2.0.C.UT2​kokillivalurauta​0​pääryhmäC​​valettu​UT​ei lämpökäsittelyä​55 HRc​3450​0.28
​​H3.0.C.UT3​stelliitit​0​​pääryhmäC​​valettu​UT​ei määritelty​40 HRc
​​H4.0.S.AN4​Ferro-TiC​0​​pääryhmä​S​sintrattu​AN​hehkutettu​67 HRc
 
 
Käytämme evästeitä parantaaksemme nettisivujemme rutiineja. Lisätietoa evästeistä.