Nuorrutuksen karkaisuhehkutuksen kuumennusnopeuden ja ajan vaikutus pulttiterästen ominaisuuksiin
Koivula, Henna (2019)
2019
Materiaalitekniikka
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-04-30
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201904301451
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201904301451
Tiivistelmä
Diplomityössä tutkitaan, saavutetaanko ISO 898-1 lujuusluokan 10.9 vaatimukset pulttiteräksillä, kun nuorrutuksen austenitointi tehdään induktiokuumennuksella. Kuumennusnopeus on nopeampi ja austenitointiaika on lyhyempi induktiokuumennuksessa kuin uunikuumennuksessa. Työssä tutkitaan austenitointitavan vaikutusta myös iskusitkeyteen, raekokoon ja mikrorakenteeseen.
Koemateriaalina on viisi pulttiterästä, joista kaksi on booriteräksiä. Pulttiterästen nuorrutuksen karkaisuhehkutus tehdään kahdella eri tavalla: induktiolla ja uunissa. Sammutus on erilainen menetelmien välillä. Koeteräksiä vertaillaan vetokokeen, jominykokeen, Charpy-V iskukokeen, Vickersin kovuusmittauksen ja mikrorakennetarkastelujen tuloksien perusteella. Työn kirjallisuusselvitys koostuu teräksen valmistuksen perusteista, induktiokuumennuksesta, pulttiliitoksista ja teräksen lämpökäsittelyn perusteista. Lämpökäsittelyn perusteisiin kuuluvat austenitointi, austeniitin hajaantuminen, karkaisu ja karkenevuus.
Kolmella koeteräksellä täyttyvät lujuusluokan 10.9 vaatimukset induktiokuumennuksella. Lopuilla koeteräksillä esiintyy ongelmia kovuudessa ja sen hajonnassa tangon keskustassa. Lisäksi kaksi koeterästä, jotka ovat kuumennettu uunissa, eivät täytä lujuusluokan 10.9 vaatimuksia korkean lujuuden ja kovuuden vuoksi. Induktiokuumennuksen vaikutus iskusitkeyteen on epäjohdonmukainen koeterästen välillä. Iskusitkeys kasvaa ainoastaan yhdellä koeteräksellä kaikissa koelämpötiloissa. Muilla koeteräksillä iskusitkeys laskee ainakin yhdessä koelämpötilassa. Iskusitkeyden vaihtelua voidaan selittää muutoksilla lujuudessa, kovuudessa, martensiitin määrässä ja raekoossa.
Kirjallisuusselvityksen mukaan induktiokuumennuksen tulisi huomattavasti karkeuttaa raerakennetta. Keskimääräinen raekoko kasvaa kuitenkin ainoastaan kahdella koeteräksellä induktiokuumennuksella. Raekoossa esiintyy enemmän hajontaa poikkileikkauksessa induktiokuumennuksen kuin uunikuumennuksen jälkeen. Martensiitin määrä joko pysyy samana, kasvaa tai laskee induktiokuumennuksen jälkeen. Induktion käyttöönotto lämpökäsittelyihin vaatii lisää kokeita. Työssä käytetyt parametrit eivät ole optimaalisia kaikille teräksille. Uunissa tehty nuorrutus on sopivampi menetelmä tällä hetkellä kuin induktiolla tehty nuorrutus. Kahden koeteräksen lämpökäsittely uunissa vaatii kuitenkin muutoksia, jotta niillä täyttyisivät 10.9 lujuusluokan vaatimukset.
Koemateriaalina on viisi pulttiterästä, joista kaksi on booriteräksiä. Pulttiterästen nuorrutuksen karkaisuhehkutus tehdään kahdella eri tavalla: induktiolla ja uunissa. Sammutus on erilainen menetelmien välillä. Koeteräksiä vertaillaan vetokokeen, jominykokeen, Charpy-V iskukokeen, Vickersin kovuusmittauksen ja mikrorakennetarkastelujen tuloksien perusteella. Työn kirjallisuusselvitys koostuu teräksen valmistuksen perusteista, induktiokuumennuksesta, pulttiliitoksista ja teräksen lämpökäsittelyn perusteista. Lämpökäsittelyn perusteisiin kuuluvat austenitointi, austeniitin hajaantuminen, karkaisu ja karkenevuus.
Kolmella koeteräksellä täyttyvät lujuusluokan 10.9 vaatimukset induktiokuumennuksella. Lopuilla koeteräksillä esiintyy ongelmia kovuudessa ja sen hajonnassa tangon keskustassa. Lisäksi kaksi koeterästä, jotka ovat kuumennettu uunissa, eivät täytä lujuusluokan 10.9 vaatimuksia korkean lujuuden ja kovuuden vuoksi. Induktiokuumennuksen vaikutus iskusitkeyteen on epäjohdonmukainen koeterästen välillä. Iskusitkeys kasvaa ainoastaan yhdellä koeteräksellä kaikissa koelämpötiloissa. Muilla koeteräksillä iskusitkeys laskee ainakin yhdessä koelämpötilassa. Iskusitkeyden vaihtelua voidaan selittää muutoksilla lujuudessa, kovuudessa, martensiitin määrässä ja raekoossa.
Kirjallisuusselvityksen mukaan induktiokuumennuksen tulisi huomattavasti karkeuttaa raerakennetta. Keskimääräinen raekoko kasvaa kuitenkin ainoastaan kahdella koeteräksellä induktiokuumennuksella. Raekoossa esiintyy enemmän hajontaa poikkileikkauksessa induktiokuumennuksen kuin uunikuumennuksen jälkeen. Martensiitin määrä joko pysyy samana, kasvaa tai laskee induktiokuumennuksen jälkeen. Induktion käyttöönotto lämpökäsittelyihin vaatii lisää kokeita. Työssä käytetyt parametrit eivät ole optimaalisia kaikille teräksille. Uunissa tehty nuorrutus on sopivampi menetelmä tällä hetkellä kuin induktiolla tehty nuorrutus. Kahden koeteräksen lämpökäsittely uunissa vaatii kuitenkin muutoksia, jotta niillä täyttyisivät 10.9 lujuusluokan vaatimukset.