Työkaluteräksen lämpökäsittely

Abstract

Työkaluteräkset ovat korkeahiilisiä seostettuja teräksiä, jotka soveltuvat muun muassa leikkaaviin työkaluihin. Erityisesti jauhemetallurgiset työkaluteräkset soveltuvat käytettäväksi moniin vaativiin käyttökohteisiin, kuten esimerkiksi hammaslääketieteellisiin instrumentteihin. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten parodontologisissa käsi-instrumenteissa käytettävän pikateräksen ominaisuuksia voidaan parantaa lämpökäsittelyparametreja muuttamalla. Lämpökäsittelyjen onnistumisia arvioitiin erilaisilla mekaanisilla kokeilla, ja mikrorakenteen muutoksia tutkittiin sekä tietokonesimulaatioilla että kokeellisilla tutkimusmenetelmillä, kuten pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja röntgendiffraktiolla. Lopuksi tuloksia verrattiin mahdollisiin vaihtoehtoisiin jauhemetallurgisiin työkaluteräksiin.

Työssä havaittiin, että matalahko, noin 1100 °C:n karkaisulämpötila, noin parin minuutin pitoaika ja kolminkertainen päästö noin 550 °C:n lämpötilassa mahdollistavat tarkasteltavan Si-Mn-Cr-Mo-V-W-Co seostetun pikateräksen taipumislujuuden ja kulumiskestävyyden kasvattamisen ilman kovuuden sekä puristus- ja vetolujuuden merkittävää laskua. Mikrorakennetarkasteluissa havaittiin sopivien lämpökäsittely-parametrien valinnan synnyttävän teräkseen paljon pienikokoisia karbideja, ja riittävän korkean päästölämpötilan käyttämisen vähentävän merkittävästi karkaisussa syntyneen jäännösausteniitin määrää. Samalla havaittiin, ettei vakuumikarkaisulla voida merkittävästi parantaa tutkittavan pikateräksen ominaisuuksia. Vaihtoehtoisia materiaaleja verratessa havaittiin, että vähemmän seosaineita sisältävät Si-Mn-Cr-Mo-V-W-Co seostettu kylmätyöteräs ja Cr-Mo-V-W seostettu pikateräs soveltuvat mekaanisten kokeiden perusteella erinomaisesti korvaaviksi materiaaleiksi. Mikäli instrumentilta edellytetään erityisesti suurta taipumislujuutta ja sitkeyttä, on materiaalin vaihtaminen tulevaisuudessa todennäköisesti kannattavaa instrumentin ominaisuuksien kehittämiseksi.