Karkaisu

Karkaisu on lämpökäsittelyprosessi, jonka tavoitteena on lisätä teräksen kovuutta ja lujuutta. Tämä saavutetaan kuumentamalla terästä tiettyyn lämpötilaan (austenitisointilämpötila) ja sen jälkeen jäähdyttämällä se nopeasti. Tämä prosessi aiheuttaa teräksen mikrorakenteen muuttumisen, mikä lisää materiaalin kovuutta. Karkaisu on olennainen vaihe monien konepaja- ja teollisuusosien valmistuksessa, koska se parantaa kappaleiden kulutuskestävyyttä ja käyttöikää.

Karkaisumenetelmät

• Öljykarkaisu: Öljykarkaisussa kappale kuumennetaan tarvittavaan lämpötilaan ja jäähdytetään nopeasti öljyssä. Öljykarkaisu vähentää kappaleen halkeilun ja vääntymisen riskiä verrattuna esimerkiksi vesikarkaisuun.
• Vesikarkaisu: Kappale kuumennetaan ja jäähdytetään nopeasti vedessä, mikä tuottaa erittäin kovan pinnan, mutta lisää samalla halkeilun ja muodonmuutosten riskiä.
• Ilmakarkaisu: Ilmakarkaisussa kappaleet kuumennetaan ja annetaan jäähtyä ilmassa. Tämä tarjoaa tasaisemman jäähdytyksen ja vähentää halkeiluriskejä tietyillä teräksillä.
• Suolakylpykarkaisu: Suolakylpyjä käytetään tasaisen jäähdytyksen saavuttamiseksi, mikä vähentää vääntymistä ja halkeilua. Tämä menetelmä soveltuu erityisen hyvin monimutkaisten muotojen ja suurten kappaleiden karkaisuun.
• Induktiokarkaisu: Induktiokarkaisu on pintakarkaisuprosessi, jossa kappale kuumennetaan nopeasti vaihtuvan magneettikentän avulla ja sen jälkeen jäähdytetään nopeasti. Tämä menetelmä soveltuu erityisesti raskaille kuormille altistuville komponenteille.
• Pintakarkaisu: Pintakarkaisussa saavutetaan suuri pintakovuus säilyttäen ytimen hyvä sitkeys. Pintakarkaisuilla, kuten hiiletyskarkaisulla, typetyksellä ja induktiokarkaisulla, saavutetaan myös väsymislujuutta parantava puristusjännitys kappaleen pintaan.

Yleiset karkaistavat materiaalit

Nuorrutusteräkset

Nuorrutusteräkset ovat seosteräksiä, joiden hiilipitoisuus on tavallisesti 0,25–0,55 %. Näitä teräksiä käytetään kappaleissa, jotka vaativat suurta lujuutta ja sitkeyttä:

• 42CrMo4: Erittäin kestävä seosteräs, joka soveltuu hyvin suurille kuormituksille altistuviin rakenteisiin ja komponentteihin, kuten koneiden akselit ja hammaspyörät.
• 34CrNiMo6: Käytetään suurelle mekaaniselle rasitukselle alttiiden osien valmistuksessa, kuten vetoakseleissa ja voimanvälityskomponenteissa.

Hiiletysteräkset

Hiiletysteräkset ovat teräksiä, joiden hiilipitoisuus on tavallisesti yli 0,6 %, ja ne soveltuvat hyvin karkaisuun ja päästöön:

• C45: Yksi yleisimmistä karkaisuun soveltuvista hiiliteräksistä, jota käytetään laajalti koneenosissa ja akseleissa.
• C60: Hiiliteräs, joka tarjoaa paremman kulutuskestävyyden korkeammalla hiilipitoisuudellaan. Käytetään erityisesti väsymislujuutta vaativissa kohteissa.

Muottiteräkset

Muottiteräkset ovat seosteräksiä, jotka on suunniteltu erityisesti muottien ja työkalujen valmistukseen:

• 1.2311 (P20): Laajalti käytetty muottiteräs, joka tarjoaa hyvän työstettävyyden ja karkaistavuuden, soveltuen erityisesti muovimuottien valmistukseen.
• 1.2343 (H11): Korkean lämpötilan muottiteräs, joka kestää äärimmäisiä lämpötiloja ja lämpöshokkeja, soveltuen kuumamuottien ja painevalumuottien valmistukseen.

Karkaistavat ruostumattomat teräkset

Ruostumattomat teräkset, kuten martensiittiset ruostumattomat teräkset, voidaan karkaista saavuttaakseen korkean kovuuden ja hyvän korroosionkeston:

• X46Cr13 (1.4034): Martensiittinen ruostumaton teräs, joka karkaistuna tarjoaa hyvän kulutuskestävyyden ja korroosionkeston. Käytetään yleisesti leikkausvälineissä ja kirurgisissa instrumenteissa.
• X30Cr13 (1.4028): Tarjoaa hyvän kulumis- ja korroosionkestävyyden, käytetään tyypillisesti veitsissä ja muissa leikkaavissa työkaluissa.

Karkaistavat valuraudat

Valuraudat, erityisesti tietyt seosvaluraudat, voidaan karkaista parantamaan niiden mekaanisia ominaisuuksia:

• GJS-500-7 (Nodulaarivalurauta): Nodulaarivalurautaa, jossa on sisällytettyjä palloja parantamaan lujuutta ja sitkeyttä. Soveltuu erinomaisesti voimansiirto-osille ja raskaaseen kuormitukseen joutuville komponenteille.
• GJL-250 (Harmaa valurauta): Harmaa valu, jota voidaan karkaista kulutuskestävyyden parantamiseksi. Käytetään usein moottorin osissa ja muissa kulutuksen alaisissa komponenteissa.

Karkaistun teräksen koneistus

Karkaistun teräksen koneistus on haastavaa sen korkean kovuuden vuoksi. Koneistuksessa käytettäviä työkaluja ovat muun muassa:

CBN-terälaadut (kuutioboorinitridi): CBN-työkalut on suunniteltu erityisesti kovien materiaalien, kuten karkaistun teräksen, koneistamiseen. Ne tarjoavat erinomaisen kulutuskestävyyden ja lämpösietokyvyn.

Koneistajan huomioitavat seikat ennen karkaisua

Ennen karkaisua koneistajan on huomioitava useita tärkeitä tekijöitä varmistaakseen, että lopputuote täyttää vaaditut tarkkuus- ja laatuvaatimukset:

• Mittamuutokset: Karkaisuprosessin aikana kappaleen mittasuhteet voivat muuttua lämpölaajenemisen ja kutistumisen vuoksi. Näitä muutoksia tulee ennakoida tarkasti, erityisesti kriittisten mittatarkkuuksien osalta.
• Työvarat: Esikoneistuksessa on jätettävä riittävästi työvaraa seuraavia karkaisun jälkeisiä koneistusvaiheita varten. Tämä voi sisältää ylimääräisen materiaalin jättämisen hiontaa varten, jotta karkaisun aiheuttamat mahdolliset epätasaisuudet voidaan poistaa.
• Muodonmuutokset: Pitkien ja ohuiden kappaleiden karkaisu saattaa aiheuttaa vääntymistä ja muodonmuutoksia. Näitä voidaan kontrolloida käyttämällä asianmukaisia jigejä ja tukirakenteita karkaisun aikana.

Päästö

Karkaisuprosessin jälkeen suoritetaan yleensä päästö, jossa karkaistua rakennetta hehkutetaan alhaisemmassa lämpötilassa (150 ºC – 650 ºC). Tämän prosessin tarkoituksena on poistaa sammutuksen aiheuttamaa haurautta ja jännitteitä sekä parantaa materiaalin sitkeyttä. Päästö mahdollistaa halutun kovuus/sitkeys-suhteen saavuttamisen, mikä tekee komponentista pitkäikäisemmän ja kestävämmän.

Yhteenveto

Karkaisu on keskeinen lämpökäsittelyprosessi konepajateollisuudessa, joka parantaa teräksen mekaanisia ominaisuuksia kuten kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Karkaisumenetelmiä on useita, mukaan lukien öljy-, vesi-, ilma- ja suolakylpykarkaisu, sekä erikoismenetelmiä kuten induktiokarkaisu ja pintakarkaisu. Yleisiä karkaistavia materiaaleja ovat nuorrutusteräkset, hiiletysteräkset, muottiteräkset, karkaistavat ruostumattomat teräkset ja karkaistavat valuraudat. Koneistajan on otettava huomioon mittamuutokset ja työvarat ennen karkaisua varmistaakseen lopputuotteen tarkkuuden ja laadun. Päästöprosessin avulla vähennetään sammutuksen jälkeisiä jännitteitä ja parannetaan materiaalin kestävyyttä ja sitkeyttä.