Hiiliteräs

Mikä on hiiliteräs?

Hiiliteräs on seostamaton teräs, joka koostuu pääasiassa raudasta ja hiilestä. Hiiliteräksen hiilipitoisuus vaihtelee yleensä välillä 0,05 - 1,7 %. Jos hiilipitoisuus ylittää 1,7 %, materiaalista tulee valurautaa. Hiilen määrä vaikuttaa merkittävästi teräksen ominaisuuksiin, kuten vetolujuuteen, sitkeyteen ja muovattavuuteen. Hiiliteräs on tärkeä materiaali konepajoille ja koneistajille sen tarjoamien monipuolisten ominaisuuksien vuoksi.

Hiiliteräksen ominaisuudet ja mikrorakenteet

Hiiliteräksessä voi esiintyä erilaisia mikrorakenteita, joista kukin tarjoaa omat erityiset ominaisuutensa. Näitä mikrorakenteita ovat muun muassa martensiitti, austeniitti, ferriitti, sementiitti, bainiitti ja perliitti. Koneistusprosessissa näiden rakenteiden ymmärtäminen ja hyödyntäminen on avain optimaalisten tulosten saavuttamiseen.

• Ferritti: Pehmeää, sitkeää ja muovautuvaa. Vähemmän lujaa, mutta erittäin helposti koneistettavaa.
• Sementiitti: Erittäin kovaa ja haurasta. Harvemmin haluttu mikrorakenne koneistuksessa.
• Perliitti: Yhdistää ferriitin ja sementiitin ominaisuuksia, mikä tekee siitä vetolujuudeltaan hyvän ja sitkeän.
• Austeniitti: Pehmeä ja sitkeä, mutta voi lujittua muokattaessa. Sopii hyvin kylmämuokkaukseen.
• Martensiitti: Erittäin kovaa ja lujaa, mutta hauraampaa. Parantaa leikkuukestävyyttä mutta voi kuluttaa työkalut nopeasti.
• Bainiitti: Kohtalaisen kovaa, lujaa ja sitkeää. Hyvä kompromissi kulutuskestävyyden ja sitkeyden välillä.

Hiiliteräksen lämpökäsittelyt

Lämpökäsittelyllä voidaan muuttaa hiiliteräksen mikrorakennetta ja parantaa sen koneistettavuutta ja muita ominaisuuksia. Tärkeimpiä lämpökäsittelyjä ovat:

• Karkaisu: Parantaa teräksen kovuutta ja vetolujuutta muuttamalla sen mikrorakennetta martensiittiseksi.
• Normalisointi: Pyrkii yhtenäistämään teräksen mikrorakenteen, mikä parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia.
• Pehmeäksihehkutus: Vähentää kovuutta ja parantaa koneistettavuutta.
• Jännityksenpoistohehkutus: Vähentää sisäisiä jännityksiä erityisesti hitsauksen tai kylmämuokkauksen jälkeen.
• Rekristallisaatio: Palauttaa kylmämuokkauksessa syntyneen rakenteen ja parantaa sitkeyttä ja muovattavuutta.

Hiiliteräksen tyypit ja niiden koneistettavuus

Hiiliteräkset jaetaan kolmeen pääluokkaan niiden hiilipitoisuuden mukaan, ja jokaisella luokalla on omat erityiset ominaisuutensa koneistamisen kannalta:

• Matalahiiliset teräkset (alle 0,25 % hiiltä): Pehmeitä ja muodonmuutoskykyisiä. Erittäin hyvin hitsattavia ja koneistettavia. Käytetään esimerkiksi koneen rungon osissa ja muissa kohdissa, joissa korostetaan sitkeyttä ja muovattavuutta.
• Keskihiiliset teräkset (0,25 - 0,6 % hiiltä): Lujempia kuin matalahiiliset teräkset. Hyvä kompromissi lujuuden ja sitkeyden välillä. Käytetään esimerkiksi akselien, hammaspyörien ja muiden kulutuskestäviä ja lujuutta vaativien osien valmistuksessa.
• Runsashiiliset teräkset (0,6 - 1,4 % hiiltä): Erittäin kovia ja lujia, mutta myös hauraampia. Käytetään työkaluissa, leikkureissa ja muissa kovuutta ja kulutuskestävyyttä vaativissa osissa.

Käyttökohteet konepajoissa

Hiiliteräkset ovat laajalti käytössä konepajoissa monien niiden tarjoamien etujen vuoksi:

• Työkalujen ja terien valmistus: Hiiliteräkset soveltuvat hyvin poranterien, viilojen, sahanterien ja muiden työkalujen valmistukseen niiden erinomaisen kovuuden ja leikkauskyvyn ansiosta.
• Rungon ja rakenteiden osat: Matalahiilisiä teräksiä käytetään usein koneiden runkorakenteissa niiden hyvän muovattavuuden ja hitsattavuuden vuoksi.
• Paistinpannut ja keittiövälineet: Runsashiilisillä teräksillä on korkea kovuus ja kulutuskestävyys, mikä tekee niistä ihanteellisia keittiövälineissä.

Yhteenveto

Hiiliteräs on perinteinen ja monipuolinen materiaali, jota käyttävät laajasti konepajat ja koneistajat eri sovelluksissa. Hiilen määrä vaikuttaa merkittävästi teräksen ominaisuuksiin, ja erilaiset mikrorakenteet sekä lämpökäsittelyt mahdollistavat erilaisten loppukäyttösovellusten tarpeet. Hiiliteräkset tarjoavat hyvän lujuuden, koneistettavuuden ja muokattavuuden, mikä tekee niistä keskeisen materiaalin koneistusprosesseissa ja lopputuotteiden valmistuksessa.