Tuki Konepajasanasto ISO K

ISO K

ISO K -materiaaliryhmä koostuu pääasiassa valuraudoista, jotka ovat metalleja, joissa raudan lisäksi on viittä tärkeää seosaineita: hiiltä (C), piitä (Si), mangaania (Mn), fosforia (P) ja rikkiä (S). Näistä hiilellä, piillä ja mangaanilla on eniten vaikutusta valuraudan vetolujuuteen (UTS) ja Brinell-kovuuteen (HB). Korkeampi hiilen ja piin pitoisuus johtaa yleensä korkeampiin UTS- ja HB-arvoihin. Valuraudoilla on teräkseen verrattuna heikompi lujuus ja sitkeys, mutta ne tarjoavat monissa sovelluksissa merkittäviä etuja kuten edullisuuden, hyvät vaimennusominaisuudet ja kulutuskestävyyden.

Miksi K-materiaaleilla on merkitystä?

Valuraudat tarjoavat monia etuja verrattuna muihin metalliseoksiin. Niiden pieni kustannus suurissa sarjoissa, mahdollisuus valmistaa monimutkaisia muotoja ja erinomaiset vaimennusominaisuudet tekevät niistä erittäin suosittuja erilaisissa teollisissa sovelluksissa. Valuraudat tunnetaan myös hyvästä kulutuskestävyydestä, mikä tekee niistä erittäin sopivia komponentteihin, jotka altistuvat kulumiselle ja korroosiolle.

K-materiaaliryhmän erityispiirteet

Valuraudat voidaan jakaa alaryhmiin niiden mikrorakenteen ja grafiittimuodon perusteella:

Mikrorakenne ja grafiittimuoto:

  • Lamellirakenne (suomugrafiitti): Suomugrafiittirakenne tekee harmaasta valuraudasta erinomaisen koneistettavan ja antaa sille hyvät värähtelyjen vaimennusominaisuudet.
  • Vermikulaari (kompakti): Kompakti grafiittirakenne tarjoaa paremman lujuuden ja sitkeyden verrattuna lamellirakenteeseen, mutta hieman heikompaa koneistettavuutta.
  • Nodulaarinen (pallografiitti): Pallografiittirakenne (pallografiittivalurauta) tarjoaa parhaan mekaanisen lujuuden ja sitkeyden, mutta on vaikeampi koneistaa kuin suomugrafiittivalurauta.

Matriisityyppi:

Austeniittinen: Parempi sitkeys ja korroosionkestävyys.

Martensiittinen: Kova ja kulutusta kestävä.

Adusoitu: Hyvä sitkeys, lujuus ja koneistettavuus.

Esimerkkejä ISO K -materiaaliryhmän yleisimmistä valuraudoista

Harmaa valurauta (GCI):

  • Ominaisuudet: Hyvä koneistettavuus, erinomaiset vaimennusominaisuudet, kohtuullinen lujuus.
  • Käyttökohteet: Moottorilohkot, koneen rungot, jarrulevyt.

Pallografiittivalurauta (NCI):

  • Ominaisuudet: Korkea lujuus ja sitkeys, erinomainen kulutuskestävyys, kohtuullinen koneistettavuus.
  • Käyttökohteet: Sylinterilohkot, vaihteistokotelot, hammaspyörät.

Kovettunut austemperoitu valurauta (ADI):

  • Ominaisuudet: Erinomainen lujuus ja sitkeys, hyvä kulutuskestävyys, vaikeampi koneistaa.
  • Käyttökohteet: Koneen osat, akselit, laakerit.

Toimialasegmentit ja komponenttien sovellukset

Valuraudat ISO K -materiaaliryhmänä tarjoavat laajan valikoiman sovelluksia, erityisesti sen erinomaisen valettavuuden, muodonmuutoskestävyyden ja kulutuskestävyyden ansiosta. Tässä joitakin keskeisiä toimialasegmenttejä ja esimerkkejä sovelluksista:

Autoteollisuus

Sovellukset:

  • Sylinterilohkot: Hyvä lämpöjohtavuus ja kulutuskestävyys.
  • Sylinterikannet: Korroosionkestävyys ja hyvä koneistettavuus.
  • Vaihteistokotelot: Erinomainen kulutuskestävyys ja mekaaninen lujuus.

Koneenrakennus

Sovellukset:

  • Koneen rungot ja osat: Hyvä kulutuskestävyys ja värähtelyjen vaimennus.
  • Työstökoneiden osat: Hyvä koneistettavuus ja mittapysyvyys.
  • Jarrulevyt: Hyvä kulutuskestävyys ja lämmönkestävyys.

Moottoriteollisuus

Sovellukset:

  • Sylinterilohkot: Hyvä kulutuskestävyys ja lujuus.
  • Sylinterikannet: Lämpökestävyys ja korroosionkestävyys.

Muita toimialasegmenttejä:

  • Putkisto- ja vesijärjestelmät
  • Putket ja liitäntäosat: Korroosionkestävyys ja muodonmuutoskestävyys.

Meriteollisuus

  • Merimoottorit ja pumpun osat: Korroosionkestävyys ja koneistettavuus.

Koneistettavuus ja hitsattavuus

Koneistettavuus: Valuraudat ovat tunnettuja hyvästä koneistettavuudestaan, erityisesti harmaa valurauta suomugrafiitillaan mahdollistaa erinomaisen lastuttavuuden. Pallografiittivaluraudat ja austemperoidut valuraudat vaativat enemmän huomiota koneistusparametreihin ja työkaluihin.

Hitsattavuus: Valuraudat ovat yleensä huonosti hitsattavia verrattuna teräksiin. Hitsattavuus voi parantua seosaineiden ja esikuumennuksen avulla. Esimerkiksi pallografiittivaluraudan hitsattavuus on parempi kuin harmaan valuraudan.

Vinkit ISO K -materiaalien työstöön

  • Suuret tribologiset kuormitukset: Suuret tribologiset kuormitukset ovat tärkein huolenaiheesi (johtaen viiste- ja kuoppakulumaan). Käytä kestäviä työkaluja vähentämään kulutusta.
  • Sopivat lastuamissyvyydet ja syötöt: Käytä suuria lastuamissyvyyksiä ja syöttöjä parhaan työstön tehokkuuden ja työkalun keston saavuttamiseksi.
  • Tasapainoinen lastuamisnopeus: Tasapainota lastuamisnopeus siten, että työkalun käyttöikä ja prosessin taloudelliset vaikutukset ovat optimaaliset.
  • Erityisten kovametallilaatujen käyttö: Käytä paksuja ja kulutusta kestäviä kovametallilaatuja (massatuotantoon PCBN-terämateriaalit voisivat olla paras valintasi). Kääntöterät ilman lastunmurtajaa on perusvalinta.
  • Jäähdytys: Kuiva koneistus on mahdollista, mutta emulsiojäähdytystä tulisi käyttää terveydellisistä syistä (grafiittipöly).

Materiaalin Pääominaisuudet

Valuraudat ovat Fe-C (rauta-hiili) -seoksia, joissa on suhteellisen runsaasti piitä (1-3 % Si). Niiden hiilipitoisuus on yleensä yli 2 %. Kromi (Cr), molybdeeni (Mo) ja vanadiini (V) muodostavat karbideja, jotka lisäävät raudan lujuutta ja kovuutta mutta heikentävät sen lastuttavuutta.

Valuraudat jakautuvat viiteen päätyyppiin:

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

Yleinen Lastuttavuus

Valuraudat ovat lyhytlastuisia, ja niiden lastunhallinta on useimmissa olosuhteissa hyvä. Ominaislastuamisvoima on 790–1350 N/mm. Suuret lastuamisnopeudet aiheuttavat abrasiivista kulumista, eritoten raudoissa, joissa on hiekkasulkeumia. Pallografiitti- ja tylppägrafiittirautojen sekä austemperoitujen lajien mekaaniset ominaisuudet sekä niiden sisältämä grafiitti vaativat erityishuomiota verrattuna tavalliseen harmaarautaan. Valurautoja koneistetaan usein ilman lastuamisnestettä, mutta märkäkoneistuskin on mahdollista lähinnä hiili- ja rautapölyn hillitsemiseksi.

Kovuuden Vaikutus

Kovuuden vaikutus valurautojen lastuttavuuteen seuraa yleisiä lainalaisuuksia. Esimerkiksi austemperoitujen rautojen (ADI), tylppägrafiittirautojen ja pallografiittirautojen kovuus voi olla maksimissaan 300-400 HB. Adusoitujen lajien ja harmaaraudan kovuus on yleensä 200–250 HB. Valkoisen valuraudan kovuus voi olla yli 500 HB, jolloin hiili ei esiinny vapaana vaan muodostaen sementtiä (Fe3C). Valkoiset raudat ovat erittäin abrasiivisia ja vaikeasti lastuttavia.

Tyypit ja niiden Lastuttavuus

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

  • Määritelmä: Adusoitu valurauta valmistetaan valkoisen raudan kaltaisesta rakenteesta lämpökäsittelyllä, jolloin syntyy ferriittistä, perliitistä ja temperhiilestä koostuva rakenne. Harmaa valurauta sisältää grafiittia suomuina.
  • Yleisimpiä työkappaleita: Adusoidusta valuraudasta – akselilaakerit, telapyörät, putkitarvikkeet; Harmaasta valuraudasta – moottorilohkot, kompressorit.
  • Lastuttavuus: Molempien murtolujuus on hyvä, ja lastuttavuus on erittäin hyvä erityisesti harmaalla valuraudalla.

Pallografiittivalurauta K 3.1–3.5:

  • Määritelmä: Pallografiitti valurauta sisältää pallomaisia grafiittisulkeumia, jotka parantavat lujuusominaisuuksia ja sitkeyttä.
  • Yleisimpiä työkappaleita: Kampiakselit, tandem-akselit, turboahtimien kotelot.
  • Lastuttavuus: Voimakas taipumus irtosärmänmuodostukseen, erityisesti pehmeissä lakoissa. Kovemmissa lakoissa todennäköisempää on abrasiivinen kuluminen.

Tylppägrafiittivalurauta K 4.1–4.2:

  • Määritelmä: Tylppägrafiittirauta, jolla on hyvät lujuus- ja keveysominaisuudet ja kohtalainen hyvä lastuttavuus. Absorboi vähemmän moottorin värinöitä kuin harmaa ja pallografiittirauta.
  • Yleisimpiä työkappaleita: Moottoreiden valmistus, sylinterikannet, jarrulevyt.
  • Lastuttavuus: Lastuttavuusominaisuudet ovat harmaan raudan ja pallografiittiraudan väliltä. Käytä sopivia terägeometrioita parhaan tuloksen saavuttamiseksi.

Austemperoitu pallografiittivalurauta K 5.1–5.3:

  • Määritelmä: Austemperoitu rauta on lämpökäsitelty korkean lujuuden, sitkeyden ja väsymislujuuden saavuttamiseksi.
  • Yleisimpiä työkappaleita: Autoteollisuus – jousitus- ja voimansiirto-osat.
  • Lastuttavuus: Terän kestoikä on lyhyempi verrattuna pallografiittirautaan. Muokkauslujittuminen synnyttää suuria lastuamisvoimia.

Yhteenveto

ISO K -materiaaliryhmään kuuluvat valuraudat ovat laajalti käytettyjä monien käyttöetujensa vuoksi. Ne tarjoavat edullisen hinnan, hyvän kulutuskestävyyden ja erinomaisen värähtelyjen vaimennuksen, mikä tekee niistä suosittuja erilaisissa teollisissa sovelluksissa. Keskeisiä käyttökohteita ovat moottorilohkot, koneen rungot, jarrulevyt ja putkistot. Koneistajien ja konepajojen on tärkeää tuntea näiden materiaalien erityispiirteet ja koneistusvaatimukset optimaalisen suorituskyvyn ja korkealaatuisen lopputuloksen saavuttamiseksi. Valurautojen koneistus edellyttää oikeiden työkalujen ja työstöarvojen käyttöä onnistuneen lopputuloksen takaamiseksi.