ISO S

ISO S -materiaaliryhmä sisältää kuumalujat superseokset ja titaaniseokset, joita käytetään laajalti haastavissa teollisuuden sovelluksissa niiden korkean lujuuden, korroosionkestävyyden ja lämpötilankestävyyden ansiosta. Näihin ryhmiin kuuluvat runsaasti seostetut rauta-, nikkeli-, koboltti- ja titaanipohjaiset materiaalit. Näiden materiaalien erityispiirteitä ovat tahmeus, irtosärmän muodostuminen, työstökarkeneminen ja suuri lämmönkehitys työstön aikana.

Miksi S-materiaaleilla on merkitystä?

ISO S -materiaalien käyttö on kasvanut huomattavasti erityisesti ilmailu-, avaruus- ja energia-alalla niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta. Superseokset ja titaani tarjoavat merkittävää etua sovelluksissa, jotka vaativat korkeaa kuumalujuutta, erinomaista korroosion- ja virumiskestävyyttä sekä huomattavaa lujuus-painosuhdetta. Titaanilla on erityisesti hyvä lujuus-painosuhde ja korkea murtolujuus, tehden siitä suositun valinnan esimerkiksi ilmailuteollisuudessa.

Kuumalujat Superseokset ja Titaani

ISO S -materiaalit jakautuvat kahteen pääryhmään:

• Kuumalujat superseokset: Näihin kuuluvat nikkelipohjaiset, rautapohjaiset ja kobolttipohjaiset seokset.
• Titaaniseokset: Kaupallisesti puhdas titaani sekä alfa-, lähes alfa-, alfa+beta- ja beta-seokset.

Kuumalujat Superseokset

Kuumalujat superseokset jaetaan lastuttavuuden kannalta kolmeen pääryhmään: nikkelipohjaiset, rautapohjaiset ja kobolttipohjaiset seokset. Superseokset ovat tunnettuja korkeasta korroosionkestävyydestään ja lujuudestaan korkeissa lämpötiloissa, jopa 1000 °C saakka.

• Nikkelipohjaiset seokset: Näitä käytetään laajasti lentokonemoottoreiden komponenteissa. Esimerkkejä: Inconel 718, Waspalloy, Udimet 720, Inconel 625.
• Rautapohjaiset seokset: Austeniittisista ruostumattomista teräksistä kehitettyjä, heikointa kuumalujuutta omaavia seoksia. Esimerkkejä: Inconel 909, Greek Ascolloy, A286.
• Kobolttipohjaiset seokset: Parhaan kuumalujuuden ja korroosionkeston omaavia seoksia. Käytetään erityisesti lääketieteellisissä sovelluksissa. Esimerkkejä: Haynes 25, Stellite 21, Stellite 31.

Titaaniseokset

Titaaniseokset voidaan jakaa neljään pääryhmään rakenteen ja seostuksen perusteella:

• Kaupallisesti puhdas titaani: Hyvä korroosionkestävyys ja kohtalainen lujuus.
• Alfa-seokset: Seosaineina Al, O ja/tai N, tarjoten hyvän korroosionkestävyyden.
• Beta-seokset: Seosaineina mm. mo, Fe, V, Cr ja/tai Mn, jotka lisäävät lujuutta.
• Kaksifaasiseos (α+β): Yleisin seostyyppi, esimerkiksi Ti-6Al-4V, joka on tunnettu hyvästä lujuus-painosuhteestaan.

Esimerkkejä ISO S -materiaaliryhmän yleisimmistä materiaaleista

Inconel 718 (nikkelipohjainen superseos):

• Ominaisuudet: Korkea lujuus, erinomainen korroosionkestävyys ja kuumalujuus.
• Käyttökohteet: Lentokonemoottorit, kaasuturbiinit.

Haynes 25 (kobolttipohjainen superseos):

• Ominaisuudet: Erinomainen kuumalujuus ja korroosionkestävyys.
• Käyttökohteet: Lääketieteet sovellukset, moottorikomponentit.

Ti-6Al-4V (titaaniseos):

• Ominaisuudet: Erinomainen lujuus-painosuhde, hyvä korroosionkestävyys.
• Käyttökohteet: Ilmailuteollisuus, implantit, urheiluvälineet.

Koneistettavuus ja Hitsattavuus

Koneistettavuus: Superseosten ja titaaniseosten koneistettavuus vaihtelee huomattavasti seoskoostumuksen ja lämpökäsittelyn mukaan. Nikkelipohjaiset superseokset (esim. Inconel 718) ovat erittäin vaikeita koneistaa ja vaativat erityishuomiota työkalujen kulumiseen ja jäähdytykseen. Titaanin koneistettavuus on heikko, koska sen alhainen lämmönjohtavuus aiheuttaa korkeita lämpötiloja teräsärmässä.
Hitsattavuus: Titaanit ja jotkut superseokset, kuten Inconel 625, ovat hyvin hitsattavia, mikä tekee niistä sopivia kriittisiin rakenteellisiin sovelluksiin. Hitsauksessa on kuitenkin huomioitava materiaalien mahdollinen taipumus halkeiluun ja muodonmuutoksiin.

Vinkit ISO S -materiaalien työstöön

• Lämpökuorma ja pintojen hilseily: Suurin huolenaihe on erittäin suuri lämpökuorma ja kovien pintojen hilseily, mikä johtaa monimutkaiseen viiste- ja kuoppakulutukseen sekä lovikulumiseen.
• Sopiva lastuamissyvyys ja syöttö: Käytä suurta lastuamissyvyyttä ja keskisuurta tai suurta syöttöä. Lastuamisnopeus on tärkeää tasapainottaa työkalun käyttöiän ja prosessin taloudellisten vaikutusten välillä.
• Työkalut: Käytä sopivia kovametallilaatuja ja positiivisia, vahvoja lastuamisgeometrioita. Emulsiojäähdytystä (8 %–15 %) suositellaan jäähdytykseen.
• Korkeapaine-emulsio: Titaaniseosten koneistuksessa suositellaan korkeapaine-emulsion käyttöä alhaisen lämmönjohtavuuden vuoksi.

Toimialasegmentit ja Komponenttien Sovellukset

ISO S -materiaaliryhmään kuuluvia materiaaleja käytetään seuraavissa sovelluksissa:

• Ilmailu- ja avaruusteollisuus: Lentokonemoottorit, turbiinit, suihkumoottorit, moottorin kiinnikkeet, laskutelineet.
• Öljy- ja kaasuteollisuus: Korkean korroosionkesto ja kuumalujuus.
• Lääketiede: Implantit, polvi-, lonkka- ja hammasproteesit.
• Energiasektori: Höyry- ja kaasuturbiinit, lämmönvaihtimet.
• Urheilu- ja vapaa-ajanvälineet: Korkean suorituskyvyn komponentit ja välineet.

Yhteenveto

ISO S -materiaaliryhmään kuuluvat kuumalujat superseokset ja titaaniseokset ovat arvokkaita niiden tarjoamien erinomaisen kuumalujuuden, korroosionkestävyyden ja lujuus-painosuhteen ansiosta. Näiden materiaalien käyttö on kriittistä erityisesti ilmailu-, öljy- ja kaasuteollisuuden sekä lääketieteen sovelluksissa. Koneistajille ja konepajoille on oleellista ymmärtää näiden materiaalien erityispiirteet ja työstövaatimukset, jotta saavutetaan optimoitu koneistusprosessi ja korkealaatuinen lopputulos. Nämä ominaisuudet tekevät ISO S -materiaaleista ihanteellisen valinnan sovelluksiin, joissa lujuus, kestävyys ja tehokkuus ovat välttämättömiä.