Työstettävät materiaalit

Työstettävien materiaalien ja niiden ominaisuuksien tuntemus on oleellinen osa konepajojen, koneistamoiden ja koneistajien ammattitaitoa. Erilaisten materiaalien koneistus vaatii erityyppisiä työkaluja, työstömenetelmiä ja työstöarvoja, jotta saavutetaan haluttu lopputulos, joka täyttää työpiirustuksissa määritellyt vaatimukset. ISO (International Organization for Standardization) on luokitellut koneistettavat materiaalit eri materiaaliryhmiin.

ISO Materiaaliryhmät ja Esimerkit

ISO-standardit jakavat metallimateriaalit useisiin luokkiin niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella. Tässä ovat viisi keskeistä ISO-materiaaliryhmää ja niiden yleisimpiä esimerkkejä:

Teräkset (ISO P)

Pitää sisällään laajan valikoiman materiaaliryhmiä seostamattomasta runsasseosteiseen teräkseen, mukaan lukien ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset. Työstettävyys vaihtelee materiaalin kovuuden ja muiden mekaanisten ominaisuuksien mukaan.

• Rakenneteräs (S235 & S355): Yleisesti käytetty rakenneteräs, joka on helppo koneistaa. Käytetään laajasti rakenteellisissa sovelluksissa.
• Seosteräs (42CrMo4): Karkaistavissa oleva seosteräs, joka vaatii usein erityisiä työstöarvoja ja -työkaluja.
• Hiiliteräs (C45): Keskikova hiiliteräs, joka on yleinen komponenttien valmistuksessa ja tarjoaa hyvän työstettävyys- ja kulutuskestävyystasapainon.

Ruostumattomat Teräkset (ISO M)

Ruostumattomat teräkset: Materiaaleja, joihin on seostettu vähintään 12 % kromia. Muina seosaineina voi olla nikkeli ja molybdeeni. Erilaiset olosuhteet, kuten ferriittiset, martensiittiset, austeniittiset ja austeniittis-ferriittiset (dupleksit), luovat laajan valikoiman materiaaleja. Yhteistä kaikille näille materiaaleille on suuri lämpökuorma, lovikuluma ja irtosärmän muodostuminen.

• Austeniittiset Ruostumattomat Teräkset (AISI 304 & AISI 316): Näitä teräksiä käytetään laajalti elintarvike- ja lääketeollisuudessa niiden korroosionkestävyyden vuoksi.
• Duplex-Teräkset (2205): Yhdistää austeniittisten ja ferriittisten terästen ominaisuudet, tarjoten korkean lujuuden ja korroosionkestävyyden.
• Rikkipitoinen Ruostumaton Teräs (303): Sisältää rikkiä paremman työstettävyyden saavuttamiseksi.

Valurauta (ISO K)

Toisin kuin teräs, valurauta on lyhytlastuinen materiaali. Harmaavaluraudat (GCI) ja takorautavaluraudat (MCI) ovat melko helppoja työstää, kun taas nodulaariset valuraudat (NCI), kompaktivaluraudat (CGI) ja austenoinut valuraudat (ADI) ovat vaikeampia. Kaikki valuraudat kuluttavat teräsärmää huomattavan paljon.

• Harmaa valu (GG25): Käytetään laajalti koneenosissa ja laitteissa. Hyvän työstettävyyden ja iskusitkeyden lisäksi se tarjoaa myös hyvän vaimennuksen.
• Pallografiittivalurauta (GGG40): Korkeampi lujuus kuin harmaavalulla, käytetään esimerkiksi moottorilohkoissa ja hammaspyörissä.

Ei-rautametallit (ISO N)

Pehmeämpiä metalleja, kuten alumiini, kupari ja messinki. Alumiini, jonka Si-pitoisuus on 13 %, on erittäin kuluttavaa. Teräväsärmäisillä työkaluilla voidaan yleensä käyttää isoja lastuamisnopeuksia ilman merkittäviä vaikutuksia kestoiässä.

• Alumiiniseokset (Al6061 & Al7075): Yleisesti käytettyjä ilmailu- ja autoteollisuudessa niiden kevyen painon ja hyvän työstettävyyden vuoksi.
• Kupariseokset (CuDn): Käytetään laajalti sähkökomponenteissa hyvän sähkönjohtavuuden takia.
• Titaaniseokset (Ti-6Al-4V): Vaativat erityisiä työstöarvoja ja -menetelmiä, käytetään esimerkiksi ilmailussa ja lääketeollisuudessa.

Superseokset ja Lämpöä Kestävät Seokset (ISO S)

Sisältävät suuren määrän runsasseosteisia rauta-, nikkeli-, koboltti- ja titaanipohjaisia materiaaleja. Ne ovat tahmeita, muodostavat irtosärmää, kovettuvat työstön aikana (työstökarkeneminen) ja tuottavat suuren lämpökuorman. Ne ovat hyvin samanlaisia kuin ISO M -materiaalit, mutta niitä on paljon vaikeampi työstää ja terän kestoaika on lyhyempi.

• Nikkeliseokset (Inconel 718 & Hastelloy C276): Käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä kemianteollisuudessa korkean lämpötilankeston ja korroosionkestävyyden vuoksi.
• Kobolttiseokset (Stellite 6B): Käytetään kulutusta kestävissä osissa, kuten venttiileissä ja kulutusosissa korkean kovuutensa ja kulutuskestävyytensä vuoksi.

Karkaistut Teräkset (ISO H)

Karkaistut teräkset: Sisältävät teräksiä, joiden kovuus on 45–65 HRC, sekä jäähdytettyä valurautaa (400–600 HB). Kovuus tekee näistä vaikeasti työstettäviä, ja koneistuksen aikana muodostuu paljon lämpöä ja terän kuluma on huomattavan suurta.

• Karkaistut Teräkset: Tähän ryhmään kuuluu teräksiä, joiden kovuus vaihtelee välillä 45–65 HRC, sekä kokillivalurautoja, joiden kovuus on noin 400–600 HB. Kovuus tekee näiden materiaalien koneistuksesta hankalaa. Lastuamisen aikana kehittyy lämpöä, ja aineet kuluttavat teräsärmää erittäin abrasiivisesti.

Komposiitit ja Muut ISO-standardissa määrittelemättömät materiaalit (O)

Komposiitit ja ei-metalliset materiaalit: ISO-standardissa määrittelemättömät materiaalit, kuten kestomuovit, kertamuovit, lasikuitu- ja hiilikuituvahvisteiset muovit (GFRP ja CFRP), hiilikuitukomposiitit, aramidikuituvahvisteinen muovi, kova kumi, sekä tekninen grafiitti. Komposiittien käyttö yleistyy monilla aloilla, etenkin ilmailuteollisuudessa.

MIKSI TULISI TIETÄÄ TYÖKAPPALEEN ISO MATERIAALIRYHMÄ?

Työkappaleiden materiaalien työstettävyys vaikuttaa voimakkaasti koneistuksen kannattavuuteen. Työkalujen ja työstöolosuhteiden väärä valinta kustannusarvion aikana voi johtaa kustannuseroon ja mahdollisiin taloudellisiin menetyksiin yrityksellesi.

Tietämällä työkappaleen materiaaliryhmän, koneistaja voi valita oikeat työkalut ja työstöolosuhteet, mikä parantaa tehokkuutta ja vähentää kustannuksia. Tämä on avainasemassa kannattavuuden ja asiakastyytyväisyyden saavuttamisessa.

Yhteenveto

ISO-materiaaliryhmien tuntemus ja kyky valita oikeat työstömenetelmät ja työkalut eri materiaalien käsittelyyn on keskeinen osaavuuden alue konepajoissa, koneistamoissa ja koneistajien työssä. Ymmärtämällä eri materiaalien erityispiirteet ja koneistusvaatimukset on mahdollista varmistaa, että valmistettavat komponentit täyttävät niiden tekniset ja laadulliset vaatimukset. Oikea materiaalien hallinta ja työstöstrategioiden valinta parantavat tuotannon tehokkuutta ja lopputuloksen laatua, mikä on elintärkeää kilpailukykyisyyden ja asiakastyytyväisyyden saavuttamiseksi.