Rapid Quenching of Tempering Steels

Abstract

Työssä perehdyttiin nopean sammutuksen teknologiaan. Teoriaosassa esitettiin ensin niin sanottu perinteinen karkaisu, minkä jälkeen perehdyttiin intensiiviseen sammutukseen. Tarkoituksena oli tutkia voiko öljyyn karkaistavan runsaammin seostetun ja siten kalliimman 34CrNiMo6 -teräksen korvata niukemmin seostetulla 42CrMo4 -teräksellä sekä mitä hyötyä niukemmin seostetun teräksen jäähtymisnopeuden lisäämisellä on sen ominaisuuksiin. Tavoitekovuustasoksi valittiin 45 HRC. Toinen mielenkiinnon kohde oli selvittää keskeytetyllä karkaisulla saatavat hyödyt. Lisäksi numeerisen simuloinnin hyödyntämisen mahdollisuuksia selvitettiin.

Kokeellisessa osassa tutkittiin suolaveteen sammutettujen halkaisijaltaan 50...100 mm olevien teräskappaleiden kovuusjakaumat, iskusitkeys ja jäännösjännitystila. Lisäksi tarkasteltiin kappaleissa karkaisun aikana tapahtuvia mitta- ja muodonmuutoksia. Kokeissa käytettiin kahta erilaista sammutustapaa (keskeytetty ja kerralla kylmäksi). Sammutuksen keskeytys pyrittiin suorittamaan kappaleen keskustan lämpötilan ollessa 400 °C.

Intensiivisen sammutuksen alueelle ei päästä tutkituilla halkaisijoilla, kun sammutus suoritetaan kokeissa käytettyyn tavalliseen sammutusaltaaseen. Silti pintaan saadaan hyvä puristusjäännösjännitystila, jolla on edullinen vaikutus kappaleen kestävyyteen. Keskeytetyllä sammutuksella ei saatu muutoksia materiaaliominaisuuksiin. Syynä tähän on keskeytyksen liian myöhäinen ajankohta.

Tuloksista selvisi, että runsaammin seostettu ja siten kalliimpi öljysammutettava teräs 34CrNiMo6 voidaan korvata halvemmalla 42CrMo4 -teräksellä kovuuden perusteella ainakin halkaisijaan 80 mm saakka. Korvaaminen 100 mm asti onnistuu, mikäli käyttökohde on sellainen, että tavoitekovuudesta voidaan tinkiä kappaleen keskustassa. Kovuustasoa ei juurikaan saada parannettua, mutta kappaleiden jäännösjännitystila saadaan huomattavasti paremmaksi. Iskusitkeysarvot huononevat. Sammuttamalla niukemmin seostettu teräs öljyn sijasta suolaveteen, saadaan sen kovuustasoa nostettua ja jäännösjännitystilaa parannettua.

Saadut simuloinnin tulokset eivät vastaa mitattuja tuloksia. Syynä on todennäköisesti käytetyn materiaalidatan epätarkkuus.