pn jalkikasittely hi - valuatlasvaluatlas.fi/tietomat/docs/pn_jalkikasittely_i.pdf · - valuatlas...

http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Jälkikäsittelytekniikka

28.3.2010 - Pekka Niemi – Lämpökäsittely - 1

I. Lämpökäsittely Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

Kuva 284. Lämpökäsittelyhehkutus tapahtunut, uunin ovi aukaistu

I.1 Miksi?

Valukappaleita lämpökäsitellään seuraavista syistä:

− poistetaan ei-toivottuja mikrorakenteita

− jotta rakenne homogenisoitusi

− lämpökäsittely yleensä parantaa aineen ominaisuuksia

− vaaditut standardin mukaiset materiaaliset ominaisuudet täyttyisivät

− saadaan toivottu rakenne

− asiakas vaatii.



I.2 Lämpökäsittelymenetelmiä

Erilaisille materiaaleille suoritetaan lämpökäsittelyjä erilaisiin tarpeisiin em. syistä johtuen. Näihin

tarpeisiin on käytettävissä monia käsittelymenetelmiä, jotka ovat hyvinkin materiaalikohtaisia.

Yleisesti valumateriaaleista lämpökäsittelyjä tehdään

− kaikille valuteräksille

− joillekin valuraudoille

− kevytmetallivaluista useammille tekniseen käyttöön (alumiiniseoksille, pl. silumiinit, sekä

joillekin magnesiumseoksille)

− sinkkiseoksille lähinnä vain haluttaessa stabiloida hiukan korotettua käyttölämpötilaa

varten.

Seuraavassa lämpökäsittelymenetelmiä materiaalikohtaisesti

I.2.1 Yleisimpiä lämpökäsittelymenetelmiä

Yleisimpiä valuterästen lämpökäsittelymenetelmiä ovat

− normalisointi

− nuorrutus

− karkaisu ja päästö

− pehmeäksi hehkutus

− jännityksenpoistohehkutus.

Lisäksi tehdään teräkselle seuraavia lämpökäsittelyjä:

− hiiletyskarkaisu (yleinen lämpökäsittely, mutta ei valukappaleille)

− typetys

− erkautuskarkaisu (erityisesti sitä varten seostetuille teräslajeille)

− bainiittikarkaisu

− kaksifaasiteräs (martensiittia ja ferriitti, → varsin luja teräs)

− alikrittinen karkaisu austeniitti + ferriittialueelta, jolloin tuloksena austeniittinen ja duplex -

ruostumaton teräs

− liuotushehkutus ja sammutus tai nopeutettu jäähdytys (esim. mangaaniteräkset).



I.2.2 Yleisimmät valurautojen lämpökäsittelyt

− Jännitysten poistohehkutus

− ferritointi, ferriperlitointi ja perlitointi (lähinnä pallografiittiraudoille);

− näistä pyritään eroon tavoittelemalla suoraan valusta haluttua mikrorakennetta ns.

valutilaisena as-cast -tilassa)

− pehmeäksihehkutus

− nuorrutus

− austemperointi (pallografiittiraudalle)

− liekki- ja induktiokarkaisu.

I.2.4 Kevytmetallivalujen lämpökäsittely

− Homogenisointi eli tasaushehkutus

− pehmeäksihehkutus

− jännitystenpoistohehkutus

− stabilointihehkutus

− erkautuskarkaisu.

I.3 Valuterästen lämpökäsittely

Lämpökäsittely on yhdistelmä kuumennus- ja jäähdytysvaiheita, joiden tarkoituksena on antaa

sille tietyt ominaisuudet. Metallien, esim. terästen (raudan, hiilen ja muita seosaineiden),

ominaisuuksia voidaan muuttaa asetettujen vaatimusten mukaisesti

Esim. terästen lämpökäsiteltävyys perustuu rakenteessa tapahtuviin allotrooppisiin (mikrorakenne

ja faasien) eli kiderakenne muutoksiin kuumennuksen ja erityisesti jäähdytyksen tarkalla säädöllä.

Hehkutusmenetelmillä parannetaan muiden käsittelyjen yhteydessä muodostuneita epäedullisia

ja ei-toivottuja raerakenteita ja jännitystiloja tai tuotetaan myöhempien lämpökäsittelyjen

edellyttämä lähtötila.

Hehkutusmenetelmissä kappale kuumennetaan

hehkutuskäsittelyn vaatimaan käsittelylämpötilaan

ennalta määrätyksi ajaksi, jonka jälkeen kappale

jäähdytetään hallitusti.

Kuva 285. Hehkutusmenetelmien lämpötila/aikaohjelmat



Hehkutusmenetelmissä ensisijaisena

tarkoituksena ei ole kiderakenteen

muuttaminen, vaan rakenteen

tasaaminen, raekoon tai

seosaineiden liuottaminen tasaisesti

jakautuneeksi tai epätoivottujen

faasien liuottaminen (siis

homogenisointi, normalisointi,

pehmeneminen tms.).

Kuva 286. Rauta-hiiliolotilapiirros

Karkaisumenetelmien tavoitteena on vaikuttaa lujuuteen ja muihin ominaisuuksiin, jotka eivät ole

saavutettavissa hehkutusmenetelmillä. Karkaisumenetelmien seurauksena esimerkiksi teräksen

kiderakenne muuttuu.

Hehkutusmenetelmät eroavat

karkaisumenetelmistä siten, että

hehkutuksen jälkeen valukappaleet ovat

tasarakenteisempia, pehmeämpiä ja/tai ne

ovat helpommin koneistettavia.

Kuva 287. Pintakarkaisumenetelmien

lämpötila/aikaohjelmat

Hiilipitoisuuden perusteella teräkset voidaan jakaa niukkahiilisiin, keskihiilisiin ja runsashiilisiin

teräksiin. Hiilipitoisuus vaikuttaa hitsattavuuteen.

Teräsvalukappaleita voidaan korjata hitsaamalla, ja tämä tuo myös lämpökäsittelytarpeita.

Terästen hitsattavuus riippuu niiden hiilipitoisuudesta. Suuri karkenevuus ja korkea hiilipitoisuus

tekevät yleensä hitsaamisesta vaativamman ja hitsattavan kappaleen vaurioitumisen

todennäköisemmäksi.



Niukkahiiliset teräkset (0,05–0,25 % C) ovat hyvin hitsattavia, kun hiilipitoisuus on alle 0,25 %

ohuilla kappaleilla ja paksuilla alle 0,2 %. Hyvä hitsattavuus on halvan hinnan ohella edellytys

teräksen yleiskäyttöisyydelle. Siksi seostamattomia niukkahiilisiä teräksiä valmistetaankin yli

puolet kaikista valuteräksistä. Niukkahiilisiä teräksiä käytetään yleensä normalisoituina.

Keskihiiliset teräkset (0,25–0,60 % C) sopivat nuorrutettaviksi, koska karkaisussa ja

nuorrutuksessa tapahtuva lujittuminen ja kovuuden kasvu nimenomaan edellyttävät riittävää

hiilipitoisuutta. Kun terästen hiilipitoisuus nousee keskihiilisten terästen alueen alarajalta 0,25 %

C sen ylärajalle 0,60 % C, lisääntyy taipumus halkeiluun valussa ja hitsauksessa.

Kuumahalkeilun osalta tämä johtuu mm. puuroalueen leventymisestä 40 ºC:sta 80 ºC:een.

Kylmähalkeilun (eli vetyhalkeilun) osalta tämä on seurausta karkenevuuden ja martensiitin

kovuuden kasvusta.

Runsashiilisiä teräksiä (0,60–2,10 % C) käytetään karkaistuina työkaluteräksinä. Valuteräksinä

runsashiilisiä teräksiä esiintyy kulumiskestävyyttä vaativissa kappaleissa. Näiden terästen

puuroalue on laaja ja taipumus kuumarepeämiin suuri. Lisäksi ne ovat valun jälkeen hauraita ja

vaikeita käsitellä.

I.3.1 Austenointi

Austenointi suoritetaan aina karkaisussa, nuorrutuksessa ja normalisoinnissa. Kuitenkin

austenointikäsittely voidaan tehdä teräkselle omana lämpökäsittelytapahtumanaan.

Suoritus:

Teräksen kuumentaminen lämpötilaan, jossa sen rakenne on kokonaan tai osittain austeniittista

(materiaalista riippuen n. 1000 °C ).

Alieutektoidiset teräkset 25 -60 °C A3:n yläpuolella

Ylieutektoidiset teräkset 60 °C A1:n yläpuolella

(Yllämainitut seokset austeniittia ja sementiittiä)

Kuva 288. Austeniittinen seostamaton teräs, taonnan

jälkeen austenoitu 1050 °C, sammutettu veteen



I.3.2 Normalisointi

Terästen tapauksessa normalisoinnilla tarkoitetaan mikrorakenteen ja erityisesti raerakenteen

tasaamista ja hienontamista. Normalisointi onkin varsin yleinen lämpökäsittely. Niukkahiilisiä ja -

seosteisia teräksiä käytetään yleensä juuri normalisoituina.

Valun jälkeen teräskappaleen kiderakenne voi olla epätasainen ja rakeet suuria. Tämä alentaa

sitkeyttä ja tekee teräksestä tarpeettoman hauraan.

Normalisointi on lämpökäsittely, jolla valunjälkeinen suuri ja epäsäännöllinen raekoko saadaan

pienemmäksi ja säännölliseksi. Myös suurehkojen hitsausten jälkeen on syytä suorittaa

normalisointi.

Normalisointi parantaa teräksen lujuus- ja sitkeysominaisuuksia. Normalisoinnin jälkeen on

teräksille yleensä suoritettava myöstöhehkutus.

Normalisointi edeltää usein karkaisua (nopeuttaa austenitoitumista ja homogenisoi austeniittista

rakennetta). Rakenne kuumennetaan austeniittiselle kiderakennealueelle.

Kuva 289. Normalointiprosessi



Normalisoinnin tarkoituksena on sitkeyden lisääminen ja mekaanisten ominaisuuksien

tasaaminen hienontamalla ja tasaamalla raerakennetta. Tämä tapahtuu kuumentamalla teräs

austeniittialueelle n. 30–50 °C A3-rajan yläpuolelle. Lyhyen pitoajan (1 tunti seinämäpaksuuden

yhtä tuumaa kohden) jälkeen kappaleen annetaan jäähtyä vapaasti ilmassa. Normalisoinnin

tuloksena syntyy sitkeä hienojakoinen ferriittis-perliittinen rakenne.

I. 3.2.1 Normalisoinnin suoritus

Lujuutta heikentävät epäsäännölliset kiderakenteet, kuten pylväskiteet, voidaan hävittää

alieutektoidisilla teräksillä 25–50 °C A3:n yläpuolella

Austeniitin rakeenkasvun vuoksi hehkutusajat eivät saa olla liian pitkiä

Annetaan jäähtyä huoneenlämpötilaan, jolloin rakenteeksi tulee ferriittiä perliittipohjalle.

Ylieutektoidisia * teräksiä ei yleensä normalisoida.

Teräksen lämpökäsittely esim.:

− lastaus n. max 200 ºC, kuumennus min. 60 – max. 150 ºC/h, hehkutus n. 800 ºC,

hehkutusaika min. 0,5–3 h, jäähdytys ilmaan

− nostonopeus riippuu kappaleen koosta ja seinämän vahvuudesta

− jos jäähdytys nopea, saattaa tulla jännityksiä

− pito riittää, kun muodostunut austeniittia tai jos rakenteessa on epäpuhtauksia, ne on saatu

liuotetuksi.

Loppurakenne, joka on ferriittiä ja perliittiä ja joissakin tapauksissa myös bainiittia, on sitä

hienorakenteisempi mitä nopeampi kuumennus ja jäähtyminen muutosalueella tapahtuvat.

Kuumennettaessa on otettavaa huomioon, että myös kappaleen keskiosan on saavutettava

austenoimislämpötila.

Kuva 290. Mikrorakennekuva



Kuva 291. Normalointiprosessi

Ferriittis-perliittisessä teräksessä ferriitin ja perliitin osuudet määräytyvät ensisijassa seostuksen

(hiilipitoisuuden mukaan).

Valurautojen yhteydessä ferriitin ja perliitin

osuudet määräytyvät monimutkaisemmin

austenitoinnin ja jäähtymisnopeuden mukaan, ja

valuraudan normalisoinnilla tarkoitetaankin

käytännössä nimenomaan perlitointia eli matriisin

normalisointia täysin perliittiseksi.

Ylieutektoidisilla teräksillä (joille tehdään harvoin

normalisointia) kuumennuslämpötila on A1- ja Acm -

rajojen välillä.

Kuva 292. Ferriitti (vaalea) ja perliitti (tumma)

I.3.3 Karkaisu

Karkaisu- ja päästökäsittelyllä lisätään teräksen lujuutta, kovuutta ja kulumiskestävyyttä sekä

optimoidaan lujuuden ja sitkeyden suhdetta.

Synnytetään kova martensiittinen mikrorakenne, jonka sitkeyttä parannetaan karkaisua

seuraavalla päästökäsittelyllä



Karkaisun ansiosta voidaan käyttää ohuempia rakenteita,

jolloin kappaleen massa pienenee, mutta mekaaninen

kestävyys pysyy samana.

Karkaisussa teräs kuumennetaan austeniittialueelle (750–

950 °C) ja jäähdytetään nopeasti eli sammutetaan veteen,

öljyyn tai ilmaan tai suojakaasuun tai tyhjössä. Nopean

jäähdytyksen tuloksena teräksen kidemuoto muuttuu

martensiitiksi, joka on kovaa ja haurasta.

Kuva 293. Martensiittinen rakenne

Kuva 294. Rautahiilitasapainopiirros

Syntyneen martensiitin kovuus riippuu teräksen hiilipitoisuudesta. Sen kovuus kasvaa teräksen

0,7 %:n hiilipitoisuuteen asti. Teräksen karkenevuutta tai karkenemissyvyyttä voidaan parantaa

seostuksen avulla. Voimakkaimmin teräksen karkenevuutta lisäävät boori, vanadiini, alumiini,

mangaani, kromi ja molybdeeni ja erityisesti vanadiini ja niobi.

(Tavallisissa seostamattomissa ja niukkaseosteisissa teräksissä karkenevuutta arvioidaan

hiiliekvivalenttiluvulla, joka lasketaan teräksen koostumuksen perusteella yleisimmin seuraavasti:

CE (eli CEV) = C% + Mn%/6 + (Cr% + Mo% + V%)/5 + (Cu% + Ni%)/15.)



Synnytetään martensiittinen tila

austeniitin (erittäin sitkeä, alhainen lujuus ja kovuus) hajaantuminen perliitti- ja bainiittireaktiolla

voidaan estää jäähdyttämällä austeniitti nopeasti lämpötilaan, jossa diffuusio (aineen siirtyminen

atomien pitkän etäisyyden liikkeenä) ei ole mahdollinen.

Teräksen seostuksella on voimakas merkitys myös valittaessa karkaisulämpötilaa,

sammutusainetta ja päästölämpötilaa. Hehkutuslämpötilaan vaikuttaa myös oleellisesti teräksen

hiilipitoisuus – käytettävä lämpötila laskee hiilipitoisuuden lisääntyessä. Vaadittavaa

hehkutuslämpötilaa nostavat mm. kromi, nikkeli ja molybdeeni.

Perliittireaktio alkaa sementiittiytimen syntyessä austeniitin raerajalle, ja tietyn lämpötilan

saavutettuaan se jatkaa kasvuaan rakeeseen.

Kuva 295. Ferriittilamelli kasvaa pituutta ja leveyttä hylkien hiiltä ja synnyttäen uuden sementiittilamellin

Sementtilamelli imee hiiltä ympäröivästä austeniitista, joka hiilestä köyhdyttyään helposti muuttuu

ferriitiksi (kuva A).

Se kasvaa pituutta ja leveyttä työntäen hiiltä ja synnyttää uuden sementiittilamellin (kuva B).

Kuva 296. Sementtilamelli imee hiiltä ympäröivästä austeniitista, joka hiilestä köyhdyttyään helposti

muuttuu ferriitiksi



Kuvaus: ferriitin ja sementiitin lamellinen faasiseos

Ominaispiirre: suhteellisen luja ja sitkeä. Kulumiskestävämpi ja lujempi kuin ferriitti mutta ei kuin

martensiitti. Liuottaa korkeissa lämpötiloissa hiiltä

Tyypillinen ulkonäkö hieessä: tummahko, ”raidallinen”

Bainiittireaktio

− syntyy ferriittiä ja sementiittiä sisältävä rakenne (viereinen kuva)

− ytimenä austeniittirakeen rajalle syntynyt ferriitti

− ensimmäinen mekanismi: ferriitti kasvaessaan työntää hiilen austeniittiin, jolloin syntyy

pieniä sementiittierkaumia → yläbainiitti, teknisesti vähemmän edullinen koska erkaumat

bainiittisäleiden välissä → hauras

− toinen mekanismi: sementiitti syntyy jo muodostuneessa bainiittisäleessä, siis säleen

sisään → alabainiitti → luja

− rakenne karbidisulkeumia ferriittipohjalla.

Kuva 297. Ferriittiä ja sementiittiä sisältävä rakenne

Kuva 298. Alabainiittirakenne karbidisulkeumia bainiittiferriitissä

Bainiitti

Kuvaus: Neulas- ja sulkamainen ferriittivaltainen faasiseos

Ominaispiirteitä: Luja ja sitkeähkö. Suhteellisen kova ja kulumista kestävä

Tyypillinen ulkonäkö hieessä: tummahko, sulka- tai neulamainen rakenne



Bainitointi: austenointihehkutus, sammutetaan n. 300–350 °C:ssa olevaan suolakylpyyn

I.3.4 Päästö

Päästö seuraa aina tavallista karkaisua.

Sammutuksen jälkeen teräs on päästettävä eli kuumennettava uudelleen joko 150–250 °C:een tai

korkeammalle 550–650 °C:een, jonka jälkeen sen annetaan jäähtyä ilmassa huoneenlämpötilaan.

Tavoite: karkaisussa syntyneiden jännitysten laukaisu ja hauraan martensiittisen rakenteen

sitkeyden parantaminen kovuuden samanaikaisesti laskiessa.

Päästössä martensiitin kovuus alenee, mutta sitkeys paranee merkittävästi. Päästölämpötilaa

muuttamalla voidaan valita sopiva lujuuden ja sitkeyden yhdistelmä.

Mitä korkeampi päästölämpötila on, sitä alhaisempi kovuus ja parempi sitkeys.

Jos halutaan säilyttää karkaisussa saavutettu suuri lujuus ja siten kulumiskestävyys, päästetään

teräs n. 200 °C:ssa. Päästön avulla voidaan myös laskea kappaleeseen karkaisun yhteydessä

syntyneitä makrojännityksiä.

Kuva 399. Rauta-hiili-olotilapiirros



Työvaiheet

− Kuumennetaan teräs A1–rajan alapuolella.

Päästön vaiheet:

− 80 … 200 °C: martensiitti muuttuu tetragonisesta kuutiolliseksi, osa hiilestä poistuu hilasta

ja muodostaa є-karbidia, 25 % hiilestä jää martensiittiin. Kovuus säilyy lähes

muuttumattomana.

− 200…280 °C: teräksen pehmeneminen alkaa ilman olennaisia rakennemuutoksia.

− 280 … 400°C: є-karbidi muuttuu sementiitiksi käyttäen ferriitiksi muuttuvasta martensiitista

vapautuvaa hiiltä.

− kovuuden lasku jatkuu.

I.3.4.1 Sammutusväliaineet

Karkaisun jälkeen valukappale sammutetaan (jäähdytetään). Tämä täytyy suorittaa

lämpökäsittelystä riippuen nopeasti tai hitaasti. Apuna käytetään väliaineita, joiden avulla

sammutus suoritetaan. Tällaisia väliaineita ovat:

− vesi

− öljy

− polymeeri (vesi + muovi)

− suolasula (sulaa suolaa)

− kaasut.

I.3.4.2 Yleistä sammutusväliaineista

Vesi

− vanhin ja tehokas (halpa)

− liiankin tehokas (alussa liian vähän ja lopussa liiankin tehokas → halkeilu)

Öljy

− tasaisempi jäähtyminen (halkeilu riski)

− ensin hyvin, martensiittialueelle pehmeästi

− haittoina työhygienia ja paloturvallisuus (rajoittaa kapasiteettia).

− kappaleet pestävä käsittelyn jälkeen

− savunmuodostus ongelma

− öljyä ei saa päästää liian kuumaksi



− ei saa pitää kappaletta pinnalla → tulipalovaara

− on tahtiaika (kuinka paljon ja kuinka usein)

Polymeeri (vesi + muovi)

− hyvin säädettävissä

− haittana huono säilyvyys

− tehokas bakteerialusta ja hoitamistyötä

− Suolasula (nestemäistä suolaa)

− etappikarkaisut (bainitointi)

− halutaan tiettyyn tarkkaan lämpötilaan

− ei jäähdy sen alapuolelle

− jos suola lämmitetään, määriteltävä C etukäteen

− haittana suolan myrkyllisyys

Kaasut

− autoklaavi tyyppinen ja paras (paineastia tyyppinen, jossa väliaineena kaasu)

− helium huono → suolan tasolla

− suljettu astia

− kaasunpaine

− etuna hyvä säädettävyys

− haittoina huono teho ja kallis laitteisto

− ongelmana kova paine → työturvallisuusongelma.

I.3.5 Nuorrutus

Karkaisua ja sitä seuraavaa päästöä nimenomaan korkeassa lämpötilassa (550–700 °C)

sanotaan nuorrutukseksi. Nuorrutuksella saavutetaan niukkaseosteisilla teräksillä erinomaiset

lujuus- ja venymäarvoyhdistelmät, eli nuorrutusteräkset ovat lujia ja sitkeitä.

Nuorrutuksella tarkoitetaan lämpökäsittelyä, jossa teräs tai valurauta päästetään suhteellisen

korkeissa lämpötiloissa karkaisun jälkeen.

Normalisoinnin jälkeen → lujuus ja sitkeysarvot paranevat

Pyritään mahdollisimman hyvään lujuuden ja sitkeyden yhdistelmään. Nuorrutuksen

nimenomaisena tarkoituksena on tuottaa teräskomponenttiin erinomaiset lujuusominaisuuksien ja

sitkeyden yhdistelmät

Nuorrutuksella ei pyritä maksimikovuuteen, kuten yleensä karkaisulla ja päästöllä. Nuorrutus on

koneterästen tärkein lämpökäsittelymuoto. Sitä käytetään koneenosissa, hammaspyörissä, lujissa

pulteissa ja takomuoteissa.



Karkaisu ja sitä seuraavaa päästö melko korkeassa lämpötilassa (karkaisu n. 900°C ja päästö n.

550–700). Jos halutaan kovempaa materiaalia, matalampi päästölämpötila.

Tehdään etupäässä nuorrutusteräksille, mutta soveltuu myös martensiittisille ruostumattomille ja

rakenneteräksille. Saadaan erittäin luja, mutta varsin sitkeä materiaali (R0,2 = 600–1000 MPa,

Rm = 800–1400 MPa, A5 = 8–12 %)

Suoritus: Karkaisu

− Nosto A3:n yli (800–900 °C, nostonopeus 50–80 °C)

− pito (mm/min)

− sammutus veteen → jännityksiä

− päästö (heti sammutuksen jälkeen ja mahdollisimman nopeasti, koska voi esiintyä

halkeamia jopa 1 vrk jälkeen)

− nosto (600–700 °C), nostonopeus sama

− pito: tuuma ja tunti

− jäähdytys yleensä ilmaan.

− menettää lujuuttaan, kun käyttölämpötila ylittää päästölämpötilan

− jäämässä harmaiden valurautojen lämpökäsittelynä pois

− pallografiittivaluraudoilla saadaan hyvät lujuus- ja sitkeysominaisuudet

− pallografiittivalurautoja voidaan nuorruttaa

− kappaleiden tulee olla muodoltaan yksinkertaisia ja tasapaksuja (karkaisuhalkeamavaara)

− karkaisulämpötila n. 870 °C, lyhyen pitoajan jälkeen karkaistaan öljyyn

− päästö 400–600 °C.

Nuorrutukseen käytetään keskihiilisiä (0,25–0,6 % C) seostamattomia tai niukasti seostettuja

teräksiä, sillä karkenevuus ja martensiitin kovuus riippuvat hiilipitoisuudesta. Matalasta

hiilipitoisuudesta on hyötyä silloin, kun halutaan välttää hiilipitoisuuden kasvaessa lisääntyvää

haurautta sekä vetely- ja repeilytaipumusta karkaisun yhteydessä. Nuorrutukseen käytetään

yleisesti öljyyn karkenevia teräksiä.

Karkaistun teräksen kovuus säilyy vain tiettyyn lämpötilaan saakka, mikä asettaa karkaistulle

komponentille käyttölämpötilarajoituksia. Seostuksen avulla terästen päästönkestävyyttä voidaan

kuitenkin parantaa niin, että teräkset voidaan päästää tai niitä voidaan käyttää korkeammissa

lämpötiloissa kovuuden juurikaan heikentymättä, mutta sitkeyden parantuessa.

Karkaisussa kappaleen pinnan hapettuminen, hilseily ja hiilenkato on estettävä käyttämällä joko

suojakaasua tai tyhjöä uunissa. Liian korkea hehkutuslämpötila tai pitoaika aiheuttaa raekokoon

kasvua, jonka seurauksena teräksestä tulee haurasta.



I.3.6 Pehmeäksi hehkutus

Pehmeäksi hehkutuksen tarkoitus on saada koneistusta varten materiaali pehmeämmäksi eli

työstettävämmäksi.

Lämpökäsittely vie tavallisesti useita tunteja 690–720 °C:ssa, minkä

jälkeen kappaleet saavat jäähtyä ilmassa huoneenlämpötilaan.

Hehkutuksen seurauksena perliitin sementiittilamellit palloutuvat.

Ylieutektoidiset (”epäpuhtauskomponentteja” on enemmän kuin

eutektisessa seoksessa) teräkset käsitellään hiilipitoisuuden mukaan

740–800 °C:ssa 2–4 h, minkä jälkeen niiden annetaan jäähtyä uunissa

600°C:een ja sen jälkeen ilmassa huoneenlämpötilaan.

Kuva 300. Alieutektoidinen, seostamaton teräs, jäähtynyt ilmassa. Rakenne

ferriittiä (vaalea) ja perliittiä (tumma)

Kuva 301. Ylieutektoidinen seostamaton teräs. Rakenne perliittiä ja

raerajasementiittiä (valkoinen)

Pehmeäksihehkutuksella alennetaan valun kovuutta ja lujuutta

tavallisimmin työstön helpottamiseksi. Varsinkin yli 0,5 % hiiltä

sisältävien terästen normalisoitu rakenne on melko kovaa ja siten

vaikeasti työstettävää.

Pehmeäksihehkutuksessa perliitin sementiittilamellit "palloutetaan". Pehmeäksihehkutus voi

toimia myös lähtörakenteena karkaisua varten. Käsittelylämpötila riippuu hiilipitoisuudesta siten,

että alle 0,9 % hiiltä sisältävät teräkset kuumennetaan A1-lämpötilan alapuolelle (690–720 °C) ja

yli 0,9 % hiiltä sisältävät teräkset hieman yli em. lämpötilan (740–800 °C).

Alle 0,9 % hiiltä sisältävien terästen hehkutusaika on 10–20 tuntia, jonka jälkeen ne jäähdytetään

hitaasti huoneenlämpötilaan. Yli 0,9 % hiiltä sisältävien terästen hehkutus kestää alle 10 tuntia,

jonka jälkeen niiden annetaan ensiksi jäähtyä uunin mukana n. 600 °C:een ja sen jälkeen

vapaasti ilmassa.

I.3.7 Myöstö

Myöstön tarkoitus on pienentää valukappaleen sisäisiä jännityksiä aiheuttamatta

rakennemuutoksia. Myöstöllä eli jännitystenpoistohehkutuksella vähennetään valussa tai sitä



seuranneissa käsittelyissä aiheutuneita sisäisiä jännityksiä. Tällaisia jännitysten aiheuttajia ovat

mm. (epähomogeenisesti tapahtuvat):

− jähmettymistapahtuma

− jäähtymistapahtuma

− kuumenemistapahtuma (hitsaus, hiilikaaritalttaus, polttoleikkaus ym.)

− muokkaus ja työstötapahtuma

− ym. käsittelyt.

Jännitykset voivat aiheuttaa valukappaleessa poikkeamia sille vaadittuihin ominaisuuksiin

suoraan tai välillisesti.

Tällaisia jännityksistä aiheutuvia poikkeamia ovat mm.

− muodonmuutokset

− säröily

− repeämät

− lujuuden vähäinen laskeminen, etenkin korkeassa lämpötilassa tehtynä.

Jännityksen poistohehkutuksella pyritään:

− metallin lämpötilaa nostamalla alentamaan myötörajaa niin, että aine pystyy plastisen

muodon muutoksen avulla laukaisemaan jännityksen.

Sisäiset jännitykset lisäävät hauras- ja väsymismurtuman vaaraa sekä aiheuttavat

muodonmuutoksia ja vääristymistä jatkokäsittelyissä.

Jännitystenpoisto voidaan tehdä eri lämpötiloissa, jolloin jännitysten laukeaminen on sitä

täydellisempää, mitä korkeampi käsittelylämpötila.

Materiaalin myötölujuus laskee lämpötilan noustessa, ja jos jännityksiä ei enää synny uudestaan

hehkutusta seuraavan riittävän hitaan jäähtymisen aikana, jäljelle jääneiden jännitysten suuruus

määräytyy suoraan käsittelylämpötilan mukaan. Pitoajalla käsittelylämpötilassa on vähäisempi

merkitys.

Yleensä valukappale kuumennetaan n. 500–600 °C:een, jossa sitä pidetään 1 tunti

seinämäpaksuuden yhtä tuumaa (25,4 mm) kohti.

Tämän jälkeen kappaleiden annetaan jäähtyä uunissa tai ilmassa huoneenlämpötilaan. Tärkeää

on lämpötilan tasaantuminen kappaleessa ja siis suhteellisen hidas jäähtyminen. Se on

välttämätöntä uusien jäännösjännitysten välttämiseksi. Myöstö tehdään tavallisesti ilmauunissa,

jolloin valukappaleet hapettuvat jossain määrin pinnaltaan.



Myöstön suoritus:

− Teräksen myöstö 500–600 C°:ssa, noin tunti ainespaksuuden tuumaa kohti (tai 60–100

°C/tunti).

− kappale on lämmitettävä hitaasti uunin mukana hehkutuslämpötilaan.

− pito 1h/tunti.

− hehkutuksen jälkeen kappaleen annetaan jäähtyä hitaasti uunissa 530-350° asti, josta

ilmaan → varo päästöhaurautta.

Iskusitkeys alenee lähellä 300 °C:ta. Syynä voi olla austeniitin raerajoille kertyneiden

epäpuhtauksien aiheuttama sementiitin muodostus ja /tai sementiitin muodostuminen martensiitin

raerajoille.

I.4 Muut terästen hehkutukset

I.4.1. Pintakarkaisut

Pintakarkaisumenetelmät

Kun kappaleelta vaaditaan pinnan suurta kovuutta, hyvää kulumis- ja pintapaineenkestävyyttä ja

samanaikaisesti sitkeyttä, turvaudutaan usein pintakarkaisumenetelmiin. Tällaisia kappaleita ovat

mm. hammaspyörät ja -akselit. Pintakarkaisumenetelmissä karkaisuvaikutus rajoitetaan

pintakerrokseen joko siten, että vain pintakerros kuumennetaan ja sitten sammutetaan

esimerkiksi vesisuihkulla, tai siten, että materiaalin karkenevuus (so. seosaine- tai hiilipitoisuus)

on karkenemiseen riittävä vain kappaleen pintakerroksessa.

Pintakarkaisumenetelmien etuja ovat mahdollisuus osittaiseen karkaisuun ja pienet

mittamuutokset. Usein esimerkiksi väsymiskestävyyden tehokkaaseen lisäämiseen riittää, että

komponentin pintakerroksessa vaikuttaa karkenemisen aiheuttama puristusjännitys, samalla kun

komponentin sisäosissa halutaan säilyttää sitkeä lähtörakenne.

Pintakarkaisuun käytetään lähinnä nuorrutusteräksiä, joissa hiilipitoisuus on riittävän korkea, jotta

pinnasta myös tulee riittävän kova. Induktiokarkaisun etuja ovat sen nopeus, tarkka karkaisukohta

ja -syvyys sekä pienet sisäiset jännitykset. Menetelmän haittoihin kuluu säröilyvaara.



I.4.1.1 Hiiletyskarkaisu

Hiiletyskarkaisussa niukkahiilistä (0,1–0,25 % C) ja -seosteista terästä kuumennetaan (900–950

°C) hiiltä luovuttavassa väliaineessa useita tunteja, jolloin kappaleen pintaan (n. 2 mm syvyydelle)

absorboituu hiiltä.

Pinnan hiilipitoisuudessa pyritään 0,8 %:iin, jotta karkaisun seurauksena pinnasta tulisi riittävän

kova ja kulutusta (maksimikovuinen) kestävää.

Hiiltä luovuttavia väliaineita ovat mm. hiilivedyt (propaani ja metaani). Pinnan hiilipitoisuuteen ja

hiiletyskerroksen paksuuteen vaikutetaan karkaisu-uunin atmosfäärillä sekä säätämällä

lämpötilaa ja pitoaikaa. Pintahiilipitoisuus vaikuttaa saavutettavaan pintakovuuteen. Liian suuri

pintahiilipitoisuus alentaa pintakovuutta, koska siihen jää jäännösausteniittia. Pinnan kovuuteen

vaikuttavat lisäksi teräslaji, sammutusnopeus ja päästö. Karkaisusyvyys lasketaan kappaleen

pinnasta siihen etäisyyteen, missä kovuus on laskenut 550 HV (ko. kohdassa hiilipitoisuus on n.

0,3–0,4 %).

I.4.1.2 Typpihiiletys

Lämpökäsittelyssä lisätään hiiltä ja typpeä kaasussa tai suolakylvyssä pintakerrokseen hiiltä 0,7

% ja typpeä 0,2–0,3 %.

− Käsittelylämpötila 800–860 °C ja aika n. tunti.

− Pintakerroksen paksuus 0,2–0,5 mm.

− Typpi parantaa karkenevuutta.

− Hiiliteräs voidaan karkaista öljyyn.

Typpihiiletyskarkaisussa lisätään hiilen ohessa typpeä valukappaleen pintaan. Karkaisu

suoritetaan joko suolakylvyssä tai kaasuhiiletysuunissa 800–860 °C:een lämpötilassa. Sammutus

tapahtuu joko veteen tai öljyyn. Ohuille pintakerroksille ei tehdä yleensä päästöä.

Typetyslisääminen parantaa hiiliterästen karkenevuutta. Lisäksi valukappaleen pintaan syntyvät

nitridiyhdisteet parantavat pinnan liukuominaisuuksia. Saavutettava pintakovuus on yleisesti yli

800 HV.

I.4.1.3 Kaasuhiiletys

Hiiletystä kaasuhiiletyksenä käytetään paljon, koska menetelmä on hyvin hallittavissa ja se on

käyttökustannuksiltaan edullinen menetelmä (tosin laitteisto on kallis). Kappale esikuumennetaan



aluksi 400–500 °C:een, jonka jälkeen se siirretään varsinaiseen hiiletysuuniin. Ennen

sammutusta kappaleen lämpötila lasketaan 840 °C:een lämpöjännitysten ja mittamuutosten

pienentämiseksi. Sammutus tapahtuu joko veteen (seostamattomat teräkset), öljyyn (seostetut

teräkset) tai suolaliuokseen. Karkaisun jälkeen kappaleelle suoritetaan normaaliin tapaan päästö

noin 160–200 °C:ssa pari tuntia. Hiiletyskarkaisussa syntyy kova (715–760 HV) kulutusta kestävä

pintaosa sekä luja ja sitkeä sisäosa. Samalla pintaan syntyy puristusjännitys, joka parantaa

kappaleen väsymislujuutta.

Hiiletys voidaan suorittaa myös leijupatja-, alipaine- ja plasmahiiletyksenä. Leijupatjahiiletyksessä

kappaleita pidetään kaasuatmosfäärissä alumiinioksidijauheen ympäröiminä. Kappaleet

ripustetaan joko koukkuun tai koriin ja laitetaan leijupatjauunin keskelle. Leijupatjauuniin

puhalletaan huokoisen pohjan kautta ilman ja hiilivedyn seosta. Kappaleet hiilettyvät nopeasti

leijupatjan sekoitusvaikutuksen ansiosta. Hiiletyssyvyys jää alle 1 mm:iin. Hiiletyksen jälkeen

kappaleet sammutetaan suolaliuokseen tai etappikarkaisuna leijupatjaan ja lopuksi suoritetaan

päästö. Menetelmä sopii hyvin pienille kappaleille. Se on taloudellinen ja nopea menetelmä.

Leijupatjauunissa suoritettavan hiiletyksen haittoihin kuuluu sen epätarkka säätö, joka aiheuttaa

laatuvaihteluita.

I.4.1.4 Typetys

Typetys on lämpökäsittely, jossa kappaletta kuumennetaan typpeä luovuttavassa atmosfäärissä.

Typetyksessä pyritään muodostamaan kappaleen pinnalle rauta- ja seosainenitridejä 0,005–0,02

mm:n, ehkä jopa 0,5 mm:n syvyydelle. Kappaletta Hehkutetaan typpeä luovuttavassa kaasussa

alle 590 °C lämpötilassa

Typetyksessä syntyvä kerros muodostuu kahdesta eri kerroksesta: ulommasta ohuesta

yhdistekerroksesta ja sisemmästä paksummasta diffuusiokerroksesta. Typetyksessä muutoksia

tapahtuu ainoastaan vain aivan pinnassa. Typetyskäsittelyt suoritetaan valmiiksi koneistetuille

kappaleille. Ne kohdat, joita ei haluta typettää, suojamaalataan (mikä ei kuitenkaan onnistu

kylpytypetyksessä).

Typetyksen etuja ovat mm. kova ja kulutusta kestävä pinta, parantunut väsymislujuus ja

kiinnileikkautumistaipumuksen väheneminen.

Typetettyjen kappaleiden kovuus riippuu nitridejä muodostavien seosaineiden (esim. vanadiini)

pitoisuuksista teräksessä. Käytettävät lämpötilat ovat matalia, joten mittamuutokset ja

lämpöjännitykset ovat vähäisiä. Typetys ei varsinaisesti ole karkaisumenetelmä, vaikka usein

puhutaankin typetyskarkaisusta. Siksi typetettäväksi valitaan joko normalisoitu hiiliteräs tai

nuorrutusteräs tai erityisesti typetykseen tarkoitettu esim. alumiiniseostettu teräs.



Alumiiniseostetuilla nuorrutusteräksillä kappaleen pinnan kovuus voi nousta typetyksen jälkeen yli

1100 HV. Hiilitypetyksellä päästään yli 900 HV pintakovuuteen.

Kaasutypetyksessä kappaletta kuumennetaan (450–550 °C:ssa) typpeä luovuttavassa

(ammoniakki) uuniatmosfäärissä. Käsittelyajat ovat pitkiä (20–100 h). Kappaletta ei sammuteta

kuumennuksen jälkeen. Hiilitypetyksessä typpeä luovuttavan ammoniakin lisäksi uuniatmosfääriin

johdetaan hiiltä luovuttavaa kaasua. Menetelmässä käytetään korkeampaa lämpötilaa (570 °C),

jolloin käsittelyajat ovat lyhyempiä (2–6 tuntia). Typetys voidaan myös suorittaa kylpytypetyksenä.

Siinä kappale upotetaan 580 °C syanaattiliuokseen, jossa sen annetaan olla 1–3 tuntia. Käsittelyn

aikana pintaa absorboituu myös hiiltä. Sekä kylpytypetyksessä että hiilitypetyksessä saavutettava

yhdistekerros on hiilen vaikutuksesta sitkeämpää kuin kaasutypetyksessä. Kylpytypetyksen

jälkeen kappale sammutetaan joko veteen tai öljyyn.

I.4.1.5 Induktiokarkaisu

Induktiokarkaisu on menetelmä, jossa valukappale kuumennetaan kuparikelan (induktorin) kautta

kulkevalla vaihtovirralla austenointilämpötilaan.

− Jaksoluvulla voidaan säätää karkaisusyvyyttä.

− Pienentäminen suurentaa karkaisusyvyyttä.

− Yleensä 10 kHz virta, jolla syvyys 2–3 mm.

− Nopea toimenpide: 10–20 s.

− Kuumennuksen jälkeen sammutetaan vesisuihkulla.

− Päästö 150–200 °C.

− Soveltuu nuorrutetuille teräksille.

− Kovuus 50–60 HRC.

I.4.1.6 Liekkikarkaisu

− Kuumennetaan kaasuliekillä austeniittiseksi ja karkaistaan vesisuihkulla.

− Soveltuu samantyyppiset nuorrutusteräkset kuin induktiokarakuunkin.

− Karkaisusyvyys ei 2 mm:ä pienempi.

− Karkaisusyvyyttä merkitään tunnuksella DS.

− Induktiokarkaisua hitaampi.



I.4.1.7 Laserkarkaisu

− Kappaleen pinta tummennetaan oksidoimalla tai pintakäsittelyllä (koska kirkas pinta

heijastaa valosta jopa 90 %).

− Lasersäteellä (polttopiste alle 1 mm halkaisijaltaan).

− Kuumenee nopeasti (jopa sekunnissa austenointilämpötilaan).

− Ei tarvita jäähdytystä.

− Karkaisusyvyys pieni, jopa 0,02–2 mm.

− Parhaiten soveltuu nuorrutettu tai perliittinen rakenne.

− Kovuus: sisus 35–40 HRC, pinta 60 HRC.

I.4.1.8 Erkautuskarkaistavat teräkset (esim. maraging-teräkset ja suurlujuusteräkset) ja superseokset

Erkautuskarkaisussa materiaaliin muodostetaan paljon pieniä perusaineesta erottuvia

(erkautuneita) partikkeleita, jotka lujittavat rakennetta toimiessaan muodonmuutoksen

liukuesteinä.

Muodostumismekanismi on diffuusio eli ilmiö, jossa molekyylit (kiinteässä metallissa vain atomit)

pyrkivät siirtymään suuremman pitoisuuden alueella laimeampaan tasoittaen mahdolliset

pituuserot ajan mittaan.

Suoritus: Riippuu täysin seoksesta, mutta periaatteena on pitää terästä liuotushehkutuksen jälkeen tietyssä

lämpötilassa, jossa toivotut erkaumat alkavat muodostua.

I.4.1.9 Liuotushehkutus

Liuotushehkutus tarkoittaa käsittelyä, jonka tarkoitus on tasata seosaineiden jakautumista

mikrorakenteessa. Liuotushehkutus on yleensä joko "elvyttävä" käsittely tai esikäsittely muulle

lämpökäsittelylle. Liuotushehkutus voidaan tehdä mm. austeniittiselle ja valetulle

ruostumattomalle teräkselle esimerkiksi hitsauksen jälkeen, kun korroosionkestävyyttä parantavat

seosaineet ovat (muodostettuaan karbideja) köyhtyneet raerajojen tuntumassa. Tällä tavoin

korroosiolle herkistynyt ruostumaton teräs palautetaan normaalitilaan liuottamalla seosaineet

liuotushehkutuksella tasajakoisesti mikrorakenteeseen. Liuotushehkutusta käytetään myös

esimerkiksi erkautuskarkeneville seoksille (esim. AlMg-seokset) erkautuskäsittelyn ensimmäisenä

vaiheena.

Ilmauuneissa suoritettavissa hehkutuksissa teräksen pinnassa tapahtuu hapettumista ja usein

myös hiilenkatoa. Jos sitä ei voida sallia, on hehkutus suoritettava suojakaasussa tai tyhjössä



I.5 Valurautojen lämpökäsittelyt

Taloudellisesti edullisinta on tuottaa valukappale vaadittuja ominaisuusvaatimuksia vastaavaksi

valutilaisena - ilman lämpökäsittelyjä. Tähän usein pyritäänkin. Valurautojen mikrorakenne voi

olla kuitenkin valun jälkeen liian epähomogeeninen, ja se voi sisältää ei-toivottuja faaseja, sekä

valuissa on voimakkaitakin jäännösjännityksiä. Näiden ongelmien poistamiseen pyritään ennen

valua hyödyntämään oikein valittua seostusta, sulankäsittelyjä ja valutapaa, mutta valitettavan

usein on pakko hyödyntää valun jälkeistä lämpökäsittelyä.

Suomugrafiittivaluraudoilla lämpökäsittelyjä hyödynnetään mm. työstettävyyden parantamiseen,

jäännösjännitysten laukaisemiseen ja matriisin mikrorakenteen tasaamiseen.

Suomugrafiittivaluraudat ovat seinämäherkkiä, ts. niiden paikallinen grafiittirakenne on

jäähtymisnopeudesta ja siis valukappaleen paikallisesta muotoilusta ja seinämänvahvuudesta

riippuvainen. Lujuus pyritään yleensä määräämään jo valussa sopivalla alieutektisella

koostumuksella, ja tehokkaalla ymppäyksellä koetetaan taata hieno grafiittijakauma, johon ei

enää lämpökäsittelyin puututa.

Pallografiittivalurautojen lämpökäsittelyjen tarkoituksena on yleensä taata valokselle tietty

tasalaatuinen mikrorakenne, parantaa työstettävyyttä ja lujuusominaisuuksia ja/tai lisätä

kulumiskestävyyttä. Pallografiittivalurauta ei ole grafiittirakenteensa suhteen samalla tavalla

seinämäherkkä kuin suomugrafiittivalurauta, vaan pallografiittivaluraudan seinämäherkkyys on

pikemminkin juuri matriisin mikrorakenteen epähomogeenisuutta. Matriisin mikrorakenne (eli

ferriitti/perliittiosuudet) voi vaihdella seinämänvahvuuden mukaan. Hidas jäähtyminen suosii

ferriittiä grafiittipallojen välittömässä läheisyydessä. Hyvin hitaasti jäähtyneissä valuissa perliitti

(jos pääsee muodostumaan eli ei enää hajaannu kokonaan) ehtii myös pitkälti hajaantua valun

yhteydessä. Paksuissa, hitaasti jäähtyneissä seinämissä voi grafiitti toki olla

palloutumisasteeltaan puutteellista, mihin ei lämpökäsittelyillä voida vaikuttaa

I.5.1 Valurautojen lämpökäsittelymenetelmiä

Rautavaluille tehtäviä tavanomaisia lämpökäsittelyitä ovat myöstö eli jännitystenpoistohehkutus,

normalisointi (valuraudoilla vastaa käytännössä perlitointia), ferritointi, pehmeäksihehkutus sekä

austemperointi.

I.5.1.1 Jännitysten poistohehkutus eli myöstö

Eripaksuisten seinämien ja seinämien erilaisesta jäähtymisnopeudesta ja muotin tai keernan

kutistumista estävästä vaikutuksesta.



Myöstö tapahtuu yleensä 550–600 °C välisellä alueella. Voimakkaasti seostetuilla valuraudoilla

lämpötila voi olla yli 600. Pitoaika korkeimmassa lämpötilassa tulee olla 2–4 h, ja sillä

varmistetaan, että kappale on saavuttanut tavoitelämpötilan.

I.5.1.2 Ferritointi

Valuraudoille suoritettavia matriisin mikrorakenteen tasaamiseen tarkoitettuja hehkutuksia ovat

ferritointi ja perlitointi. Valussa matriisin mikrorakenne muodostuu usein epähomogeeniseksi

eripaksuissa osissa valua. Hehkutuksilla pyritään saamaan matriisi tyypillisesti joko täysin

perliittiseksi tai oleellisesti kokonaan ferriittiseksi (100 %:sesti ferriittistä matriisia on vaikea

saavuttaa pelkällä hehkutuksella, koska tällöin hehkutusajat muodostuisivat pitkiksi). Täysin

ferriittiset rautavalut pyritäänkin saavuttamaan hyödyntäen ferritoivia ja välttämällä perlitoivia

seosaineita valussa.

Valujen jälkeen suoritettavassa ferritoinnissa kappale austenitoidaan 850–900 °C:ssa, minkä

jälkeen sitä jäähdytetään kontrolloidusti ja hitaasti. Jäähdytystapa kontrolloi austeniitin

hajautumista ja siten syntyvää rakennetyyppiä. Ferritointia käytetään, kun kappaleelle halutaan

suuri sitkeys.

Ferritointi voidaan suorittaa muutosvyöhykkeen alapuolella 690–720 °C:ssa

− jos valurakenteessa ei ole karbideja

− jos karbideja on, austenitoidaan 850–900 °C:ssa, jonka jälkeen sitä

− joko jäähdytetään nopeasti muutoslämpötilan alapuolelle ja pidetään 6–12 tuntia 690–

720 °C:ssa

− tai jäähdytetään kontrolloidusti hitaasti 650 °C:een, jonka jälkeen annetaan jäähtyä

uunissa

− jäähdytystapa kontrolloi austeniitin hajautumista ja siten syntyvää rakennetyyppiä

− jäähtymisnopeuteen, jolla täysi ferriittisyys taataan, vaikuttaa mangaani- ja

nikkelipitoisuudet

− ferritointia käytetään, kun kappaleelle halutaan suuri sitkeys.

I.5.1.3 Perlitointi

Perlitointi eli normalisointi suoritetaan, kun halutaan saavuttaa tasajakoinen täysin perliittinen

matriisi esim. hyvän väsymiskestävyyden takaamiseksi. Paksuja valuja on vaikea saada täysin

perliittiseksi suoraan valussa edes perlitoivien seosaineiden avulla.

Ohuemmilla pallografiittikappaleilla perlitointi on liuotushehkutuksen luonteisena tarpeen vain, jos

rakenteessa esiintyy raerajakarbideja. Muuten haluttu perliittiosuus rakenteessa saadaan pienellä



kuparilisäyksellä valusenkkaan (tai tinalisäyksellä, joka on hyvin tehokas tapa perliittisen

rakenteen muodostamiseksi).

Perlitoinnin suoritus Perlitointi on isoterminen lämpökäsittely, jossa teräs aluksi kuumennetaan 1–5 tunniksi

austeniittialueelle (950–1150 °C). Tämän jälkeen siirretään nopeasti toiseen uuniin tai sulaan

suolakylpyyn, jossa lämpötila on 600–650 °C.

− Pidetään em. vakiolämpötilassa, kunnes perliittireaktio on tapahtunut loppuun (pitoaika 1-

3h riippuu raaka-aineesta).

− Annetaan jäähtyä hitaasti huoneenlämpötilaan.

− Valuraudan tapauksessa perlitoinnilla tarkoitetaan käytännössä samaa kuin

normalisoinnilla: matriisin mikrorakenne tasataan täysin perliittiseksi.

Käytetään esilämpökäsittelynä hiiletys- ja nuorrutusterästen (sitkeiden teräslaatujen)

lastuttavuuden parantamiseksi ja lisäksi hiiletysteräksillä mittapysyvyyden parantamiseksi

karkaisussa.

Kappaleita pidetään em. vakiolämpötilassa kunnes perliittireaktio on tapahtunut loppuun (pitoaika

1–3 h riippuen raaka-aineesta). Tämän jälkeen kappaleiden annetaan jäähtyä hitaasti

huoneenlämpötilaan. (Valuraudan tapauksessa perlitoinnilla tarkoitetaan käytännössä samaa

kuin normalisoinnilla: matriisin mikrorakenne tasataan täysin perliittiseksi.)

I.5.4 Pintakarkaisut

Suomu- ja pallografiittivalurautoja ei yleensä karkaista tai nuorruteta. Harmaita valurautoja

voidaan pintakarkaista tietyissä tapauksissa (esim. työstökoneen liukukiskopinnat).

Pintakarkaisukin tehdään yleensä vain paikallisesti, koska suomugrafiittivalurauta on haurasta, ja

karkaisut ovat rajuja käsittelyjä. Valurautojen karkaisuilla parannetaan ensisijaisesti

kulumiskestävyyttä; niillä karkaisu ei vaikuta niinkään väsymiskestävyyttä parantavasti.

Valurautojen tapauksessa on syytä muistaa, ettei grafiittirakenteen epähomogeenisuutta tai muita

virheitä voida korjata tavanomaisilla lämpökäsittelyillä. Poikkeuksena on tietenkin

tempervalurautojen valmistukseen liittyvä adusointikäsittely, jossa grafiittirakenne synnytetään

valun jälkeen pitkäaikaisella korkealämpötilaisella hehkutuksella. Adusoidun raudan eräs etu

onkin se, että sen lämpökäsittelyllä tuotettu grafiittirakenne on erittäin tasajakoinen

(=homogeeninen), ja sen vuoksi valukappale on myös hyvin tiivis.



I.5.5 Austemperointi

Austemperoinnin tarkoituksena on tuottaa matriisin mikrorakenteeksi ferriitistä ja

jäännösausteniitista koostuva bainiittia läheisesti muistuttava ausferriittinen mikrorakenne.

Austemperointia tehdään mekaanisten ja hyvien lujuusominaisuuksien parantamiseksi.

Kuva 302. Austemperointiprosessi

Austemperointia voidaan hyödyntää periaatteessa kaikkien grafiittisten valurautojen mekaanisten

ja kulumisominaisuuksien parantamiseen. Austemperoidun suomugrafiittiraudan eli AGI:n

tapauksessa mekaaniset ominaisuudet paranevat valutilaisesta vieläpä niin, ettei sitkeys

heikkene, mutta kuitenkin esimerkiksi vaimennuskyky kasvaa. Austemperointia on hyödynnetty

ylivoimaisesti onnistuneimmin pallografiittivaluraudalla, mikä on nyttemmin myös johtanut pitkälti

Suomessa kehitetyn ADI:n kansainväliseen läpilyöntiin ja standardisointiin. ADI:n suuri lujuus,

kovuus ja sitkeys tekevät siitä monikäyttöisen materiaalin vaativiin sovelluksiin. Austemperointi on

isoterminen käsittely, joka edellyttää nopeaa sammutusta austenitoinnista esim. suolakylpyyn,

jossa valukappaletta pidetään tietty aika. Näin vältetään ferriitin, perliitin ja martensiitin

muodostuminen ja saavutetaan ns. ausferriittinen (ferriittineulasista ja korkeahiilisestä

austeniitista koostuva) matriisin mikrorakenne.

Grafiittirakenteeltaan hyvälaatuisten pallografiittirautojen lujuusominaisuudet määräytyvät ja niitä

myös säädellään niiden matriisin rakenteen kautta: suurin sitkeys saavutetaan ferriitillä ja

austeniitilla. Lujimmaksi matriisi saadaan päästömartensiittisilla ja ausferriittisilla (ADI-) lajeilla,

mutta paras lujuuden ja sitkeyden yhdistelmä saavutetaan kuitenkin ehdottomasti ADI:lla.

I.5.6 Bainitointi

Bainiittikarkaisu on karkaisumenetelmänä vähemmän raju kuin tavanomainen karkaisu.

Bainitoinnissa ei tavoitella rakenteen muuttumista martensiitiksi vaan neulasmaiseksi bainiitiksi,

jonka muodostukseen ei liity nopeaa ja rajua tilavuusmuutosta (martensiitin muodostusta). Näin

kappaleeseen syntyvät jännityksetkin ovat pieniä. Bainitointia sovelletaan sekä valuraudoille että



erityisesti teräksille (mm. jousille). Bainitoinnilla saavutetaan hyvä iskusitkeys ja kohtuullinen

lujuus. Niinpä bainitointia eli bainiittikarkaisua käytetään mm. kun kappale joutuu iskujen alaiseksi

eikä nuorrutuksella saavuteta riittävää sitkeyttä tarvittavalla kovuustasolla tai kun

karkaisujännitykset voivat helposti rikkoa tai vääristää kappaleen.

Kuva 303. Syntyy ferriittiä ja sementiittiä sisältävä rakenne

Rakenne: karbidisulkeumia bainiittia ferriitissä. Ytimenä austeniittirakeen rajalle syntynyt ferriitti

Ferriitti kasvaessaan työntää hiilen austeniittiin, jolloin syntyy pieniä sementiittisulkeumia (kuva

297).

Oleellisesti bainiittinen mikrorakenne voidaan saavuttaa sopivalla koostumuksella myös jatkuvan

jäähtymisen kautta. Bainitointikäsittelyllä tarkoitetaan kuitenkin ensisijaisesti isotermistä

lämpökäsittelyä, jossa kappale kuumennetaan aluksi austeniittialueelle, josta se sammutetaan

suolakylpyyn tai toiseen uuniin Ms -lämpötila-alueen yläpuolella (250–400 °C).

Kun austeniitti on muuttunut kutakuinkin vakiolämpötilassa kokonaan bainiitiksi, kappale saa

jäähtyä ilmassa huoneenlämpötilaan. Bainitoinnin onnistuminen edellyttää s-käyrien tuntemista ja

oikeiden käsittelyparametrien valintaa.

Käsiteltävän materiaalin s-käyrien tulisi olla sellaisia, että ns. perliittinenä on mahdollista sivuuttaa

suhteellisen hitaassakin sammutuksessa, koska perliittireaktio tulee välttää myös kappaleen

sisustassa, joka jäähtyy sitä hitaammin, mitä paksumpi kappale on. Siksi bainitointi soveltuukin

vain melko ohuille valurautakappaleille. Toisaalta hyvinkin paksujen, esim.

työkaluteräskappaleiden, karkaisussa sisäosa todellisuudessa bainitoituu.

Valurautojen korkean piipitoisuuden vuoksi niiden bainitointikäsittelyssä ei tyypillisesti synny

varsinaista bainiittia, sillä pii estää bainiitin muodostukseen liittyvien hienojakoisten karbidien

muodostuksen. Niinpä valurautojen isoterminen "bainitointikäsittely" tuottaa pikemminkin erittäin

lujan ja sitkeän ausferriittisen mikrorakenteen, ja tällä tavoin käsiteltyä materiaalia kutsutaan

austemperoiduksi valuraudaksi (aiemmin virheellisesti austeniittis-bainiittinen valurauta).



I.5.7 Austemperointi

Austemperointia voidaan hyödyntää periaatteessa kaikkien grafiittisten valurautojen mekaanisten

ja kulumisominaisuuksien parantamiseen. Kaupallisesti katsoen austemperointia on hyödynnetty

ylivoimaisesti onnistuneimmin pallografiittivaluraudalla, mikä on nyttemmin myös johtanut pitkälti

Suomessa kehitetyn ADI:n kansainväliseen läpilyöntiin ja standardisointiin. Austemperointi on

kuitenkin hyvin sovellettavissa muillekin valuraudoille ja jopa korkean piipitoisuuden omaaville

teräksille.

I.5.7.1 ADI

ADIn eli austemperoidun pallografiittivaluraudan (Austempered Ductile Iron) erikoisominaisuudet

perustuvat sen erikoislaatuiseen mikrorakenteeseen. Isotermisessä (so. "vakiolämpötilassa

tapahtuvassa") austemperointikäsittelyssä on tarkoituksena tuottaa matriisin mikrorakenteeksi

ferriitistä ja jäännösausteniitista koostuva bainiittia läheisesti muistuttava ausferriittinen

mikrorakenne. Aiemmin ausferriittista rakennetta kutsuttiin hieman harhaanjohtavasti austeniittis-

bainiittiseksi rakenteeksi.

ADI-valurauta koostuu pallografiitista sekä matriisista, jossa ferriittineulasten välissä on jopa 30–

40 % jäännösausteniittia (ADI:n mikrorakenteen pääkomponentit ovat siten ferriitti,

jäännösausteniitti ja grafiittipallot). Ausferriitti on kovaa (350–550 HB = 370–585 HV) ja silti

sitkeää. Sen kovuuden ja sitkeyden kombinaatio riippuu oleellisimmin isotermisestä

pitolämpötilasta. Jäännösausteniitti on kuitenkin metaepästabiilia ja kykenee karkenemaan

martensiitiksi muokkauksen yhteydessä, mikä mm. antaa rakenteelle erikoiset tribologiset

(vierintä ja liuku) ominaisuudet.

Kuva 304. Austemperointikäsittely

Austemperoitavan valuraudan koostumuksen ohessa on austemperointilämpötilalla ja -ajalla

tärkeä merkitys austeniitin hajoamisreaktion kululle ja lopulliselle mikrorakenteelle ml. austeniitin

määrälle ja stabiilisuudelle. Austemperointikäsittelyssä (ks. kuva 1) valurautakomponentin



lämpötila nostetaan ensin austenitointilämpötilaan (0,5–4 h, tyyp. 850–950 °C), jolloin matriisin

mikrorakenne muuttuu austeniittiseksi. Kappale sammutetaan suolakylpyyn

austemperointilämpötilaan (250–450 °C).

Jotta ausferriittiseen rakenteeseen ylipäätänsä päädyttäisiin, on ko. jäähtymisnopeuden oltava

niin suuri, ettei esieutektoidista ferriittiä ja eutektoidista perliittiä ehdi muodostua. Jäähdytys on

kuitenkin pysäytettävä Ms-lämpötilan yläpuolelle martensiitin muodostumisen estämiseksi. Ko.

isotermisessä käsittelyssä n. 60–70 % austeniitista muuttuu neulasmaiseksi ferriitiksi.

Niukkahiilisten ferriittineulasten muodostuessa muuttumatta jääneen austeniitin (ns.

"jäännösausteniitin") hiilipitoisuus nousee niin korkeaksi, että se stabiloituu (lämpötilasta ja

pitoajasta riippuen).

Austemperointilämpötila ja -aika riippuvat mm. tavoitellusta lujuus-, kovuus- ja sitkeystasosta

sekä tavoitellusta mikrorakenteesta ja sen stabiilisuudesta. Ei-toivottuja rakenteita ausferriitissä

ovat lähinnä martensiitti ja karbidit. Martensiittia syntyy, jos isoterminen käsittely keskeytetään

liian aikaisin tai kappale sammutetaan Ms-lämpötilan alapuolelle.

ADI:lla on ylivoimaiset mekaaniset ja tribologiset ominaisuudet useimpiin teräksiinkin verrattuna.

Alhaisten valmistuskustannusten ja valamiseen liittyvän muotoilun vapauden ansiosta ADI-valut

korvaavat usein kalliita seosteräksiä sekä työstettyjä, taottuja tai hitsattuja konstruktioita –

monipuolisten ominaisuuksiensa ansiosta vieläpä useita komponentteja yhdellä valuosalla.

I.5.8 Adusointi

I.5.8.1 Tempervaluraudat

Temper (grafiitti) valuraudat eli adusoidut valuraudat muistuttavat ominaisuuksiltaan läheisesti

pallografiittivalurautoja. Niiden käyttö onkin jatkuvasti vähentynyt pallografiittivaluraudan

vallatessa niiden tärkeimpiä sovellusalueita.

Tempervaluja valettaessa valurauta jähmetetään ensin valkoiseksi. Koska kappaleiden on oltava

"läpeensä valkoisia" ts. jähmettyneitä täysin karbidisena, temperraudasta valettavien kappaleiden

koko on käytännössä rajoitettu (massa < 15 kg ja seinämänpaksuus << 50 mm). Valun jälkeen

kappaleille suoritetaan halutun lujuusluokan ja temperrautatyypin mukainen pitkä lämpökäsittely,

adusointi, jonka yhteydessä karbideiksi sitoutunut hiili erkautuu matriisista kerämäisiksi

grafiittierkaumiksi. Eri lujuusluokkien temperraudat eroavat toisistaan matriisin mikrorakenteen

osalta, joka saadaan aikaiseksi valitsemalla sopiva jäähtymisnopeus adusointikäsittelyn lopuksi.

Ns. mustaydintemperrautaa valmistetaan suorittamalla adusointihehkutus neutraalissa

atmosfäärissä. Mustaydintemperraudan mikrorakenne on erinomaisen tasalaatuinen läpi



kappaleen. Valkoydintemperrautavalut käsitellään hiilenkatoa aiheuttavassa atmosfäärissä.

Tämän seurauksena pintakerrokseen ja ohuisiin seinämiin ei muodostu grafiittia, vaan ne

vastaavat käsittelyn jälkeen mikrorakenteeltaan pikemminkin (pehmeää) ferriittistä terästä.

Muutoin myös valkoydintemperraudan grafiittirakenne on hyvin tasajakoinen. Grafiitittoman

pintakerroksen ja ohuiden seinämien osalta valkoydintempervalut ovat myös hyvin hitsattavia,

toisin kuin valuraudat yleensä. Tätä on hyödynnetty mm. hitsattavaksi tarkoitettujen pienehköjen

valukomponenttien valmistuksessa esim. ajoneuvoteollisuuden tarpeisiin.

Tempervaluraudan matriisin tyyppi ja siten myös lujuusluokka määräytyy ensisijaisesti

adusointikäsittelyn jälkeisen jäähtymisnopeuden mukaan. Eri lujuusluokkiin adusoitavat

temperraudat voidaan siten valaa samasta perussulasta.

Adusoitua rautaa käytetään yleensä suursarjatuotannossa kulkuväline- ja sähköteollisuudessa

etuinaan hyvä työstettävyys, alhainen transitiolämpötila sekä hyvä vaimennuskyky, kutakuinkin

pallografiittivalurautaa vastaavat mekaaniset ominaisuudet sekä valkoydintemperraudan

tapauksessa myös hyvä hitsattavuus. Kokonaistuotanto on kuitenkin laskenut viimeisten

vuosikymmenten ajan (ilman adusointia valmistettavan) pallografiittivaluraudan suosion

kasvaessa.

Materiaali voidaan jähmettää mikrolisäyksellä telluuria. Tämä voidaan lisätä peitosteeseen.

Telluuri kuitenkin aiheuttaa haurausilmöitä.

I.6 Alumiinivaluseosten lämpökäsittelyt

Alumiinivalujen lämpökäsittelyt eivät suuresti eroa muokattavien seosten lämpökäsittelystä.

Suurimmat erot ovat hehkutusajoissa ja sammutusväliaineissa. Valun epähomogeenisemman

rakenteen takia ne vaativat pidemmät hehkutusajat ensimmäisissä lämpökäsittelyissä.

Alumiinivaluseokset jaetaan pääseosaineensa mukaan kupari-, pii-, magnesium- ja sinkkiseoksiin

ja edelleen alalajeihin muun seostuksen mukaan.

Alumiinivaluseokset voidaan jakaa myös karkenemattomiin ja karkeneviin. Karkaisu perustuu

erkautumiskarkenemiseen.

Erkautuskarkenevia seoksia ovat kupari-, kupari-magnesium-, pii-magnesium- ja sinkki-

magnesiumseokset. Ne ovat lujimpia alumiinivaluseoksia. Kovuus jää tosin tällöinkin suhteellisen

alhaiseksi, enintään 150 HB. Karkenemattomien alumiinivaluseosten ominaisuuksiin ei voida

juurikaan vaikuttaa lämpökäsittelyillä. Poikkeuksena alumiini-pii- ja alumiini-magnesiumseosten

homogenisointikäsittely, jolla voidaan parantaa niiden sitkeyttä ja jännityskorroosiokestävyyttä.

Valtaosa alumiinivaluista käytetään valutilaisina. Alumiinin lämpökäsittelyillä, kuten

erkautuskarkaisulla, voidaan alumiinivalujen lujuutta kuitenkin nostaa. Erkautuskarkaisussa

liuotushehkutuksen lämpötilat ja pitoajat on tunnettava tarkasti, ja ne ovat seoskohtaisia.



Alumiinivaluille voidaan tehdä myös jännityspoistohehkutus, homogenisointi ja

pehmeäksihehkutus.

Jos valukappaleeseen on epätasaisen jäähtymisen seurauksena syntynyt valujännityksiä, ne

voivat johtaa kappaleen vääristymiseen ja sen mekaanisen kestävyyden heikentymiseen. Myös

tapauksissa, joissa kappaleen mittatarkkuus on tärkeää, on valujännitykset ja esim.

sinkkiseoksilla hitaasti luonnostaan hajaantuvat faasit poistettava hehkuttamalla. Toisaalta

valujännitykset laukeavat merkittävästi erkautuskarkaisun liuotushehkutuksen aikana.

Karkenemattomilla seoksilla jännitystenpoistohehkutus ei juuri vaikuta seosten lujuusarvoihin,

mutta kovuus voi pienentyä. Valujännitykset laukeavat yleensä myös pehmeäksihehkutuksen ja

homogenisoinnin yhteydessä.

Painevalukappaleita ei voi lämpökäsitellä, koska valuiskussa jää ilmaa loukkuun

valukappaleeseen. Kuumennettaessa ilmanpaine huokosissa kasvaa ja samanaikaisesti

rakenteen lujuus alenee, jolloin valukappaleeseen voi syntyä repeämiä.

I.6.1 Homogenisointi, tasaushehkutus

Valut homogenisoidaan eli tasaushehkutetaan tarvittaessa. Homogenisointi tasaa jähmettymisen

aikana syntyneitä seosainesuotautumia sekä poistaa valujännitykset.

Homogenisointihehkutusta suoritetaan karkenemattomille seoksille. Homogenisointihehkutusta

voidaan verrata erkautuskarkaisun liuotushehkutukseen – hehkutuslämpötila on vain vähän alle

seoksen sulamispisteen (n.430–560 °C) ja hehkutusajat pitkiä (8–12 tuntia). Hehkutusta seuraa

sammutus joko veteen tai öljyyn. Tämä on tyypillinen lämpökäsittely AlMg-seoksille (yli 10 % Mg),

jotka on valettu hiekkamuottiin.

Valun jälkeen kappaleen mikrorakenne voi olla seosainejakaumaltaan epähomogeeninen

seosaineiden suotautumisen takia. Suotautumisen seurauksena kiteen sisäosan koostumus

poikkeaa kiteen ulko-osan koostumuksesta. Homogenisoinnissa tasataan seosainepitoisuuksia,

ja samalla myös valujännitykset vähenevät.

Mikrosuotautumilla on harvemmin merkitystä ja homogenisoituminen on hidasta.

Liuotushehkutuksen tyyppinen paikallisten suotautumafaasien komponenttien levittyminen

ympäristöön on nopeampaa.



I.6.2 Pehmeäksihehkutus

Liian kovat alumiinivalut voidaan pehmentää hehkuttamalla niitä 300–450 °C:n lämpötilassa

muutamia (2–4) tunteja, minkä jälkeen niiden annetaan jäähtyä joko uunin mukana tai ilmassa.

Mitä pidempi pehmeäksihehkutusaika on, sitä enemmän kappaleen kovuus ja lujuus pienenee.

I.6.3 Jännitystenpoistohehkutus

Jäännösjännityksiä voi muodostua valun nopean jähmettymisen, liuotushehkutuksen jälkeisen

sammutuksen tai muokkauksen takia. Jännitykset ja niiden laukeaminen aiheuttavat

muodonmuutoksia varsinkin lastuamisessa, jollei niitä poisteta jännityksenpoistohehkutuksella

ennen viimeistelylastua.

Jännitystenpoistohehkutus suoritetaan pitämällä kappaletta muutamia (4–6) tunteja 200–350 °C:n

lämpötilassa, minkä jälkeen sen annetaan jäähtyä hitaasti ilmassa tai uunissa. Jännitykset

laukeavat sitä paremmin, mitä korkeampi lämpötila. Jännityksenpoistohehkutusta ei voida tehdä

erkautuskarkaisun jälkeen, koska se johtaisi kappaleen ylivanhenemiseen, jonka seurauksena

lujuusarvot alentuisivat.

I.6.4 Erkautuskarkaisu

Tiettyjen alumiiniseosten lujuusominaisuuksia voidaan parantaa huomattavasti

erkautuskarkaisulla. Menetelmä on kolmivaiheinen:

− liuotushehkutus

− sammutus

− vanhennus.

I.6.4.1 Liuotushehkutus

Kappale kuumennetaan lämpötilaan (510–560 °C), joka on vain hieman sen sulamislämpötilan

alapuolella.

Liuotushehkutuslämpötila, joka on seoskohtainen, on pidettävä tarkasti – vaihtelu saisi olla

korkeintaan ±5 °C. Liian korkean lämpötilan seurauksena kappale saattaa sulaa osittain tai

vääristyä, ja liian matalan lämpötilan seurauksena lujuus jää riittämättömäksi. Tarvittavien

käsittelyaikojen tarkka määrittäminen käy parhaiten kokeellisesti. Siihen vaikuttavat kappaleen

seinämänpaksuus ja sen muoto sekä mikrorakenteen karkeus. Hehkutusajan ylityksellä ei ole

todettu olevan lujuusarvoja huonontavaa vaikutusta.



Liuotushehkutuksen jälkeen kappale on sammutettava. Nopea jäähdytys voi ohuissa tai

monimutkaisissa kappaleissa aiheuttaa jännityksiä, joiden esiintymistä voidaan vähentää

sammuttamalla kappale joko kuumaan veteen tai öljyyn. Tällöin kuitenkin lujuus kärsii. Joillekin

seoksille (esim. A l- Zn-Mg) riittää paineilmajäähdytys.

I.6.5 Alumiinivalujen lämpökäsittelysammutus

Lämpökäsittelysammutuksen tavoitteena on säilyttää liuotushehkutuksella aikaansaatu olotila

myös huoneenlämmössä. Tarvittava jäähtymisnopeus riippuu seoksesta. Al-Cu-Mg -seokset

vaativat suuren jäähdytysnopeuden (vesisammutus). Ne on siirrettävä sammutukseen 10

sekunnissa ohuilla kappaleilla ja paksuilla alle 30 sekunnissa.

− nopea siirto hehkutuksesta sammutukseen

− lastaus ilmavasti koreissa

− kylmä vesi voi aiheuttaa suuria jännityksiä

− kuuma vesi auttaa jännitysten vähentämisessä

− valukappaleen mahdollisten vääntymien oikaisu heti sammutuksen jälkeen.

Erkautuskarkenemisen edellytyksenä olevan huoneenlämpötilassa ylikyllästeisen jähmeän

liuoksen aikaansaaminen vaatii nopean jäähtymisen. Näin ollen kappaleet on jäähdytettävä

lioutushehkutuslämpötilasta mahdollisimman nopeasti huoneenlämpötilaan seosaineiden

erkautumisen estämiseksi jäähdytyksen aikana. Kriittisin lämpötila-alue on hehkutuslämpötilasta

lämpötilaan 200 °C.

I.6.6 Vanhennus

Valukappaleet lujittuvat sammutuksen jälkeisessä vanhennuksessa. Vanhennuskäsittely voidaan

suorittaa joko luonnollisena vanhennuksena tai keinovanhennuksena. Näistä ensiksi mainittu

suoritetaan pitämällä kappaletta usean vuorokauden ajan huoneenlämpötilassa ja jälkimmäinen

kuumentamalla kappale 150–170 °C:een 8–10 tunniksi.

Vanhentamisen aikana kiinteästä liuoksesta syntyy rakeiden sisään tai joissakin tapauksissa

raerajoille mikroskooppisia erkaumia, jotka parantavat kappaleen lujuutta, kovuutta ja venymää.

Syntyvien erkaumien laatu, määrä, koko ja jakauma määräävät kappaleen lopulliset

ominaisuudet.



I. 6.6.1 Luonnollinen vanhennus

Seoksesta riippuen luonnollinen vanheneminen alkaa heti tai muutaman tunnin kuluttua

sammutuksesta. Lujuuden kasvu tasaantuu ja rakenne stabiloituu muutamassa päivässä tai vasta

vuosien kuluttua. Mitä korkeampi on varastointilämpötila, sitä nopeammin tämä tapahtuu.

AlZnMg-seoksten luonnollinen vanheneminen kestää useita kuukausia, ennen kuin stabiili olotila

saavutetaan. AlMgSi-seoksilla stabiloituminen tapahtuu muutaman vuorokauden aikana.

Useimmat AlCu-seokset (noin 4 % Cu ja muita seosaineita) eli duralumiinit ovat luonnollisesti

vanhenevia. Luonnollisesti vanhenevien alumiiniseosten suurin epäkohta on ylivanheneminen,

sillä lämpötilan nosto huonelämpötilan yläpuolelle saattaa laskea lujuutta.

I.6.6.2 Keinovanhennus eli erkautushehkutus

Keinovanhennuksella saavutetaan suuremmat lujuusarvot. Parhaat venymäarvot saadaan siten,

että kappaleen annetaan olla ensiksi huoneenlämpötilassa vähintään vuorokausi ennen

keinovanhennusta. Liian pitkäaikainen keinovanhennus tai liian korkeassa lämpötilassa suoritettu

vanhennus huonontaa lujuusominaisuuksia. Vanhennuksen jälkeisellä jäähtymisnopeudella ei ole

merkitystä kappaleen ominaisuuksiin. Erkautushehkutuksen aikana kappaleen myötölujuus ja

kovuus lisääntyvät samanaikaisesti. Korkeammassa lämpötilassa tämä tapahtuu nopeammin kuin

alhaisessa. Murtovenymä taas pienenee jatkuvasti erkautusta jatkettaessa riippumatta

käytettävästä lämpötilasta. Jos hehkutusaika on pitkä tai vastaavasti lämpötila korkea, alkaa

muodostua epäkoherentteja tasapainoerkaumia ylivanhennuksen seurauksena (CuAl2, Mg2Si,

MgZn2) ja lujuudet alkavat pienetä. Rakenne muodostuu vähitellen täysin pysyväksi ja

pehmeäksi kuten pehmeäksihehkutuksessa.

I.7 Alumiinivalujen lämpökäsittelyuunit

Alumiinivaluja samoin kuin muiden yleisimpien materiaalien valuja voidaan lämpökäsitellä

− suolakylpyuunissa

− kiertoilmauunissa

− leijupatjauunissa.

Kappaleiden kuumennus hehkutuslämpötilaan tulee tehdä mahdollisimman nopeasti.

Lämpökäsittelyjä ei saa tehdä nestekaasupolttimen tai hitsiliekin avulla.

Suolakylpyuunien etuina on kappaleiden tasainen lämpeneminen ja lämpötilan tasaisuus (±2 °C).

Haittoja ovat räjähdys-, palo- ja myrkytysvaarat sekä kappaleiden likaantuminen suolasta.



Nykyään yleisesti käytettävissä kiertoilmauuneissa lämpötilan tasaisuus saadaan riittävän hyväksi

(± 5 °C) suurimpaan osaan uunia. Uunin atmosfäärinä tavallisesti on ilma.

Jotta lämpökäsiteltävät tuotteet eivät värjäytyisi, ilmassa ei saa olla kosteutta eikä rikkiä. Uunien

vanhetessa eristeiden ja lämmitysvastusten kunnon tarkkailu on välttämätöntä.

Panostus ei saa estää ilman kiertämistä kiertoilmauuneissa. Samoin vesi- ja höyrytaskujen

syntymistä kappaleisiin on vältettävä. Leijupatjauuneilla on suolakylpyuunien edut ilman niiden

haittoja. Lämpötila on tasainen ja lämmönsiirto nopeaa, eivätkä kappaleet likaannu, mikä

vähentää jälkikäsittelykustannuksia.

Alumiinin lämpökäsittelyuuneissa lämpötilan ajallisen ja paikallisen vaihtelun on oltava hyvin

pientä, mikä asettaa uunien lisäksi suuret vaatimukset lämpötilan säädölle. Säädön on oltava

automaattista ja taattava vähintään ± 3 °C:n lämpötilan tasaisuus. Lämpötilan mittauksen on

oltava luotettava. Lämpötilaa pitää mitata varsinkin oudoissa kiertoilmauuneissa useammasta

kohdasta uunia ja mielellään myös panoksesta.

Kiertoilmauunien lämmitysvastukset tulisi peittää riittävällä säteilysuojalla, sillä säteilevät

vastukset voivat nostaa kappaleen lämpötilan huomattavasti (jopa 25 °C) korkeammaksi kuin

säätäjän termoelementillä mitattu /4/. Lämpötilaa muutettaessa ilmauuni tarvitsee aina

tasaantumisaikaa panoksen yli- ja alikuumenemisen välttämiseksi.

Lämpökäsiteltävät kappaleet on tuettava hyvin taipumisen estämiseksi. Kappaleet panostetaan

uuniin tavallisesti koreissa tai telineissä, jotka tukevat kappaleita. Kappaleiden kuormittamista on

vältettävä, koska niiden lujuus korkeassa lämpötilassa on vähäinen. Panos ei saa myöskään olla

liian tiheä, jottei lämpötilan tasaisuus kärsi. Lisäksi panoksen on koostuttava samanpaksuisista

kappaleista oikean lämpökäsittelyn takaamiseksi. Jos alumiiniseoksen magnesiumpitoisuus on

korkea, on syytä käyttää suojakaasua (esim. typpeä) hapettumisen estämiseksi.

I.8 Sammutusväliaineet

Vesi (20–28 °C) on yleisimmin käytetty sammutusväliaine. Haluttaessa lievempää sammutusta

voidaan käyttää polymeeri-vesiseoksia, ilma-vesisuihkua, ilmaa tai jopa kuumakylpysammutusta

aina 200 °C:n öljyyn.

Sammutusaltaiden on oltava riittävän isoja ja tarvittaessa jäähdytettäviä, ettei sammutusneste

lämpene liikaa. Hyvä sekoitus takaa sammutuksen onnistumisen. Sammutusallas on sijoitettava

lähelle hehkutusuunia, jotta kappaleet voidaan siirtää nopeasti uunista sammutukseen.

Sammutusväliaineen lisäksi sammutustapa vaikuttaa vetelyyn ja jäännösjännityksiin. Upotuksen

nesteeseen tulisi olla kappaleen muodon suhteen mahdollisimman symmetrinen. Myös

sammutuspuristimia voidaan käyttää vetelyn estämiseksi.



I.9 Lämpökäsittely ei onnistu

Lämpökäsittely ei aina onnistu tai sillä ei saavuteta tavoitetta. Tähän voi olla monia syitä, joista

seuraavat ovat tyypillisiä:

− muodostuu ei toivottu mikrorakenne

− rakeen kasvu

− haurausilmiöt (sementiitti, ferriitti, suotautuminen, erkautuminen..)

− jäännösjännitykset

− epätasaiset lämpötilajakautumat käsittelyissä

− aiheuttaa muodonmuutoksia

− tilavuusmuutokset (martensiitti)

− jännitysten laukeaminen seuraavissa työvaiheissa

− hiilenkato

− ongelma, jos nopeampaa kuin pinnan hapettuminen (oksidoituminen)

− suojakaasun käyttö auttaa

− oksidoituminen (hilseily)

− pinnan palaminen

− vakuumi tai suojakaasun käyttö ehkäisee

− haurausilmiöt

− päästöhauraus

− karbidifilmit

− verkottunut ferriitti (alkuperäisen austeniitin raerajoilla)

− käsittely unohtuu tehdä

− voi olla myös vaikeata havaita jälkikäteen

I.10 Lämpökäsittelylaitteistot ja tarvikkeet

Lämpökäsittelyissä uunin lämpötilan, atmosfäärin ja pitoaikojen hallinta on oleellista käsittelyn

onnistumiseksi. Lämpökäsittelyjen sallitut lämpötilapoikkeamat ovat pieniä, joten lämpötilan

mittaus ja uunin säädöt on tehtävä huolellisesti. Tiettyyn lämpötilaan pyritään siis mahdollisimman

tarkasti ja lämpötila pidetään joko mahdollisimman tasaisena tai sitä muutetaan ennalta määrätyn

ohjelman mukaisesti. Päästössä lämpötilapoikkeama saa olla vain 5–10 °C ja muissa

lämpökäsittelyissä n. 5–20 °C. Siksi lämpötilanmittalaitteille asetetaan suuret

tarkkuusvaatimukset. Lisäksi on otettava huomioon, mistä kohdasta uunia mittaus suoritetaan.

Lämpötilaa pitää mitata uunista useammasta kohdasta ja mielellään myös panoksesta.

Kappaleiden panostus uuniin ei saa olla liian tiheää: muuten on vaarana, että lämpötilan



tasaisuus kärsii. Lämpötilaa muutettaessa ilmauuni tarvitsee aina tasaantumisaikaa panoksen yli-

tai alikuumenemisen välttämiseksi.

Lämpötila voidaan säätää mm. ON/OFF-säätönä, jossa lämmitysteho kytketään ja katkaistaan

uunin lämpötilavaihtelujen mukaan. Siinä lämpötila vaihtelee oletusarvon molemmin puolin.

ON/OFF-säätö on edullinen säätötapa. Edellisestä kehittyneempi säätömenetelmä on PID-säätö.

Se ennakoi uunin lämpötilojen muutoksia säätäen tehon syöttöä niin, että lämpötila pysyy

tasaisena eikä lämpötilan sahaamista juuri esiinny.

Lämpökäsittelyiden onnistuminen riippuu myös

kappaleiden panostuksesta uuniin.

Samassa panostuserässä käsiteltävien kappaleiden

tulee olla riittävästi irti toisistaan sekä uunin seinämistä

ja pohjasta, jotta lämpö pääsee vaikuttamaan

tasaisesti kaikkialle.

Kuva 305. Erityyppisten kappaleiden välissä riittävä väljyys

Erityisesti matalaan karkenevien materiaalien käsittely voi epäonnistua, jos kappaleet ovat

sammutuksessa liian lähellä toisiaan, jolloin ne hidastavat toistensa jäähtymistä.

Toisaalta on otettava huomioon, että liian väljästi

panostetut erät ovat taloudellisesti

kannattamattomia.

Kuva 306. Lämpökäsittely päättynyt, huomaa kappaleiden

väljä asettelu

Sammutusaltaiden tulee olla tarpeeksi suuria, jotta sammutusaine ei kuumene liikaa

sammutuksen yhteydessä, varsinkin jos altaissa ei ole riittävää jäähdytysmenetelmää. Myös

sammutettavien kappaleiden seinämänpaksuus vaikuttaa sammutusaineen kuumenemiseen.

Mitä pienempi seinämänpaksuus, sitä nopeammin kappale luovuttaa lämpönsä

sammutusaineeseen, joka kuumenee silloin nopeammin.

Sammutuksen jäähdytystehoa voidaan parantaa kappaleen ja sammutusaineen välisellä

liikkeellä. Sammutusaltaiden tulisi sijaita mahdollisimman lähellä uuneja, jotta kappaleet voidaan

siirtää tarpeeksi nopeasti uunista sammutukseen.



Upotuksen olisi hyvä olla mahdollisimman

symmetrinen kappaleen pyörähdysakseliin nähden,

koska myös sammutustapa vaikuttaa kappaleen

vetelyihin ja jäännösjännityksiin.

Kuva 307. Valukappale otetaan uunista ulos

Kuva 308. Valukappale arinalla sammutukseen menossa Kuva 309. Valukappale nostetaan

sammutuksesta

I.10.1 Lämpökäsittelyuunit

Lämpökäsittelyuunit jaetaan toimintatapansa mukaan

panosuuneihin ja jatkuvatoimisiin uuneihin.

Atmosfäärin mukaan uunit voidaan jakaa ilma-,

suojakaasu-, reaktiokaasu-, alipaine-, suolakylpy- ja

leijupatjauuneihin. Uunien kuumennus tapahtuu joko

kevyt- tai raskasöljyllä, maa- tai nestekaasulla tai

sähköllä.

Kuva 310. Arinaa valmistaudutaan ottamaan uunista ulos

Jatkuvatoimisia uuneja käytetään

suursarjatuotannossa pienehköjen

kappaleiden lämpökäsittelyihin. Niissä

lämpökäsiteltävät kappaleet kulkevat

jatkuvana virtana uunin kautta.

Jatkuvatoimisten uunien käyttö edellyttää

suurta ja tasaista kappalevirtaa.

Kuva 311. Jatkuvatoiminen lämpökäsittelyuuni



Ne ovat yleensä intergoituja muuhun tuotantoon. Jatkuvatoimiset uunit ovat mahdollisimman

pitkälle automatisoituja. Jos kappaleille tehdään karkaisu, putoavat ne kuljettimen päästä

sammutusaltaaseen. Jatkuvatoimisiakin uuneja voidaan käyttää tarvittaessa suojakaasujen

kanssa. Panosuuneissa käsiteltävät kappaleet jaetaan eriksi, jotka asetetaan joko

panostusalustoille tai panostuskoreihin.

Kuva 312. Arinalla varustettu

panoslämpökäsittelyuuni

Kuva 313. Kahdella arinalla varustettu lämpökäsittelyuuni

Ne muodostavat suuren kustannuserän panosuuneja käytettäessä. Panosuuneja on saatavana

aivan pienistä (laboratoriokäyttöön tarkoitetuista) suuriin, jopa 100 tonnin vetoisiin uuneihin. Eri

panosuunityyppejä ovat kammio- (eli muhveliuunit), vaunuarina-, kuoppa- ja kupu/kellouunit.

Panosuuneihin voidaan lisäksi laskea alipaine-, suolakylpy-, ja leijupatjauunit.



Kuva 314. Kammiouuneja (pi-type)

Kammiouunit ovat yksinkertaisia pienikokoisia uuneja, jotka soveltuvat pienehköjen kappaleiden

erilaisiin lämpökäsittelyihin. Ne voivat olla joko ilmauuneja tai suojakaasulla täytettäviä uuneja.

Kammiouunien kuumennukseen käytetään pääasiassa sähköä.

Vaunuarinauuneja käytetään massiivisten kappaleiden lämpökäsittelyihin, kuten hehkutuksiin,

normalisointiin ja karkaisuun. Uuni eroaa kammiouunista siinä, että sen pohjan eli arinan

muodostaa liikuteltava vaunu. Vaunuarinauunit ovat öljykuumenteisia (suuret uunit) tai

sähkökuumenteisia (pienemmät uunit). Kuoppauunit on sijoitettu lattian tasoon. Ne voivat olla

hyvinkin suuria. Isot kuoppauunit kuumennetaan öljyllä ja pienemmät sähköllä. Kuoppauunit

soveltuvat useisiin eri lämpökäsittelyihin.

Alipaineuunien käyttö on erittäin siistiä. Niiden yhteydessä ei tarvita suola- tai

öljysammutusaltaita. Alipaineuuneja käytetään pääasiallisesti työkaluterästen karkaisuun.

Alipaine poistaa uunitilasta hapen, jolloin myös kappaleiden hapettuminen ja hiilenkato estyvät.

Alumiiniseosten erkautuskarkaisu-uuneina käytetään ilmakierrolla toimivia kammiouuneja,

suolakylpy- sekä leijupatjauuneja. Kiertoilmauunit soveltuvat parhaiten valukappaleille, mutta ovat

hankintahinnaltaan kalliita. Kiertoilmauunit kuumennetaan joko sähkövastuksilla, öljyllä tai

kaasulla. Ilmankierrosta huolehtivat tehokkaat puhaltimet. Kappaleet panostetaan uuniin

tavallisesti koreissa tai telineissä. Suolakylpyuunin suola kuumennetaan joko upotetun

sähkövastuksen tai kaasu- tai öljypolttimen avulla. Leijupatjauunit ovat korvanneet

suolakylpyuuneja. Niillä on samat edut kuin suolakylpyuuneilla, mutta niiden työturvallisuus on

parempi. Leijupatjauuneilla lämmönsiirto on nopeaa ja lämpötila on tasainen.



I.10.2 Lämmitysvastukset.

Kuva 315. Lämpökäsittelyuunin lämmitysvastuksia Kuva 316. Kaasu-uunin suutin ulkopuolelta

Kuva 317. Uunissa lämpövastuksia

I.10.3 Suojakaasut

Ilmauuneissa suoritettavissa hehkutuksissa kappaleen pinnassa tapahtuu hapettumista, hilseilyä*

ja usein myös hiilenkatoa. Kappaleiden lämpökäsittelyissä tapahtuvaa hapettumista ja hiilenkatoa

pyritään estämään pitämällä kappaletta käsittelyn aikana joko suojakaasussa, tyhjössä tai

suolakylvyssä.

Suojakaasut voidaan jakaa endo-, ekso- ja inerttikaasuihin. Suojakaasuilla voidaan lisätä myös

tarkoituksellisesti kappaleen pintaan aineita, kuten hiiltä ja/tai typpeä.

Endokaasu on yleisesti käytetty suojakaasu lämpökäsittelyissä. Sen etuja ovat tehokas

suojavaikutus, yksinkertainen valmistus ja helppo säädettävyys. Endokaasun hiilipotentiaali on

korkea, joten se estää hyvin hiilenkadon. Endokaasun haittoja ovat soveltumattomuus

ruostumattomille teräksille, räjähdysherkkyys vetypitoisuuden takia ja myrkyllisyys korkean

häkäpitoisuuden takia. Endokaasua käytetään hehkutuksissa ja normalisoinnissa sekä hiiletyksen

että typetyksen kantajakaasuna.

Eksokaasun hiilipotentiaali on pieni. Sitä käytetään tapauksissa, joissa hiilenkato ei aiheuta

ongelmia. Yli 0,1 % hiiltä sisältävillä materiaaleilla se saa aikaan 700 °C lämpötilassa nopeasti

etenevän hiilenkadon. Eksokaasun etuja ovat valmistuksen helppous ja edullisuus. Haittoja ovat



räjähdysherkkyyden ja myrkyllisyyden lisäksi sen sisältämä vesi, joka aiheuttaa kappaleen

hapettumista. Eksokaasut ovat lisäksi herkkiä laatuvaihteluille. Eksokaasuja käytetään

normalisoinnissa ja hiilenkadon aikaansaamisessa.

Työturvallisuuteen liittyvät tekijät on ehdottomasti tunnettava käytettäessä endo- ja eksokaasuja.

Ne ovat vaarallisimmillaan kylminä. Kaasujen sisältämä häkä ja vety ilmaan sekoittuneena yli 6

%:n vahvuisena seoksena on liekistä ja kipinästä syttyvää. Kylmään tai riittämättömästi

lämmitettyyn uuniin ei saa johtaa endo- eikä eksokaasua. Vasta kun uunin lämpötila ylittää 750

°C, voidaan siihen johtaa kaasua turvallisesti.

Inerttisuojakaasujen etuja kahteen edellä mainittuun verrattuna ovat niiden vähäinen myrkyllisyys

ja pieni räjähdysvaara. Lisäksi ne suojaavat kappaletta hyvin sekä hiilenkadolta että

hapettumiselta. Inertteinä suojakaasuina käytetään kalliita argon- ja heliumkaasuja sekä muita

reagoimattomia kaasuja ja typpiperusteisia kaasuja. Inerttikaasuilla voidaan korvata endo- ja

eksokaasuja niiden käyttökohteissaan.

Myös tyhjöä käytetään kappaleiden hapettumisen ja hiilenkadon estämiseksi. Käsittely tapahtuu

erityisessä alipaineuunissa, johon saadaan aikaiseksi hyvin suuri alipaine (0,01 mbar). Alipaine

poistaa uunitilasta hapen, jolloin myös kappaleiden hapettuminen ja hiilenkato estyvät.

Suolakylpyuuneissa hapettuminen ja hiilenkato estetään suolan avulla. Yleisimmin käytetään

nitraatti-nitriitti-kylpyjä sekä bariumkloridia. Niitä voidaan käyttää sekä austenitointiin lämpötila-

alueella 800–1250 °C ja sammutukseen lämpötiloissa 150–550 °C.

* Hilseilyllä tarkoitetaan teräksen pintaan korkeassa lämpötilassa ja pitkäaikaisessa

hehkutuksessa muodostuvaa oksidikerrosta.

I.10.4 Termoelementit

Yleisin lämpökäsittelyuuneissa käytetty lämpötilan mittalaite on termoelementti. Termoelementin

toisessa päässä eli anturissa on lämpösähköpari, joka muodostuu kahdesta eri metallia olevasta

langasta. Lankojen liitoskohtaan syntyy heikko jännite-ero, joka riippuu elementin kylmän ja

kuuman pään välisestä lämpötilaerosta. Jännite-ero on suoraan verrannollinen lämpötilaeroon.

Metallilankojen liitoskohta asetetaan mitattavaan kohtaan ja toiset päät yhdistetään herkkään mV-

mittariin, joka mittaa syntyvän jännitteen. Tavallisesti millivolttimittari on varustettu suoraan

lämpötilan osoittavalla celsiusasteikolla. Mittari voidaan sijoittaa sähköjohtimen avulla kauaksi

mittauskohteesta.

Matalissa lämpötiloissa käsiteltäville kappaleille käytetään termoelementeissä krominikkeli-

nikkeli-paria (CrNi/Ni). Korkeaan lämpötilaan soveltuu ainoastaan platina-platinarhodium-pari

(Pt/PtRh). Elementin kalleudesta johtuen on sen käytössä noudatettava tiettyä varovaisuutta.



Termoelementtien sallittu käyttölämpötila riippuu langan

paksuudesta ja siitä, onko kysymyksessä jatkuva vai

yksittäinen mittaus. Koska anturi sijaitsee mitattavassa

lämpötilassa, joutuu se toistuvien tai jatkuvien

lämpörasitusten alaiseksi ja siinä tapahtuu tiettyä kulumista

tai muuttumista. Kestävyyden kannalta on edullista, että

anturia pidetään mitattavassa tilassa vain niin kauan, kuin

mittaus vaatii.

Kuva 318. Termoelementtejä

Termoelementtiä voidaan käyttää sekä suojaamattomana että suojattuna. Suojaamattomalla

elementillä on etuna nopea lämpötilanmittaus, koska suojaputken hidastava vaikutus jää pois,

mutta toisaalta mittaustulos on epätarkka. Termoelementin kehittämä sähkömotorinen voima eli

jännite riippuu sen muodostavien metallien laadusta ja lämpötilasta. Metalleissa olevat

epäpuhtaudet vaikuttavat herkästi sähkömotoriseen voimaan. Elementtien suojaamiseksi

ulkopuolisten aineiden vaikutukselta sekä mekaanisilta rasituksilta laitetaan ne tavallisesti

suojaputkeen.

I.10.5 Optiset pyrometrit

Lämpötilan mittaukseen voidaan myös käyttää optista pyrometria, jolla mitataan kappaleesta sen

lähettämän säteilyn avulla lämpötila. Optisten pyrometrien etuina ovat ominaisuudet, jolloin

mittarin ei tarvitse koskettaa mitattavaa kohdetta. Toinen etu on, että mittaus voidaan kohdistaa

tiettyyn kohtaan kappaleessa. Optisen pyrometrien haittoihin kuuluvat vääristymät, jotka voivat

syntyä mitattavaa kappaletta kuumempien säteilylähteiden heijastuksista. Myös atmosfääri voi

aiheuttaa vääristymiä.

Optisen pyrometrien toimita perustuu mittavan kappaleen lähettämän säteilyn mittaukseen.

Jokainen kappale, jonka lämpötila on absoluuttisen nollapisteen yläpuolella, lähettää

sähkömagneettista säteilyä. Sen voimakkuus eli intensiteetti on suoraan verrannollinen säteilevän

aineen lämpötilaan

Säteily koostuu eri aallonpituusalueilla olevasta säteilystä. Varsinaiseen lämpötilanmittaukseen

käytetään vain joko näkyvän valon tai osaa infrapuna-alueen säteilystä. Riippuen siitä, mitä osaa

näistä alueista käytetään, määritetään pyrometrin nimi tarkemmin (esim. infrapunapyrometri).

Infrapunasäteily on näkyvän valon kaltaista, mutta pitemmän aallonpituuden takia sitä ei voi aistia

kuten valoa.



Infrapunasäteilyyn perustuvia lämpömittareita voidaan käyttää hyvin laajalla lämpötila-alueella

alkaen -40 °C:sta yli 3000 °C:een ulottuviin lämpötiloihin. Tavallisesti optiset pyrometrit kuitenkin

suunnitellaan suppeammalle, rajatulle mittausalueelle, koska siten tarkkuus saadaan

paremmaksi. Mittaustarkkuus on tavallisesti 1,0–1,5 % mittauslukemasta. Periaatteessa yhteistä

kaikille pyrometrityypeille on mittausetäisyydestä riippumaton toiminta, kun vain etäisyyssuhde

säilytetään oikeana. Lämpötilalukema on tavallisesti digitaalinen. Eräissä mittarityypeissä on

muisti, joka pitää lukeman näkyvissä tietyn ajan. Lämpötilan nopeasti vaihtuessa laskee mittari

lämpötilojen keskiarvon. Se ilmoittaa haluttaessa esiintyneet maksimi- ja miniarvot tietyn

ajanjakson aikana.

Kuva 319. Optinen pyrometri

I.11 Lämpökäsittelystä

Lämpökäsittely on usein valukappaleen viimeinen valmistusvaihe valimossa, mutta ei missään

määrin vähäisin, sillä vasta lämpökäsittelyssä kappale saavuttaa ominaisuudet, joita siltä

vaaditaan.

Lämpökäsittely on siis viimeinen mahdollisuus ”sössiä” siihen asti moitteeton valukappale tai

tarvittaessa pelastaa se.



KERTAUSTEHTÄVIÄ I

1. Mitä tavoitellaan valukappaleen hehkutusmenetelmillä?

2. Miten karkaisu ja päästö liittyvät lämpökäsittelymenetelminä toisiinsa?

3. Miksi valukappaleelle tehdään myöstölämpökäsittely?

4. Mainitse valuraudalle käytettyjä lämpökäsittelyjä.

5. Mille valumateriaalille tehdään liekkikarkaisu?

6. Mihin tarkoitukseen lämpökäsittelyssä tarvitaan sammutusväliaineita?

7. Minkätyyppisiä lämpökäsittelyuuneja käytetään?

8. Millaisilla laitteilla mitataan lämpökäsittelyssä lämpötilaa?

pn jalkikasittely hi - valuatlasvaluatlas.fi/tietomat/docs/pn_jalkikasittely_i.pdf · - valuatlas...

Documents