Materiaali- ja aineenkoetusstandardit - Yhteensopivuutta, tuoteturvallisuutta, kilpailukykyä ja helpompaa markkinoillepääsyä

Luentomateriaalia teräs- ja alumiinimateriaalien standardeista Metsta ry on laatinut tämän oppimateriaalin tukemaan teräs- ja alumiinimateriaalien opetusta ja harjoitustöiden tekemistä. Tarkoituksena on antaa opiskelijoille lisätietoa alan standardeista ja opettaa hyödyntämään niitä. Kalvosarjassa on esitelty aihealueen keskeisiä standardeja, niiden periaatteita ja tärkeimpiä käsitteitä sekä esitetty suoria otteita kuvista ja taulukoista. Kone- ja metalliteollisuuden standardisoinnista löytyy lisätietoa kalvosarjasta "johdatus kone-, tuotanto- ja metallitekniikan standardisointiin.ppt". Materiaali on suunnattu pääasiassa ammattikorkeakoulujen ja yliopistojen opetushenkilökunnalle ja opiskelijoille täydentäväksi luentomateriaaliksi, mutta se soveltuu sellaisenaan myös kenen tahansa standardeista kiinnostuneen käytettäväksi. Metsta ry Metalliteollisuuden Standardisointiyhdistys ry (MetSta ry) on Suomen Standardisoimisliitto SFS ry:n toimialayhteisö. MetSta ry:n standardisointialue kuuluu Teknologiateollisuus ry:n toimialaan. Yhdistyksen tarkoituksena on edistää standardisoinnin avulla suomalaisen kone- ja metalliteollisuuden kilpailukykyä sekä alan ja käyttäjän turvallisuutta. Lisäksi yhdistyksen tehtävänä on turvata alan yrityksille ja yhteisöille edellytykset osallistua toimialan standardisointityöhön ja huolehtia alan teollisuuden tarvitsemien SFS–standardien laadinnasta. Lisätietoa Suomessa standardeja myy Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. SFS:n verkkosivujen www.sfs.fi lisäksi SFS:n oppilaitosportaali www.sfsedu.fi on hyvä tietolähde standardien hakemiseen. Sieltä löytyy myös muuta opintoja tukevaa, standardeja koskevaa materiaalia. Useat oppilaitokset ovat solmineet online-sopimuksen SFS:n kanssa, jolloin standardeja on saatavilla internet-yhteyden kautta. Kysy online-käytöstä oppilaitoksesi kirjastosta. Tämä materiaali on päivitetty viimeksi 14.8.2009. Varmista tiedon oikeellisuus ja ajantasaisuus voimassaolevista standardeista. © Metalliteollisuuden standardisointiyhdistys ry, 2009 Aineiston käyttö kaupallisiin tarkoituksiin kielletty.

Sisällysluettelo 1 Johdanto……………………………………………………………………….........................2 2 Terässtandardit – yleistä……………………………………………………………………....5 3 Terästen nimikkeet……………………………………………………………………………..6 4 Ainestodistukset……………………………………………………………………………......7 5 Kuuma- ja kylmävalssattavat rakenneteräkset.........…………………………………….....9 5.2 Kuumavalssattavat rakenneteräkset…….......……………………………………....10 5.3 Kylmävalssattavat rakenneteräkset……………………………………………….....13 6 Ruostumattomat teräkset………………………………………………………………….....14 7 Nuorrutusteräkset……………………………………………………………………………..18 8 Hiiletysteräkset………………………………………………………………………………...22 9 Alumiinit ja alumiiniseokset...........................................................................................25 10 Mekaaninen aineenkoetus..........................................................................................31 10.1 Brinellin kovuuskoe............................................................................................32 10.2 Vickersin kovuuskoe..........................................................................................34 10.3 Rockwellin kovuuskoe........................................................................................36 10.4 Metallien kovuusarvojen muuntaminen..............................................................39 10.5 Vetokoe.............................................................................................................40 10.6 Charpyn V- ja U-iskukokeet...............................................................................42 11 Tilausohje ja –esimerkki..............................................................................................43 3

1 Johdanto Miten materiaali- ja aineenkoetusstandardit liittyvät konetekniikkaan, esimerkiksi tehonsiirtoakselin tai painelaitteiden suunnitteluun ja valmistukseen? 4

Lämpökäsitellyt metalliset osat: ISO 15787 Geometrinen tolerointi: SFS 4443, SFS-EN ISO 1101,SFS-EN ISO 2692 Piirustussäännöt: SFS-ISO 128 Kierteet: SFS-EN ISO 6410, SFS-ISO 15786 Mittojen toleranssimerkinnät: SFS-ISO 406 Mittojen tolerointi: SFS-ISO 286 EN 20286 Mittakaavat: SFS-EN ISO 5455 Mitoittaminen: SFS-ISO 129 Materiaali: rakenneteräkset: SFS-EN 10025-1…6 nuorrutusteräkset: SFS-EN 10083-1…3 hiiletysteräkset: SFS-EN 10084 ruostumattomat teräkset: SFS-EN 10088-1…3 Pintamerkinnät: SFS-EN ISO 1302 ISO 2768-mK Yleistoleranssit: SFS-EN 22768 5

Piirustussäännöt: SFS-ISO 128 Lämmittämättömät painesäiliöt: SFS-EN 13445-1...5 Hitsausmerkinnät: SFS-EN 22553 Materiaali: painelaitelevyteräkset: SFS-EN 10028-1…7 alumiinit: SFS-EN 485-1…4 ruostumattomat teräkset: SFS-EN 10088-1…3 6

2 Terässtandardit - yleistä SFS-EN 10020 Teräslajien määritelmät ja luokittelu. SFS-EN 10021:2007 Terästuotteiden yleiset tekniset toimitusehdot. SFS-EN 10204:2004 Metallituotteiden ainestodistukset. SFS-EN 10079:2007 Terästuotteiden määritelmät. SFS-EN 10027-1:2005 Terästen nimikejärjestelmät. Osa 1: Terästen nimikkeet. SFS-EN 10027-2:1993 Terästen nimikejärjestelmät. Osa 2: Numeerinen järjestelmä. SFS-EN 10029:1991 Kuumavalssatut teräslevyt, paksuus 3mm tai yli. Mitta-, muoto- ja painotoleranssit. 7

3 Terästen nimikkeet Esimerkki rakenneterästen nimikkeiden Ote standardin SFS-EN 10027-1 taulukosta 1. Rakenneteräkset. Esimerkki rakenneterästen nimikkeiden muodostamisesta standardin SFS-EN 10027-1 mukaan. Terästen nimikkeiden muita muodostamistapoja ovat kemiallisen koostumuksen (esim. ruostumaton teräs X10CrNi18-8) ja numerotunnuksen (esim. nuorrutusteräs 1.0501) mukaiset nimikkeet. 8

4 Ainestodistukset SFS-EN 10204:2004 Määrittelee kaikkien metallituotteiden (esim. levyjen, arkkien, tankojen, takeiden,…), valmistustavasta riippumatta, toimituksen yhteydessä ostajalle toimitettavien ainestodistuksien eri tyypit. Standardia voidaan soveltaa myös muille kuin metallituotteille. 9

4 Ainestodistukset Standardin SFS-EN 10204:2004 taulukko A.1. Yhteenveto ainestodistuksista. 10

5 Kuuma- ja kylmävalssatut rakenneteräkset 11

5.1 Kuumavalssatut rakenneteräkset SFS-EN 10025-1:2004 Määrittelee yleiset tekniset toimitusehdot (luokittelu ja nimike, ostajan toimittamat tiedot, kemiallinen koostumus, tarkastus,…). SFS-EN 10025-2:2004 Määrittelee osan 1 lisäksi kuumavalssattujen, seostamattomien laatuterästen tekniset toimitusehdot levytuotteille, pitkille tuotteille ja puolivalmisteille. Sekä näiden lisäksi kolme koneterästä. 12

5.1 Kuumavalssatut rakenneteräkset Ote standardin SFS-EN 10025-2:2004 taulukosta 2. Levytuotteiden ja pitkien tuotteiden kemiallinen koostumus. 13

5.1 Kuumavalssatut rakenneteräkset Ote standardin SFS-EN 10025-2:2004 taulukosta 7. Mekaaniset ominaisuudet huoneenlämpötilassa levytuotteille ja pitkille tuotteille, joille esitetään iskusitkeysvaatimukset. Terästen nimikkeet muodostetaan standardien SFS-EN 10027-1 ja -2 mukaisesti. Esimerkkitaulukossa terästen nimikkeessä kirjain ”S” tarkoittaa rakenneterästä. Kirjaintunnuksen perässä olevat numerot osoittavat teräksen vähimmäismyötölujuuden ohuimman aineenpaksuusalueen mukaan. Tunnukset JR, J0, J2, jne. osoittavat teräkselle tehtävän iskusitkeyskokeen koelämpötilan. Ks. Kappale 3. 14

5.2 Kylmävalssatut rakenneteräkset SFS-EN 10130:2007 Määrittelee tekniset toimitusehdot kylmävalssatuille kylmämuovattaville ohutlevyteräksille. Ote standardin taulukosta 2. Viimeistelyvalssattujen tuotteiden ominaisuudet. 15

6 Ruostumattomat teräkset 16

6 Ruostumattomat teräkset SFS-EN 10088-2:2005 Määrittelee tekniset toimitusehdot yleiseen käyttöön tarkoitetuille kuuma- tai kylmävalssatuille korroosionkestäville ruostumattomille standardi- ja erikoisteräslevyille ja –nauhoille. SFS-EN 10088-3:2005 Tekniset toimitusehdot yleiseen käyttöön tarkoitetuille korroosionkestäville tangoille, valssilangoille, langoille, profiileille, kirkkaille tuotteille ja puolivalmisteille. Korroosionkestävissä teräksissä on vähintään 10,5% kromia ja enintään 1,20% hiiltä ja niiden pääominaisuus on korroosionkestävyys. 17

6 Ruostumattomat teräkset Ote standardin SFS-EN 10088-2:2005 taulukosta 3. Austeniittisten korroosionkestävien terästen kemiallinen koostumus (sulatusanalyysi). 18

6 Ruostumattomat teräkset Ote standardin SFS-EN 10088-2:2005 taulukosta 10. Liuotushehkutettujen austeniittisten ruostumattomien terästen mekaaniset ominaisuudet. 19

7 Nuorrutusteräkset 20

7 Nuorrutusteräkset SFS-EN 10083-1:2006 Määrittelee yleiset tekniset toimitusehdot seuraaville tuotteille: kuumamuokatut aihiot, esim. levyaihiot tangot valssilanka leveät latat kuumavalssattu nauha ja levy takeet. Nämä tuotteet valmistetaan suorakarkaistavista seostamattomista ja seostetuista nuorrutusteräksistä (SFS-EN 10083-2) sekä seostamattomista ja seostetuista liekki- ja induktiokarkaistavista teräksistä (SFS-EN 10083-3). Nuorrutus tarkoittaa karkaistun teräksen päästöä korkeassa lämpötilassa 500...700 celsius-astetta (nuorrutus), sen jälkeen teräs jäähdytetään ilmassa. Tavoitteena on sitkeys, hyvät lujuusominaisuudet ja hyvä väsymislujuus. 21

7 Nuorrutusteräkset SFS-EN 10083-2:2006 Määrittelee tekniset toimitusehdot osan 1 tuotteille, jotka valmistetaan suorakarkaistavista seostamattomista nuorrutusteräksistä ja seostamattomista liekki- ja induktiokarkaistavista teräksistä. SFS-EN 10083-3:2006 Määrittelee tekniset toimitusehdot osan 1 tuotteille, jotka valmistetaan suorakarkaistavista seostetuista nuorrutus-, liekki- ja induktiokarkaistavista teräksistä. 22

7 Nuorrutusteräkset Ote standardin SFS-EN 10083-2:2006 taulukosta 9. Seostamattomien nuorrutusteräksien mekaaniset ominaisuudet huoneenlämpötilassa, nuorrutetussa tilassa (+QT). Ote standardin SFS-EN 10083-3:2006 taulukosta 8. Seostettujen nuorrutusterästen mekaaniset ominaisuudet huoneenlämpötilassa (+QT). Tunnus +QT tarkoittaa nuorrutettua lämpökäsittelytilaa. 23

8 Hiiletysteräkset 24

8 Hiiletysteräkset SFS-EN 10084:2008 Määrittelee tekniset toimitusehdot seuraaville, seostamattomista tai seostetuista hiiletysteräksistä, valmistetuille tuotteille: Kuumamuokatut aihiot, esim. levyaihiot tangot valssilanka leveät latat, kvarttolevyt kuumavalssattu levy ja nauha vapaa- ja muottitakeet. Hiiletyskarkaisussa teräksen pintaan muodostuu ohut, runsaasti hiiltä sisältävä martensiittinen ja puristusjännitystilassa oleva pintakerros. Karkaisun jälkeen teräs yleensä päästetään alhaisissa lämpötiloissa. Näin saavutetaan hyvä kulumis- ja väsymiskestävyys sekä sitkeys. 25

8 Hiiletysteräkset Teräksen 18CrNiMo7-6 jominynauhat standardin SFS-EN 10084:2008 mukaisesti. 26

9 Alumiinit ja alumiiniseokset 27

9 Alumiinit ja alumiiniseokset Levytuotteet SFS-EN 485-1:2008 Määrittelee yleisiin käyttötarkoituksiin tarkoitettujen muokattujen alumiini- ja alumiiniseoslevyjen ja –nauhojen yleiset tekniset toimitusehdot. SFS-EN 485-2:2009 Määrittelee osan 1 tuotteiden mekaaniset ominaisuudet. 28

9 Alumiinit ja alumiiniseokset Ote standardin SFS-EN 485-2:2009 taulukosta 40. Alumiini EN AW-6082 [Al Si1MgMn]. 29

9 Alumiinit ja alumiiniseokset SFS-EN 485-3:2003 Määrittelee yleisiin käyttötarkoituksiin tarkoitettujen, kuumavalssaamalla muokattujen, alumiini- ja alumiiniseoslevyjen ja –nauhojen mitta- ja muototoleranssit. SFS-EN 485-4:1994 Määrittelee yleisiin käyttötarkoituksiin tarkoitettujen, kylmävalssaamalla muokattujen, alumiini- ja alumiiniseoslevyjen ja –nauhojen mitta- ja muototoleranssit. 30

9 Alumiinit ja alumiiniseokset Vedetyt tuotteet SFS-EN 754-1…8 Standardisarja EN 754 esittää yleisiin käyttötarkoituksiin tarkoitettujen vedettyjen alumiini- ja alumiiniseostankojen ja -putkien yleiset tekniset toimitusehdot (osa 1), mekaaniset ominaisuudet (osa 2) sekä mitta- ja muototoleranssit (osat 3…8). Standardi koskee tuotteita, jotka on ensin pursotettu ja sen jälkeen vedetty. 31

9 Alumiinit ja alumiiniseokset Pursotetut tuotteet SFS-EN 755-1…9 Standardisarja EN 755 esittää yleisiin käyttötarkoituksiin tarkoitettujen pursotettujen alumiini- ja alumiiniseostankojen, -putkien ja profiilien yleiset tekniset toimitusehdot (osa 1), mekaaniset ominaisuudet (osa 2) sekä mitta- ja muototoleranssit (osat 3…9). 32

10 Mekaaninen aineenkoetus 33

10.1 Brinellin kovuuskoe SFS-EN ISO 6506-1:2006 Määrittelee metallien Brinellin kovuuskokeen kovuuteen 650 HBW asti. Kovuus ilmaistaan kovuuden arvolla ja tämän jälkeen liitettävällä tunnuksella HBW, sekä seuraavilla lisätunnuksilla: kuulan halkaisija koevoimaa kuvaava luku kuormitusaika, s, mikäli poikkeaa määritellyssä ajasta. Paininkärki (kovametallikuula, halkaisija D) painetaan koekappaleen pintaan. Painuman halkaisija d mitataan koevoiman F poistamisen jälkeen. Brinellin kovuus on voiman ja kuulan aiheuttaman painumakalotin pinta-alan lukuarvojen suhde. Painuman oletetaan säilyttävän kuulan muodon ja sen pinta-ala lasketaan painuman halkaisijoiden keskiarvosta ja kuulan halkaisijasta. Aikaisempia Brinellin kovuuden tunnuksia HB tai HBS käytettiin teräskuulapaininkärjillä. Tässä osassa kovametallipaininkärjen käyttö on määritelty. Huom. tietyille materiaaleille ja/tai tuotteille on olemassa omat kansainväliset standardinsa. Kuva 1. Kokeen suoritusperiaate. SFS-EN ISO 6506-1:2006. 34

10.1 Brinellin kovuuskoe Esimerkki Brinellin kovuuden (HBW) esitystavasta: 35

10.2 Vickersin kovuuskoe SFS-EN ISO 6507-1:2006 Määrittelee metallien Vickersin kovuuskokeen kolmella eri koevoiman alueella (ks. ote taulukosta 1) Ote standardin SFS-EN ISO 6507-1:2006 taulukosta 1. Neliöpohjainen säännöllinen timanttipyramidi, jonka vastakkaisten sivutahkojen välinen kulma on määrätty, painetaan koekappaleeseen ja koevoiman F poistamisen jälkeen mitataan koekappaleen pintaan jääneen painuman lävistäjät. Vickersin kovuus on koevoiman ja painuman pinta-alan lukuarvojen suhde. Painuman oletetaan olevan neliöpohjaisen säännöllisen pyramidin muotoinen ja sen kärkikulma on sama kuin paininkärjellä. Huom. tietyille materiaaleille ja/tai tuotteille on olemassa omat kansainväliset standardinsa. Kuva 1. Kokeen suoritusperiaate. SFS-EN ISO 6507-1:2006. 36

10.2 Vickersin kovuuskoe Esimerkki Vickersin kovuuden (HV) esitystavasta: 37

10.3 Rockwellin kovuus- ja pintakovuuskoe SFS-EN ISO 6508-1:2006 Määrittelee metallien Rock- wellin kovuus- ja pintakovuus- kokeen. Kokeessa käytetään standardin osan 2 mukaista timanttikartio- tai kovametalli- kuulapaininkärkeä. Määrätyn kokoinen ja muotoinen sekä määrättyä materiaalia oleva paininkärki painetaan koekappaleen pintaan kahdessa vaiheessa määrätyllä tavalla. Painuman syvyyden pysyvä lisäys h mitataan esivoiman vaikuttaessa, mutta lisävoima poistettuna. Rockwellin kovuus lasketaan arvosta h ja vakioista N ja S seuraavalla kaavalla: Rockwellin kovuus = N – (h/S). Kuva 1. Rockwellin kovuuskokeen periaate. SFS-EN ISO 6508-1:2006. 38

10.3 Rockwellin kovuus- ja pintakovuuskoe Ote standardin SFS-EN ISO 6508-1:2006 taulukosta 1. Rockwellin asteikot. HUOM. Metallisten materiaalien kovuusmittauksissa käytetään yleisimmin Rockwellin C-asteikkoa. 39

10.3 Rockwellin kovuus- ja pintakovuuskoe Esimerkki Rockwellin kovuuden esitystavasta: 40

10.4 Metallien kovuusarvojen muuntaminen SFS-EN ISO 18265:2004 Määrittelee metallien kovuusarvojen muuntamisen periaatteet ja esittelee yleistietoja muunnostaulukoiden käytöstä. Ote standardin SFS-EN ISO 18265:2004 taulukosta A.1. Seostamattomien ja niukasti seostettujen terästen sekä valurautojen kovuus – kovuus tai kovuus – murtolujuus muunnokset. Huom! Kovuuskokeen ja vetokokeen kuormitustavat poikkeavat toisistaan merkittävästi, minkä vuoksi ei ole mahdollista johtaa mallin avulla luotettavaa vastaavuutta näillä kokeilla mitattavien ominaisuuksien välille. Kuitenkin kovuudella ja murtolujuudella on hyvä korrelaatio, joten on mahdollista johtaa kokemusperäisiä vastaavuuksia rajattuihin käyttötarkoituksiin. Kovuuksien muuntaminen murtolujuuksiksi mahdollistaa murtolujuuden määrittämisen kovuuskokeiden avulla (vetokoe voi olla liian hankala tehdä tai tutkittavaa kappaletta ei voida rikkoa). Murtolujuuksien muuntaminen on kuitenkin vähiten luotettava muunnosmenettely! Vastaavasti kovuuksia muunnettaessa eri kovuusasteikkojen välillä voidaan kovuuden arvo korvata toisen menetelmän mukaisella kovuuden arvolla. 41

10.5 Vetokoe SFS-EN 10002-1:2002 Määrittelee metallien vetokokeen suorittamisen huoneenlämpötilassa, sekä siinä määritettävät mekaaniset ominaisuudet Esimerkki tyypillisestä vetokokeessa käytettävästä pyörökoesauvasta 42

10.5 Vetokoe A on jännitys B on venymä 25 on murtolujuus 16 on Ei-verrannollinen tasavenymä 17 on kokonais-tasavenymä 14 on murtovenymä 18 on kokonais-venymä murtohetkellä 43

10.6 Charpyn V- ja U-iskukokeet SFS-EN 10045-1:1990 Määrittelee metallien Charpyn V- ja U-iskukokeet. 1 on koesauvan pituus 7 on tukien välinen etäisyys 8 on tukien pyöristyssäde 9 on tuen päästökulma iskusuunnassa 10 on iskuheilurin terän kulma 11 on terän pyöristyssäde 12 on iskuheilurin terän enimmäisleveys Iskukokeet suoritetaan iskemällä kerran, kuvan mukaisella iskuheilurilla, keskeltä lovettua ja molemmista päistä tuettua koesauvaa. Materiaalin iskusitkeyden mittana käytetään iskussa kulunutta energiaa eli iskutyötä [J]. Koesauvassa oleva lovi on joko V- tai U-lovi. 44

11 Tilausohje- ja esimerkki Terästuotteiden tilauksessa ostajalta tyypillisesti vaadittuja tietoja: tilattava määrä tuotteen muoto sovellettava eurooppalainen mitta-, muoto- ja paino- toleranssistandardi tuotteen nimellismitat kyseisen eurooppalaisen standardin numero teräslajin nimike tai numerotunnus (teräslaji) toimitustila ainestodistustyyppi (optiot). 45

11 Tilausohje ja –esimerkki Uusimpiin terässtandardeihin on merkitty pisteellä (•) ne kohdat, joista on sovittava kyselyn ja tilauksen yhteydessä ja kahdella pisteellä (••) ne kohdat, joista voidaan sopia kyselyn ja tilauksen yhteydessä. Optiot ovat lisävaatimuksia, joista ostaja ja toimittaja voivat sopia kyselyn ja tilauksen yhteydessä. 46

11 Tilausohje ja –esimerkki Esimerkki 1. Kuvan mukaisen tehonsiirtoakselin materiaalin tilaus. 47

11 Tilausohje ja –esimerkki Esimerkki 1. Kymmenen pyörötankoa, nimellishalkaisija 60 mm, nimellispituus 8000 mm, standardin EN 10060 mukaiset toleranssit, standardin EN 10083-2 mukainen teräslaji C45 (1.0503), lämpökäsittelytila +A, standardin EN 10204 mukainen vastaanottotodistus 3.1. 10 pyörötankoa EN 10060 – 60x8000 EN 10083-2 – C45+A EN 10204 – 3.1 Lämpökäsittelytila (+A) tarkoittaa pehmeäksi hehkutettua tilaa. 48