Pallografiittivaluraudan ominaisuudet

Pallografiittivalurauta erottuu tavallisesta harmaasta valuraudasta erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa (elastisuus, iskulujuus, venymä jne.) ansiosta. Nämä johtuvat grafiitin pallomaisesta muodosta.

Rautapohjaiset materiaalit voidaan luokitella perusmetallin hiilipitoisuuden perusteella:

• rauta: 0–0,1 % C
• teräs: 0,1–1,7 % C
• valurauta tai pallografiittivalurauta: 1,7–5 % C

Alle 1,7 % hiilipitoisuudella jähmettyminen tuottaa austeniittisen yksifaasisen materiaalin, jossa hiili on liuenneena rakenteeseen. Yli 1,7 % hiilipitoisuudella kaikkea hiiltä ei voida liuottaa rautarakenteeseen, jolloin se kiteytyy erilliseksi faasiksi joko grafiittina (puhdas C) tai rautakarbidina (Fe₃C).

Valurauta on monifaasiinen materiaali, jonka rakenne on monimutkainen. Yleisimmät rakenneosat ovat ferriitti (Feα) ja perliitti (Feα + Fe₃C). Myös pieninä pitoisuuksina esiintyvät seosaineet vaikuttavat rakenteeseen, mekaanisiin ominaisuuksiin ja valettavuuteen. Piillä (yleensä 1–3 %) on erityinen merkitys, ja se tekee valuraudasta käytännössä ternäärisen seoksen: rauta, hiili ja pii.

Erilaiset valuraudat

Termi valurauta kattaa laajan kirjon Fe–C–Si-seoksia. Ne luokitellaan yleensä grafiitin muodon perusteella, ja lisäksi erotellaan metallimatriksin rakenteen mukaan (ferriittinen, perliittinen).

Grafiitin muodon vaikutus

Ns. harmaissa valuraudoissa grafiitti esiintyy hiutalemaisessa muodossa (lamellaarinen grafiitti). Näiden hiutaleiden kohdalle syntyy jännityskeskittymiä, jotka voivat toimia halkeamien alkukohtina.

Tämän vuoksi metallurgit ovat pyrkineet vähentämään tai poistamaan tätä vaikutusta muuttamalla grafiittihiutaleiden kokoa ja jakautumista. Ensimmäinen merkittävä parannus saavutettiin keskipakovalamalla harmaavalurautaputkia, jolloin grafiittihiutaleista saatiin erittäin hienojakoisia.

Ratkaiseva edistysaskel saavutettiin vuonna 1948, kun Yhdysvalloissa ja Isossa‑Britanniassa kehitettiin pallografiittivalurauta (ductile iron).

Tässä materiaalissa grafiitti ei enää esiinny hiutaleina, vaan pallomaisina rakeina, mikä estää halkeamien etenemisen. Pallomainen grafiitti saadaan aikaan lisäämällä pieni ja tarkasti kontrolloitu määrä magnesiumia rikkiä poistettuun perusrautaan.

Pallografiittivaluraudan ominaisuudet

Pallografiittivaluraudan erinomaiset mekaaniset ominaisuudet perustuvat grafiitin pallomaiseen muotoon:

• vetolujuus
• iskunkestävyys
• korkea myötöraja
• hyvä venymä

Näitä ominaisuuksia voidaan vielä parantaa metallin kemiallisen koostumuksen hallinnalla ja lämpökäsittelyllä.

Pallografiittivalurauta säilyttää myös valuraudalle tyypilliset ominaisuudet, jotka johtuvat korkeasta hiilipitoisuudesta:

• puristuslujuus
• hyvä valettavuus
• kulumiskestävyys
• hyvä koneistettavuus
• hyvä väsymiskestävyys

Saint‑Gobain PAM pallografiittivalurautaputket ja -osat

Kaikki PAM-putket ja -liitososat valmistetaan pallografiittivaluraudasta standardien EN 545 ja ISO 2531 mukaisesti.

Rautamateriaalien määritelmä

Rautapohjaiset materiaalit voidaan luokitella perusmetallin hiilipitoisuuden perusteella:

• rauta: 0–0,1 % C
• teräs: 0,1–1,7 % C
• valurauta tai pallografiittivalurauta: 1,7–5 % C

Alle 1,7 % hiilipitoisuudella jähmettyminen tuottaa austeniittisen yksifaasisen materiaalin, jossa hiili on liuenneena rakenteeseen. Yli 1,7 % hiilipitoisuudella kaikkea hiiltä ei voida liuottaa rautarakenteeseen, jolloin se kiteytyy erilliseksi faasiksi joko grafiittina (puhdas C) tai rautakarbidina (Fe₃C).

Valurauta on monifaasiinen ja rakenteeltaan monimutkainen materiaali. Yleisimmät rakenneosat ovat ferriitti (Feα) ja perliitti (Feα + Fe₃C). Myös pieninä pitoisuuksina esiintyvät seosaineet vaikuttavat rakenteeseen, mekaanisiin ominaisuuksiin ja valettavuuteen. Piillä (yleensä 1–3 %) on erityinen merkitys, ja se tekee valuraudasta käytännössä ternäärisen seoksen: rauta, hiili ja pii.

Erilaiset valuraudat

Termi valurauta kattaa laajan kirjon Fe–C–Si-seoksia. Ne luokitellaan yleensä grafiitin muodon perusteella, ja lisäksi erotellaan metallimatriksin rakenteen mukaan (ferriittinen, perliittinen).

Grafiitin muodon vaikutus

Ns. harmaissa valuraudoissa grafiitti esiintyy hiutalemaisessa muodossa (lamellaarinen grafiitti). Näiden hiutaleiden kohdalle syntyy jännityskeskittymiä, jotka voivat toimia halkeamien alkukohtina.

Tämän vaikutuksen vähentämiseksi metallurgit ovat pyrkineet muuttamaan grafiitin kokoa ja jakautumista. Ensimmäinen merkittävä parannus saatiin keskipakovalamalla harmaavalurautaputkia, jolloin grafiittihiutaleista saatiin erittäin hienojakoisia.

Ratkaiseva edistysaskel saavutettiin vuonna 1948, kun Yhdysvalloissa ja Isossa‑Britanniassa kehitettiin pallografiittivalurauta, joka tunnetaan yleisesti nimellä pallografiittivalurauta (ductile iron).

Tässä materiaalissa grafiitti ei enää esiinny hiutaleina, vaan pallomaisina rakeina, mikä estää halkeamien etenemisen. Pallomainen grafiitti saadaan aikaan lisäämällä pieni ja tarkasti kontrolloitu määrä magnesiumia rikkiä poistettuun perusrautaan.

Pallografiittivaluraudan ominaisuudet

Pallografiittivaluraudan erinomaiset mekaaniset ominaisuudet perustuvat grafiitin pallomaiseen muotoon:

• vetolujuus
• iskunkestävyys
• korkea myötöraja
• hyvä venymä

Näitä ominaisuuksia voidaan edelleen parantaa metallin kemiallista koostumusta ja lämpökäsittelyä hallitsemalla.

Samanaikaisesti pallografiittivalurauta säilyttää valuraudalle ominaiset edut, jotka johtuvat korkeasta hiilipitoisuudesta:

• puristuslujuus
• hyvä valettavuus
• kulumiskestävyys
• hyvä koneistettavuus
• hyvä väsymiskestävyys

Saint‑Gobain PAM pallografiittivalurautatuotteet

Kaikki PAM-putket ja liittimet valmistetaan pallografiittivaluraudasta standardien EN 545 ja ISO 2531 mukaisesti.

Huomautus 1:
Valmistajan ja asiakkaan välisellä sopimuksella voidaan määrittää 0,2 %:n myötöraja (Rp₀,₂). Sen tulee olla vähintään:

• 270 MPa, kun A ≥ 12 % DN-välillä 40–1000 tai ≥ 10 % DN > 1000
• 300 MPa kaikissa muissa tapauksissa

Eri valurautatyyppien ominaisuuksien vertailu keskipakovaletuille putkille

Brinell-kovuus ei saa ylittää:

• 230 HB putkille
• 250 HB liitososille ja tarvikkeille

Hitsatuissa komponenteissa korkeampi Brinell-kovuus on sallittu hitsauksen lämpövaikutusalueella (HAZ) hitsin läheisyydessä.