Stale narzędziowe - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznawstwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin
spartacus_80
spartacus_8015 April 2013

Stale narzędziowe - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznawstwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin

DOC (474.0 KB)
6 strona
1000+Liczba odwiedzin
Opis
Inżynieria: notatki z dziedziny materiałoznawstwa dotyczące stali narzędziowych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 6
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Stale narzędziowe

1. Wprowadzenie

Rysunek 1. Klasyfikacja stali narzędziowej.

Materiały inżynierskie

Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w

Stal narzędziowa to stal, z której wykonuje się narzędzia do kształtowania wszystkich

grup materiałów: metali (przez kucie, cięcie, wyciskanie, ciągnienie, walcowanie lub

odlewanie do form metalowych oraz do kształtowania), polimerów, ceramik oraz

kompozytów.

Stale te są zatem twardymi materiałami wysokiej jakości, odpornymi na ścieranie, na

działanie ciepła i zdolnymi do przenoszenia dużych naprężeń zarówno w temperaturze

pokojowej, jak i zbliżonej do 700º C, przy bardzo małym zużyciu. Własności stali

narzędziowych wynikają ze zdolności do hartowania podczas chłodzenia z zakresy austenitu.

Głównym celem dodawania pierwiastków stopowych jest: zwiększenie hartowności,

odporności na odpuszczające działanie ciepła oraz zachowanie twardości w wysokiej

temperaturze. Przeważnie dodaje się: Cr, Mo, W, V oraz Mn. Stale te są wytapiane w małych

łukowych piecach elektrycznych. Mogą być również wykonywane techniką metalurgii proszków, gdy pożądany skład chemiczny jest trudny do uzyskania tradycyjną techniką. Skład

chemiczny poszczególnych grup stali narzędziowych określa norma PN-EN ISO 4957:2002

(U). Klasyfikacja stali narzędziowych przedstawiona została na rysunku 1.

Podstawowymi własnościami stali narzędziowych, określającymi ich zachowanie

podczas eksploatacji, są:

• odporność na zużycie i odkształcenie

• udarność

• odporność na odpuszczające działanie ciepła.

2.Stale narzędziowe do pracy na zimno.

Stale narzędziowe do pracy na zimno są przeznaczone na narzędzia, które podczas

pracy nie nagrzewają się powyżej temperatury 250 º C. Stale te charakteryzuje duża twardość

oraz odporność na ścieranie, co wynika ze stosowania ich w stanie zahartowanym i nisko

odpuszczonym. Mikrostruktura stali po hartowaniu składa się z martenzytu, węglików

nierozpuszczonych podczas austenityzowania i austenitu szczątkowego. Stal z większą

ciągliwością przeznaczone są na narzędzia narażone na działanie obciążeń o charakterze

dynamicznym.

Stale narzędziowe do pracy na zimno dzielimy na stale niestopowe oraz stopowe.

Pierwiastki stopowe tworzące węgliki (Cr, V, Mo, W) powodują u stali stopowych, przy tej

samej twardości, większą odporność na ścieranie niż mają stale niestopowe.

2.1 Stale narzędziowe niestopowe do pracy na zimno.

PAGE 3

Stale niestopowe do pracy na zimno muszą mieć przede wszystkim dużą twardość i

odporność na ścieranie. Na znak tych stali składa się litera C a za nią liczba będąca 100-

krotną zawartością węgla, natomiast końcowe oznaczenie literą U oznacza przeznaczenie stali

na narzędzia.

Przykładowe oznaczenie C120U oznacza, że jest to stal niestopowa, narzędziowa

przeznaczona do pracy na zimno o zawartości węgla 1,2 %. Stale zawierające mniejszy

procent węgla są stosowane na narzędzia pracujące udarowo między innymi: przecinaki i

młotki, oraz na proste narzędzia tnące, np.: dłuta i piły. Natomiast stale o dużej zawartości

węgla wykorzystuje się na proste narzędzia tnące do drewna, papieru i tworzyw sztucznych

oraz na narzędzia rolnicze.

Tablica 1 zawiera składy chemiczne stali narzędziowych niestopowych ujętych w

normie PN-EN ISO 4957:2002 (U).

2.2 Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno.

W przypadku, gdy podczas pracy narzędzia występują znaczne naciski, konieczne jest

zwiększenie grubości warstwy zahartowanej i wytrzymałości rdzenia. By uzyskać taki efekt

stosuje się stal wzbogaconą dodatkami stopowymi. Głównie dodaje się dodatki stopowe

pierwiastków tworzących węgliki czyli: Cr, Mo, W oraz V. Powoduje to wzrost odporności na

ścieranie oraz zwiększenie hartowności.

W przypadku stopów wysokochromowych odporność na ścieranie rośnie wraz z

zawartością węgla. Lecz, gdy zawartość C oraz Cr jest zbyt duża stop znacząco traci na

przewodności cieplnej, co jest przyczyną niekorzystnego rozkładu naprężeń własnych i

zniekształceń wyrobu podczas obróbki cieplnej. Mała zawartość węgla natomiast pozwala na

uzyskanie dobrej odporności na uderzenia oraz wstrząsy. Takie stale wykorzystuje się do

tworzenia narzędzi do młotów pneumatycznych takich jak: dłuta, nitowniki, groty.

Stale stopowe poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków stopowych we

właściwych proporcjach, pozwalają na optymalizację właściwości w zależności od ich

przeznaczenia.

Tablica 2 zawiera znormalizowane składy chemiczne stali narzędziowych stopowych

ujętych w normie PN-EN ISO 4957:2002 (U).

3. Stale narzędziowe do pracy na gorąco Stale narzędziowe do pracy na gorąco są przeznaczone na narzędzia pracujące

PAGE 3

W zakresie temperatur od 250ºC do 700ºC. Stosuje się je na martyce, przebijaki, trzpienie,

formy odlewnicze i narzędzia do wyciskania. Stale te narażone są na odpuszczające działanie

ciepła, nagłe zmiany temperatury oraz duże naciski i ścieranie. Wymagania stawiane stalom

do pracy na gorąco:

• odporność na odkształcenie w wysokiej temperaturze,

• odporność na obciążenia dynamiczne i działanie karbu

• odporność erozyjna

• minimalne zmiany kształtu podczas obróbki cieplej

• skrawalność

• odporność na zmęczenie cieplne

Naprężenia cieplne oraz mechaniczne powodują tworzenie się siatki pęknięć

powierzchniowych (pęknięcia ogniowe). Przeciwdziała się temu zjawisku dodając Si oraz Cr. Pierwiastki te zwiększają wytrzymałość zmęczeniową, odporność na utlenianie i

wytrzymałość w wysokiej temperaturze.

Najczęstszą przyczyną zużywania się narzędzi do pracy na gorąco jest zmęczenie

cieplne na wskutek cyklicznego nagrzewania i chłodzenia warstwy powierzchniowej, co

powoduje jej rozszerzanie się i kurczenie na skutek cyklicznego kontaktu z formowanym

materiałem nagrzanym do wysokiej temperatury. Odpowiednie własności do takich

zastosowań mają stale narzędziowe o stosunkowo małej zawartości C ( 0,3 ± 0,55%),

zawierające dodatki stopowe pierwiastków: Cr, V, Mo, W oraz czasami Si, Ni i

Co. Stale z mała zawartością dodatków stopowych cechują się dobrą przewodnością

cieplną, co powoduje mniejszą skłonność do pęknięć spowodowanych zmęczeniem cieplnym.

Stale narzędziowe do pracy na gorąco stosuje się również na formy do kształtowania

polimerów pod ciśnieniem. Muszą one spełniać surowe wymagania co do porowatości,

czystości, jednorodności i hartowności. Taka stal wytapiana jest w piecu elektrycznym,

odgazowana w próżni i odtleniania przy użyciu specjalnych

technik. Kombinacja kucia spęczającego obróbką cieplną ujednorodniającą pozwala uzyskać

jednorodną strukturę, bez rzadzizn i pustek.

Podstawowe znaczenie przy doborze stali narzędziowej do pracy na gorąco ma

temperatura, do jakiej nagrzewa się narzędzie. Do temperatury ok. 230ºC stosuje się stale

niestopowe i niskostopowe. Stale chromowe stosuje się do temperatury 420ºC. Do wyższych

temperatur stosuje się stale zawierające Mo, W i V. Tablica 3 przedstawia znormalizowane składy chemiczne stali narzędziowych do

pracy na gorąco ujęte w normie PN-EN ISO 4957:2002 (U).

PAGE 3

4. Stale szybkotnące

Stale szybkotnące są stalami stosowanymi na narzędzia skrawające z dużymi

szybkościami. Mają one odpowiednio dużą twardość w wysokich temperaturach.

Charakteryzują się dużą zawartością węgla i pierwiastków stopowych, tworzących węgliki,

np. V, Mo, W i Cr. Niektóre z nich zawierają również Co.

Skład chemiczny zmienia się w bardzo dużym zakresie. Własności tnące stali szybkotnącej są zależne od odporności na ścieranie, udarności oraz odporności na

odpuszczające działanie ciepła. Odporność na ścieranie ma związek z rodzajem, zawartością

i kształtem węglików pierwotnych (MC, M6C) oraz twardością osnowy. Udarność określana

jest stanem odpuszczonej osnowy, wielkością byłego ziarna austenitu, przestrzennym

rozmieszczeniem i rozkładem wielkości węglików pierwotnych. Osnowa stali szybkotnącej

składa się z dobrze odpuszczonego martenzytu i węglików powodujących twardość wtórną.

Zmiany w osnowie podczas pracy narzędzia są zależne głównie od ułamka objętości i wielkości węglików powodujących twardość wtórną oraz od ich skłonności do koagulacji.

W stalach szybkotnących występują następujące węgliki: M6C, M23C6, MC, M2C,

M3C. Od składu chemicznego oraz parametrów obróbki cieplnej zależy jakie węgliki i w

jakich ilościach występują w stali.

Wolfram (W) i Molibden (Mo) są podstawowymi pierwiastkami stopowymi stali

szybkotnących. Większa

ich zawartość powoduje lepsze właściwości tnące stali. Oba pierwiastki opóźniają procesy

występujące podczas odpuszczania i dzięki temu zwiększają efektywność cięcia. Stale o dużej

zawartości Mo mają nieco większą udarność przy tej samej twardości, niż stale o dużej

zawartości W, natomiast stale z Mo są w większym stopniu narażone na odwęglenie niż stale

z W.

Kolejnymi ważnymi pierwiastkami stopowymi stali szybkotnących są: wanad (V).

Tworzy on węglik VC. Zwiększa odporność na ścieranie oraz powoduje twardość wtórną;

Chrom (zazwyczaj 4%) zwiększa hartowność stali; Kobalt poprawia własności

wysokotemperaturowe stali. Zwiększa twardość na gorąco i efekt twardości wtórnej oraz

PAGE 3

zwiększa przewodność cieplną dzięki czemu narzędzia moją skrawać szybciej ponieważ

efektywniejsze staje się chłodzenie ostrza w czasie pracy.

Mikrostrukturę stali szybkotnącej powinna stanowić twarda i jednorodna osnowa z

dużym ułamkiem drobnych i równomiernie rozmieszczonych nierozpuszczonych podczas

austenityzowania, jak i tworzących się podczas obróbki cieplnej węglików o dużej twardości

i stabilności. Dlatego głównym celem procesu wytwarzania stali szybkotnącej jest uzyskanie

takiej mikrostruktury.

5. Bibliografia

1. Blicharski M.: Inżynieria materiałowa. Stal. Warszawa, WNT 2004 2. Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inżynierskie z podstawami projektowania materiałowego. Gliwice . Warszawa, WNT 2002. 3. Pacyna J.: Materiały Narzędziowe. Notatki z wykładów wygłoszonych w roku akademickim 2008/2009. Kraków, AGH 2008.

PAGE 3

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome