Stale narzędziowe - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Stale narzędziowe - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (486.0 KB)
15 strona
452Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: stale narzędziowe.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 15
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.
Metaloznawstwo cz3.pdf

11. STALE NARZĘDZIOWE

Stale narzędziowe są przeznaczone do wytwarzania narzędzi, tj. przed- miotów służących do rozdzielania i rozdrabniania materiałów oraz nadawania kształtu przez obróbkę skrawaniem lub przeróbkę plastyczną. Ze stali narzę- dziowych wytwarza się ponadto niektóre przyrządy pomiarowe używane w masowej produkcji, oraz uchwyty, klucze itp.

Dobra jakość narzędzi, stanowiąca podstawę każdej nowoczesnej produk- cji, to poprawna konstrukcja narzędzi, odpowiedni dobór stali narzędziowej i właściwa obróbka cieplna. Technicznie i ekonomicznie uzasadniony dobór stali, uwzględniający warunki pracy narzędzia, jest możliwy na podstawie charakterystyk poszczególnych stali zawartych w kartach materiałowych, normach i katalogach.

Zgodnie z obowiązującymi w Polsce normami ponad 50 gatunków stali narzędziowych należy do czterech grup (tabl. 11.1): • narzędziowych węglowych, PN-84/H-85020, • narzędziowych stopowych do pracy na zimno, PN-86/H-85023, • narzędziowych stopowych do pracy na gorąco, PN-86/H-85021, • szybkotnących, PN-86/H-85022.

Wszystkie stale narzędziowe są stalami wyższej jakości, wytworzonymi nowoczesnymi metodami metalurgicznymi, które zapewniają zmniejszenie ilości gazów i zanieczyszczeń oraz zwiększenie jednorodności składu chemicz- nego i struktury stali. Oba te czynniki wpływają decydująco na właściwości użytkowe stali.

Wlewki stali narzędziowych są poddawane głównie kuciu na gorąco, co zapewnia najkorzystniejsze rozdrobnienie struktury. Przerobione plastycznie stale poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu. W stalach stopowych sferoidy- zacja trwa dłużej niż w węglowych, ponieważ dodatki stopowe mają mniejszą szybkość dyfuzji niż węgiel. Struktura sferoidytu zapewnia najmniejszą twar- dość materiału, 220-180 HB dla stali węglowych a 270-230 HB dla wysokostopowych, optymalną podatność na odkształcenia plastyczne oraz najlepszą obrabialność. Specyficzne warunki przeróbki plastycznej na go- rąco i wyżarzania zmiękczającego stali szybkotnących są omówione w rozdz. 11.2.3.

docsity.com

174

Tablica 11.1 Klasyfikacja i zasady znakowania stali narzędziowych

Płytko hartujące się: N7E, N8E, N9E, N10E, N11E, N12E, N13E

Głęboko hartujące się: N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11, N12, N13

Uwaga! - liczba określa zawartość węgla w dziesiątych częś- ciach procenta

NV, NCV1, NC5, NW1, NMWV, NMV, NCMS, MC6, NC4, NWC, NW9, NC10, NC11, NC11LV, NCLV, NZ2, NZ3, NFW

WCL, WCLV, WNL, WNL1, WNLV, WNLB, WLV, WLK, WLB, WWS1, WWN1, WWV

SW18, SW12, SW2M5, SW7M, SK5, SK5M, SK5MC, SK8M, SK5V, SK10V

Zasady znakowania Oznaczenie gatunku stali narzędziowej, zawiera pierwszą literę określającą przeznaczenie: Ν - na narzędzia do pracy na zimno, W - na narzędzia do pracy na gorąco, S - szybkotnącą.

Dalsze litery określają składniki stopowe lub ich grupy według następującej symboliki:

Μ - mangan, (w stalach szybkotnących - Μ - molibden) C - chrom, (w stalach szybkotnących o zawartości około 1,1% - C - węgiel) S - krzem, Κ - kobalt, Ν - nikiel, Β - bor, L - molibden, Ρ - chrom + nikiel + wanad, V - wanad, Z - krzem + chrom + wolfram. W - wolfram,

Liczby służą do odróżniania stali o takich samych składach jakościowych. W stalach szybko- -nących liczby określają średni udział w procentach składnika stopowego, po którym są umieszczone. Uwaga! Każdy gatunek stali narzędziowej posiada kartę materiałową. Karta zawiera skład

chemiczny, zalecenia obróbki cieplnej wraz z wykresami CTP, wykresy zależności twardości od temperatury odpuszczania oraz zastosowanie. Dane te są bardzo przydatne przy doborze stali na konkretne narzędzia.

STALE NARZĘDZIOWE

Stale węglowe PN-84/H-85020

Stale stopowe

Do pracy na zimno PN-86/H-85023

Do pracy na gorąco PN-86/H-85021

Szybkotnące PN-86/H-85022

docsity.com

175

Półwyroby w postaci prętów i odkuwek, a także taśm i blach w wypadku stali węglowej w stanie zmiękczonym są dostarczane przez huty.

11.1. Stale narzędziowe węglowe

Stale narzędziowe węglowe są przeznaczone na narzędzia do pracy na zimno gdyż ogrzane zatracają swoją twardość już od około 200°C. Pod- stawowe wymagania stawiane stalom narzędziowym do pracy na zimno są następujące: • wysoka twardość, około 60 HRC, wynikająca z dużej zawartości węgla

w stali oraz odpowiedniej obróbki cieplnej, • odporność na ścieranie, chroniąca narzędzia przed niszczącym działaniem sił

tarcia, • ciągliwość i wytrzymałość zabezpieczająca narzędzia przed pękaniem przy

obciążeniach dynamicznych, • odpowiednia hartowność gwarantująca uzyskanie żądanej grubości warstwy

zahartowanej. Stale narzędziowe węglowe zawierają od 0,5% do 1,4% węgla. Skład

chemiczny, hartowność i wrażliwość na przegrzanie, tj. skłonność do rozrostu ziarn, są podstawą klasyfikacji tych stali. Ocena hartowności i skłonności do rozrostu ziarn jest prowadzona systematycznie dla każdego wytopu stali i stanowi jego szczególną cechę. Z każdego wytopu pobiera się próbki, hartuje w wodzie z temperatur 760, 800, 840 i 880°C. Zahartowane próbki przełamuje się i ocenia na przełomie grubość warstwy i wielkość ziarna warstwy zahartowanej. Wynik jest podstawą rozgraniczenia stali narzędziowych węg- lowych na płytko lub głęboko hartujące się (tabl. 11.2). Zróżnicowanie hartowności, wrażliwości na przegrzanie dla stali posiadających jednakową zawartość węgla (np. N7 i N7E) jest spowodowane różną zawartością pozostałych pierwiastków wchodzących w skład stali, a mianowicie: Mn, Si, Cr oraz Ρ i S, a także temperaturą hartowania. Stale głęboko hartujące się zawierają wyższą ilość wymienionych pierwiastków.

Stale płytko hartujące się osiągają warstwę zahartowaną o grubości do 3 — 5 mm i są mało wrażliwe na przegrzanie, natomiast stale głęboko hartujące się osiągają warstwy o grubości do około 12 mm i są bardziej wrażliwe na przegrzanie. Stąd stale płytko hartujące się stosuje się do wyrobu narzędzi o przekroju do 20 mm, a stale głęboko hartujące się zarówno na narzędzia mniejsze jak i o przekrojach większych niż 20 mm. W rdzeniu zahartowanych narzędzi o większych przekrojach występują bardziej ciągliwe struktury niemartenzytyczne, co korzystnie wpływa na odporność na obciążenia udaro- we narzędzia.

docsity.com

176

Wpływ temperatury hartowania stali narzędziowych węglowych na wygląd przełomu (orientacyjnie)

Tablica 11.2

Stale węglowe stosuje się do wyrobu narzędzi przeznaczonych do obróbki materiałów z niewielką szybkością skrawania, przy czym narzędzie powinno mieć prosty kształt. Typowe zastosowanie tych stali wraz z warunkami obróbki cieplnej podano w tabl. 11.3.

Tablica 11.3 Warunki obróbki cieplnej i typowe zastosowanie stali narzędziowych

węglowych, wg PN-84/H-85020

Znak

stali

N5 N6 N7 N7E N8 N8E

N9 N9E

N10 N10E N11 N11E N12 N12E N13 N13E

Zawartość węgla,

średnia [%]

0,55 0,65 0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,3

Temperatura [°C]

hartowania - ośrodek1)

790-810/w 790-810/w 790-810/w

780-800/w

770-790/w

770-790/w

770-790/w

760-780/w

760-780/w

odpuszcza- nia

180-300 180-300 180-300

180-300

180-300

180-300

180-300

180-300

180-300

Twardość po hartowaniu HRC min

58 61 61

61

62

62

62

63

63

Główne zastosowanie

Narzędzia do obróbki drewna, narzędzia kowalskie

Matryce do pracy na zimno, przebijaki, dłuta

Gwintowniki, duże roz- wiertaki, matryce do pracy na zimno

Frezy, wiertła, narzynki, piłki do metalu, matryce

Narzędzia do obróbki metali z małą szybkością skrawania, pilniki, znaczniki

l) w — woda

Temperatura h a r t o w a n i a , °C 760 800 840 880

Orientacyjny

wygląd przełomu

s t a l i

N 1 2 E ÷ N 7 E

Ν 1 2 ÷ Ν 7

w a r s t w a zewnę t r zna zaha r towana rdzeń nie z a h a r t o w a n y

docsity.com

177

Obróbka cieplna stali narzędziowych węglowych

Wytworzone narzędzia ze stali węglowych poddaje się hartowaniu i od- puszczaniu. Austenityzowanie przeprowadza się w temperaturach 30 — 50°C powyżej linii Ac3 (stale podeutektoidalne) i Ac1 (stale eutektoidalne i nadeutek- toidalne), (tabl. 11.3). Bardzo intensywne chłodzenie narzędzi podczas har- towania, w wodzie lub w solance, wywołuje znaczne naprężenia w stali i może spowodować odkształcenia trwałe narzędzi (paczenie) oraz pęknięcia hartow- nicze. Po hartowaniu stal uzyskuje strukturę martenzytyczną, a nadeutek- toidalna - martenzytyczną z cementytem wtórnym (fot. 11.1).

Odpuszczanie stali przeprowadza się w celu usunięcia naprężeń w zakresie temperatur 180 — 300°C. Odpuszczanie nie powoduje zasadniczych zmian struktury obserwowanej przy powiększeniach stosowanych w mikroskopie świetlnym.

11.2. Stale narzędziowe stopowe

Stale narzędziowe stopowe obejmują stale do pracy na zimno, stale do pracy na gorąco i stale szybkotnące. Muszą one spełniać zasadniczy warunek stawiany wszystkim stalom narzędziowym, niezależnie od warunków pracy narzędzia - stałość kształtu. Szczegółowe wymagania wynikają z warunków pracy narzędzia. Aby im sprostać, stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno, w porównaniu do stali węglowych, muszą mieć większą hartowność, odporność na ścieranie i lepszą ciągliwość, stale do pracy na gorąco, ponadto odporność na odpuszczanie, natomiast stale szybkotnące muszą przede wszyst- kim utrzymywać wysoką twardość w podwyższonych temperaturach.

Podstawą uzyskania tych właściwości w stalach narzędziowych jest obec- ność pierwiastków węglikotwórczych: chromu, wolframu, wanadu i molibdenu.

Chrom stosowany w ilości około 1,5% umożliwia łagodne hartowanie narzędzi w oleju, przez co narzędzia mniej się odkształcają i są mniej narażone na pękanie podczas hartowania. Twarde węgliki chromu zwiększają odporność narzędzi na ścieranie. Dodatek około 4% chromu uodparnia stal na utlenianie i przegrzanie oraz zwiększa ciągliwość.

Wolfram zwiększa głównie odporność na ścieranie dzięki tworzeniu twardych i trwałych węglików, które nie rozpuszczają się w temperaturze austenityzacji do hartowania, hamując tym samym rozrost ziarn. Większy dodatek wolframu (w stalach do pracy na gorąco i szybkotnących) znacznie zwiększa hartowność przez nasycenie austenitu w wysokich temperaturach rozpuszczającymi się węglikami. Podczas odpuszczania zaś tworzy wydzielenia węglików sprzężone z osnową, wywołujące wzrost twardości stali, nazwany twardością wtórną. Wolfram stosowany w większej ilości nadaje stali szybkot- nącej żarowytrzymałość.

docsity.com

178

Molibden spełnia bardzo podobną rolę do wolframu, tak że mogą się te pierwiastki wzajemnie zastępować w proporcji 2 części W = 1 część Mo. Molibden zwiększa ciągliwość stali. Stosowany w małych ilościach od 0,25 do 0,5% zabezpiecza przed kruchością odpuszczania.

Wanad stosowany do 0,3%, dzięki swoim trwałym węglikom przeciw- działa rozrostowi ziarn austenitu. Podczas odpuszczania wywołuje efekt twardości wtórnej. W stalach szybkotnących dodawany w ilości 1,5 — 5% bardzo wyraźnie poprawia odporność na ścieranie i żarowytrzymałość.

Wymienione pierwiastki węglikotwórcze tworzą z żelazem i węglem układy równowagi typu ferrytycznego1) z różnymi fazami węglikowymi. Wpływ tych pierwiastków na układ równowagi Fe-Fe3C polega m.in. na zmniejszaniu pola austenitu wraz ze wzrostem ich zawartości. Zjawisko to ma istotne znaczenie dla wyboru warunków austenityzowania przy obróbce cieplnej.

Mangan znacznie zwiększa hartowność, podobnie jak chrom, ale powodu- je skłonność do przegrzewania stali i rozrostu ziarn austenitu. Obniża temperaturę MS, sprzyjając tym samym wzrostowi ilości austenitu szcząt- kowego2).

Nikiel, dodawany przeważnie do stali do pracy na gorąco w ilości 1,5 — 4,5%, umożliwia hartowanie dużych narzędzi w oleju, a nawet w spokoj- nym powietrzu. Sprzyja on stabilizacji austenitu.

Kobalt stosowany w stalach szybkotnących i do pracy na gorąco, wyraźnie podwyższa odporność na odpuszczanie i przeciwdziała rozrostowi ziarn podczas hartowania, wywiera jednak ujemny wpływ na udarność. Kobalt poprawia skrawalność i dlatego stosuje się go na narzędzia do skrawania materiałów trudnoobrabialnych.

Krzem hamuje spadek twardości podczas odpuszczania.

11.2.1. Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno

Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno przeznaczone są na narzędzia pracujące w temperaturach nie przekraczających 200 — 250°C. Są to stale wysokowęglowe o zawartaości od 0,75 — 2,10% węgla lub średniowęglowe o zawartości około 0,5% węgla. Głównymi dodatkami są chrom, wanad i wolfram a ponadto występują: Mn, Si, Ni i Mo. Ich suma nie przekracza kilkunastu procent.

1) Analiza wpływu pierwiastków stopowych na struktury stali zawarta jest w roz- działach 9 i 10.

2) Austenit szczątkowy zapewnia większą stabilność wymiarów narzędzi po hartowaniu. Zmniejszenie objętości wskutek odpuszczania martenzytu jest bowiem kompensowane przez wzrost objętości przy przemianie austenitu szczątkowego. Ponadto obecność austenitu szcząt- kowego poprawia ciągliwość stali.

docsity.com

179

Stale wysokowęglowe służą głównie do wyrobu narzędzi skrawających, dlatego wymaga się od nich przede wszystkim wysokiej twardości i odporności na ścieranie. Stale średniowęglowe natomiast stosuje się na narzędzia odporne na obciążenia dynamiczne.

Zasady znakowania stali narzędziowych stopowych zamieszczono w tabl. 11.1.

Pośród stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno można wyróż- nić cztery grupy gatunków o zbliżonych właściwościach użytkowych:

I - gatunki: NV, NCV1, NC5 i NW1, o nieco większej hartowności niż stale węglowe, stosowane są do wytwarzania narzędzi o małej wydajności skrawania,

II - gatunki: NMV, NMWV, NCMS, NC4, NC6, NWC i NW9, o większej hartowności, odznaczają się stabilnością wymiarów narzędzi po obróbce cieplnej, dlatego typowym zastosowaniem ich są sprawdziany i dokładne narzędzia, jak: wykrojniki, stemple, matryce,

III - gatunki: NC10, NC11, NC11LV, NCLV, o bardzo dużej hartowności i odporności na ścieranie, odznaczają się dużą regularnością odkształceń przy hartowaniu, bez zmiany kształtu, co powoduje, że wytwarza się z nich narzędzia o skomplikowanych kształtach, jak: płyty tnące do wykrojników, pierścienie do przeciągania,

IV - gatunki: NZ2, NZ3 i NPW wyróżniają się odpornością na obciążenia dynamiczne, wytwarza się z nich narzędzia pneumatyczne, wkładki matrycowe, stemple do przeróbki plastycznej na zimno.

Wybrane gatunki stali, ich składy chemiczne, warunki obróbki cieplnej, właściwości oraz zastosowanie przedstawiono w tabl. 11.4.

Obróbka cieplna stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno

Narzędzia ze stali stopowych do pracy na zimno hartowane są z tem- peratur 30 — 50°C powyżej Ac1, w wypadku stali nadeutektoidalnych (stale gr. I, II i IV), a stali ledeburytycznych (stale gr. III) z temperatur 30 — 50°C powyżej Accm. Nagrzewanie narzędzi ze stali wysokostopowych o skom- plikowanych kształtach przeprowadza się kilkustopniowo dla zminimalizowa- nia naprężeń cieplnych. W stalach nadeutektoidalnych podczas austenityzowa- nia stopowe węgliki wtórne pozostają nie rozpuszczone. W stalach ledeburyty- cznych natomiast węgliki wtórne rozpuszczają się w austenicie całkowicie lub w większości, zaś stopowe węgliki pierwotne pozostają nie rozpuszczone.

Temperatura i czas austenityzowania narzędzi ze stali stopowych do pracy na zimno są dobrane w taki sposób, aby pozostawić pewną część węglików nie rozpuszczonych w austenicie, co zapewni drobnoziarnistość struktury oraz wyższą odporność na ścieranie narzędziom. Jednocześnie zbyt małe nasycenie austenitu pierwiastkami stopowymi mogłoby zmniejszyć hartowność i obniżyć właściwości mechaniczne stali po obróbce cieplnej.

docsity.com

T ab

lic a

11 .4

P rz

yk ła

dy

st al

i na

rz ęd

zi ow

yc h

st op

ow yc

h do

p ra

cy n

a zi

m no

, w

g P

N -8

6/ H

-8 50

23 ;

sk ła

d ch

em ic

zn y,

w ar

un ki

o br

ób ki

ci

ep ln

ej ,

tw ar

do ść

i z

as to

so w

an ie

G ru

- pa

I Π Π Ι

IV

G at

un ek

st al

i

N V

N C

5

N W

C N

C 4

N C

10 N

C 11

L V

N Z

2 N

P W

C 1, 0 1,4 1, 05

1, 0 1, 65

1, 6

0, 45

0, 5

Sk ła

d

M n 0, 35

0, 35

1, 0

0, 35

0, 35

0, 35

0, 35

0, 55

ch em

ic zn

y śr

ed ni

[%

]

Si

C r

V

W

In ne

0, 35

-

0, 2

- 0,

35

0, 6

- -

0, 35

1,

05

- 1,

4 0,

35

1, 5

- -

0, 35

12

,0

0, 7

- 0,

35

12 ,0

0,

7 -

M o

0, 9

1, 0

1, 1

0, 2

1, 9

0, 35

1,

4 0,

5 0,

65

N i

3, 0

T em

pe ra

tu ra

C ]

Z m

ię kc

za ni

a

po ni

że j

A c 1

6 9

0 -7

1 0

6 9

0 -7

1 0

6 9

0 -7

1 0

6 9

0 -7

1 0

8 2

0 -8

6 0

8 2

0 -8

6 0

7 1

0 -7

4 0

5 8

0 -6

0 0

po w

yż ej

A

c 1

7 5

0 -7

7 0

7 7

0 -7

9 0

7 7

0 -7

9 0

7 7

0 -7

9 0

7 6

0 -7

8 0

H ar

to w

a- ni

a

78 0-

80 0/

w 1

79 0-

91 0/

w

8 1

0 -8

3 0

/o 8

3 0

-8 5

0 /o

9 8

0 -1

0 0

0 /o

9 6

0 -9

8 0

/o

9 0

0 -9

2 0

/o 8

1 0

-8 4

0 /o

O dp

us zc

za -

ni a

2 2

0 -3

2 0

1 8

0 -2

6 0

1 5

0 -3

2 0

1 5

0 -2

6 0

2 2

0 -4

5 0

2 2

0 -4

5 0

2 0

0 -3

2 0

2 0

0 -3

5 0

T w

ar do

ść w

s ta

ni e

zm ię

kc zo

- ny

m

H B

21 7

24 8

25 5

22 9

25 5

25 5

22 9

26 9

ha rt

ow an

ym i

od pu

sz cz

on ym

H R

C m

in

61 61 61 60 58 59 5 4 48

1)

oś ro

de k

ch ło

dz ąc

y:

w -

w od

a,

o -

ol ej

.

N V

-

na rz

ęd zi

a na

ra żo

ne n

a ud

er ze

ni a:

m

ał e

m at

ry ce

d o

w yr

ob u

na z

im no

śr

ub ,

na kr

ęt ek

i n

it ów

, gw

in to

w ni

ki ,

na rz

yn ki

N C

5 -

os tr

e na

rz ęd

zi a

ch ir

ur gi

cz ne

, na

rz ęd

zi a

gr aw

er sk

ie ,

pi ln

ik i,

pr ze

bi ja

ki ,

ro zw

ie rt

ak i,

fr ez

y, p

ie rś

ci en

ie d

o pr

ze ci

ąg an

ia p

rę tó

w i

r ur

n a

zi m

no N

W C

-

na rz

ęd zi

a do

n ac

in an

ia g

w in

tó w

, na

rz ęd

zi a

pr ec

yz yj

ne ,

po m

ia ro

w e,

s pr

aw dz

ia ny

g w

in to

w e

i tło

cz ko

w e,

p ły

tk i

po m

ia ro

w e,

l in

ia ły

, no

że ks

zt ał

to w

e N

C 4

- na

rz ęd

zi a

do n

ac in

an ia

g w

in tó

w ,

na rz

ęd zi

a sk

ra w

aj ąc

e z

m ał

ą sz

yb ko

śc ią

, na

rz ęd

zi a

do d

re w

na ,

m ał

e w

al ce

d o

w al

co w

an ia

n a

zi m

no ,

m im

oś ro

dy ,

tr zp

ie ni

e N

C 10

-

na rz

ęd zi

a od

po rn

e na

ś ci

er an

ie ,

kt ór

e ni

e po

w in

ny z

m ie

ni ać

w ym

ia ró

w p

rz y

ha rt

ow an

iu ,

ja k:

p ie

rś ci

en ie

d o

pr ze

ci ąg

an ia

, no

że d

o no

ży c,

sp

ra w

dz ia

ny ,

pł yt

y w

yk ro

jn ik

ow e

o zł

oż on

yc h

ks zt

ał ta

ch d

o m

as ow

ej

pr od

uk cj

i N

C 11

L V

-

na rz

ęd zi

a do

c ię

ci a

o w

ys ok

ie j

w yd

aj no

śc i

or az

n ar

zę dz

ia ,

gd zi

e w

ym ag

an a

je st

w ię

ks za

c ią

gl iw

oś ć;

p rz

ec ią

ga cz

e, w

yb ija

ki ,

na rz

ęd zi

a do

ci ąg

ni en

ia

dr ut

u N

Z 2

- na

rz ęd

zi a

pn eu

m at

yc zn

e, d

łu ta

, tło

cz ni

ki ,

no że

p ra

cu ją

ce n

a zi

m no

i g

or ąc

o, f

or m

y do

o dl

ew an

ia s

to pó

w a

lu m

in iu

m i

m ag

ne zu

p od

ci śn

ie ni

em N

P W

-

m at

ry ce

do

w

yt ła

cz an

ia s

zt uć

có w

, fo

rm y

do

pr as

ow an

ia t

w or

zy w

s zt

uc zn

yc h

na ra

żo ne

n a

du że

na

ci sk

i

180

docsity.com

181

Praktycznie stale te hartuje się w oleju, a stale grupy pierwszej w wodzie. W strukturze stali nadeutektoidalnych po hartowaniu występuje martenzyt z węglikami wtórnymi i austenitem szczątkowym. Stale ledeburytyczne po hartowaniu zawierają martenzyt z węglikami pierwotnymi (oraz wtórnymi nierozpuszczonymi podczas austenityzacji) i austenitem szczątkowym.

Odpuszczanie stali nadeutektoidalnych odbywa się w zakresie 100-320°C, a stali ledeburytycznych 150-450°C. Celem odpuszczania jest zachowanie struktury martenzytu z węglikami i obniżenie poziomu naprężeń własnych. Po odpuszczaniu struktura stali nadeutektoidalnej składa się z mar- tenzytu odpuszczonego, węglików wtórnych i austenitu szczątkowego, a stali ledeburytycznej - z martenzytu odpuszczonego, węglików pierwotnych i ewen- tualnie wtórnych oraz austenitu szczątkowego, fot. 11.2.

11.2.2. Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco przeznaczone są na narzędzia pracujące do około 600°C przy dużych obciążeniach statycznych lub dynamicznych. Głównie służą do wytwarzania narzędzi do przeróbki plastycz- nej metali na gorąco. Ponieważ w tym stanie przerabiany metal jest plastyczny, narzędzia nie muszą odznaczać się tak dużą twardością i odpornością na ścieranie jak narzędzia do pracy na zimno. Muszą posiadać natomiast wysoką wytrzymałość w temperaturze pracy, z czym wiąże się odporność na odpusz- czanie, odporność na obciążenia dynamiczne, na zmęczenie cieplne, odporność na ścieranie w podwyższonych temperaturach i odporność korozyjną.

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco zawierają od 0,25% do 0,6% węgla. Suma pierwiastków stopowych, głównie chromu, molibdenu, wolframu, wanadu a ponadto niklu, manganu, krzemu, i kobaltu nie prze- kracza kilkunastu procent.

Zasady znakowania stali narzędziowych stopowych do pracy na gorąco zamieszczono w tabl. 11.1.

Kilkanaście gatunków stali do pracy na gorąco produkowanych w Polsce (tabl. 11.1) można podzielić na grupy: • stali niżej stopowych, zawierających do 3% dodatków stopowych, • stali wyżej stopowych, zawierających ponad 7% dodatków stopowych.

Stale z grupy niżej stopowych, jak: WNL, WNL1, WLB, zawierają więcej węgla, do około 0,6%. Przeznaczone są na matryce kuźnicze oraz kowadła do pras i młotów. Stosunkowo krótki czas zetknięcia narzędzia z gorącą odkuwką, duże naciski i wstrząsy w czasie kucia wymagają twardego i jednocześnie bardzo ciągliwego narzędzia. Ważna jest także duża hartowność w wypadku przeznaczenia stali na duże matryce.

docsity.com

T ab

lic a

11 .5

P rz

yk ła

dy s

ta li

na rz

ęd zi

ow yc

h st

op ow

yc h

do p

ra cy

n a

go rą

co ,

w g

P N

-8 6/

H -8

50 21

; sk

ła d

ch em

ic zn

y, w

ar un

ki

ob ró

bk i

ci ep

ln ej

, tw

ar do

ść i

z as

to so

w an

ie

G ru

- pa I Π

G at

un ek

st al

i

W L

B W

N L

W C

L W

L V

W L

K W

W S1

Sk ła

d ch

em ic

zn y

śr ed

ni

[% ]

C

M n

Si

C r

M o

V

In ne

0, 36

1,

45

0, 25

2,

40

0, 40

-

Β 0

,0 03

0, 55

0,

65

0, 25

0,

65

0, 22

-

N i

1,6 0,

38

0, 50

0,

95

5, 0

1, 35

0,

4 0,

30

0, 35

0,

25

3, 0

2, 75

0,

55

- 0,

35

0, 35

0,

45

2, 75

2,

75

- C

o 3,

0 0,

30

0, 35

1,

0 2,

45

- 0,

5 W

4,

0

T em

pe ra

tu ra

ob

ró bk

i ci

ep ln

ej

[° C

]

zm ię

kc za

ni a

7 2

0 -7

3 0

6 5

0 -6

8 0

7 8

0 -8

2 0

7 4

0 -7

7 0

7 4

0 -7

7 0

. 7

4 0

-7 8

0

ha rt

ow an

ia

8 8

0 -

90 0/

p1

8 4

0 -

86 0/

o 10

10 -1

03 0/

o 10

30 -1

05 0/

o 10

20 -1

04 0/

o 10

40 -1

06 0/

o

od pu

sz cz

an ia

5 0

0 -6

0 0

4 5

0 -5

5 0

4 5

0 -5

5 0

4 5

0 -5

5 0

5 0

0 -6

0 0

5 0

0 -6

0 0

T w

ar do

ść w

s ta

ni e

zm ię

kc zo

- ny

m H

B m

ax

24 1

24 1

22 9

22 9

24 1

24 1

za ha

rt ow

an ym

i od

pu sz

cz on

ym H

R C

m in

41 41 48 46 48 46

oś ro

de k

ch ło

dz ąc

y:

ρ -

po w

ie tr

ze ,

o -

ol ej

W L

B

- m

at ry

ce k

uź ni

cz e

o m

ni ej

sz yc

h w

ym ia

ra ac

h, d

o 30

0 m

m ,

ko w

ad ła

m ał

e i

in ne

n ar

zę dz

ia k

uź ni

cz e

W N

L

- m

at ry

ce k

uź ni

cz e

śr ed

ni e

i m

ał e,

k ow

ad ła

d o

pr as

i m

ło tó

w ,

pł yt

y sk

ra w

aj ąc

e na

m ni

ej o

bc ią

żo ne

n ar

zę dz

ia d

o w

yc is

ka ni

a ru

r i p

rę tó

w z

e st

op ów

m ie

dz i

i m

et al

i le

kk ic

h, m

at ry

ce d

o w

yt ła

cz an

ia z

t w

or zy

w

sz tu

cz ny

ch W

C L

-

w kł

ad ki

m at

ry co

w e

do p

ra s

i ku

źn ia

re k

o du

że j

tr w

ał oś

ci ,

fo rm

y do

o dl

ew an

ia p

od c

iś ni

en ie

m s

to pó

w a

lu m

in iu

m ,

m ag

ne zu

i c

yn ku

, m

at ry

ce ,

st em

pl e

do p

ra s

do

w yc

is ka

ni a

ru r

i pr

ęt ów

z e

st op

ów

m ie

dz i

i m

et al

i le

kk ic

h W

L V

-

si ln

ie j

ob ci

ąż on

e na

rz ęd

zi a

do

ob ró

bk i

pl as

ty cz

ne j

na g

or ąc

o,

w kł

ad ki

d o

m at

ry c

i st

em pl

i or

az s

te m

pl e

do p

ra s

i ku

źn ia

re k

W L

K

- na

rz ęd

zi a

do s

zy bk

ob ie

żn yc

h no

ży c

(a ut

om at

ów i

k uź

ni ar

ek ),

d o

sp ęc

za ni

a i

pr as

ow an

ia n

ak rę

te k,

g łó

w ek

ś ru

b, s

w or

zn i

i ni

tó w

n a

go rą

co or

az n

ar zę

dz ia

d o

ku ci

a pi

er śc

ie ni

i ł

oż ys

k to

cz ny

ch W

W S1

-

w kł

ad ki

m at

ry co

w e,

m at

ry ce

i s

te m

pl e

ku źn

ia re

k, p

ły ty

d o

sk ra

w an

ia p

ra cu

ją ce

w c

ię żk

ic h

w ar

un ka

ch ,

no że

d o

ci ęc

ia n

a go

rą co

g ru

by ch

pó łw

yr ob

ów i

w yr

ob ów

, st

em pl

e do

s pę

cz an

ia i

p ra

so w

an ia

n ak

rę te

k, g

łó w

ek ś

ru b,

s w

or zn

i i

ni tó

w p

ra cu

ją ce

n a

go rą

co ,

fo rm

y do

od le

w an

ia p

od

ci śn

ie ni

em

al um

in iu

m ,

m ag

ne zu

i i

ch s

to pó

w

U w

ag a:

W

ar un

ki o

br ób

ki c

ie pl

ne j

st al

i na

rz ęd

zi ow

yc h

do p

ra cy

n a

go rą

co z

al eż

ą ni

e ty

lk o

od g

at un

ku s

ta li

, al

e pr

ze de

w sz

ys tk

im o

d w

ym ia

ró w

i ks

zt ał

tu

na rz

ęd zi

. P

od an

e w

t ab

el i

te m

pe ra

tu ry

m aj

ą ch

ar ak

te r

or ie

nt ac

yj ny

182

docsity.com

183

Stale należące do grupy wyżej stopowych, jak: WCL, WLK, WWS1, zawierają od 0,25—0,45% węgla. Przeznaczone są na matryce do pras i formy do odlewania metali pod ciśnieniem. Czas stykania się tych narzędzi z gorącym metalem jest stosunkowo długi, co powoduje znaczne nagrzewanie ich powierz- chni roboczych. Stale te posiadają więc dużą odporność na odpuszczanie i wytrzymałość w wysokich temperaturach, odporność na zmęczenie cieplne i utlenianie.

Wybrane przykłady stali stopowych do pracy na gorąco, ich składy chemiczne, warunki obróbki cieplnej, właściwości i zastosowanie podano w tabl. 11.5.

Obróbka cieplna stali narzędziowych stopowych do pracy na gorąco

Narzędzia do pracy na gorąco ze stali niskostopowych hartuje się z temperatury 850 — 900°C, a należące do grupy wyżej stopowych z tem- peratury 1050 — 1150°C. Temperatura austenityzowania stali wysokostopo- wych, zawierających więcej trudnotopliwych stopowych węglików, jest wyższa dla rozpuszczenia wystarczającej ich ilości w austenicie. Nagrzewanie do hartowania, szczególnie dużych narzędzi, prowadzi się stopniowo z małymi szybkościami. Z uwagi na zwykle duże wymiary narzędzi czas austenityzowa- nia może dochodzić do kilku godzin. Chłodzenie przeprowadza się w oleju lub powietrzu. Po hartowaniu stal uzyskuje strukturę martenzytu z niewielką ilością austenitu szczątkowego i węglikami stopowymi, nie rozpuszczonymi podczas austenityzowania.

Odpuszczanie stali niskostopowych w zakresie 450 — 550°C, a wysoko stopowych od 450 — 700°C, zapewnia dobrą udarność w warunkach pracy i odporność na odpuszczające działanie temperatur pracy. Po odpuszczaniu struktura składa się z martenzytu odpuszczonego z drobnodyspersyjnymi węglikami wydzielonymi podczas odpuszczania i większymi, skoagulowanymi, nie rozpuszczonymi podczas austenityzowania.

11.2.3. Stale szybkotnące

Stale szybkotnące stosowane są na narzędzia skrawające z dużymi szybkościami, podczas których temperatura ostrza może osiągnąć 600 — 650°C. W tak trudnych warunkach pracy stale te muszą odznaczać się zdolnością zachowywania dużej twardości i odporności na ścieranie dzięki niewrażliwości na odpuszczające działanie podwyższonych temperatur.

Właściwości stali szybkotnących wynikają zarówno z ich specyficznego składu chemicznego, jak i obróbki cieplnej.

Wysoka zawartość węgla, 0,75—1,45%, oraz dodatków stopowych łącznie przekraczająca nawet 25%, jest tak dobrana, by w temperaturze otoczenia w stanie wyżarzonym pierwiastki te były prawie całkowicie związane w węgli-

docsity.com

T ab

lic a

11 .6

P rz

yk ła

dy s

ta li

sz yb

ko tn

ąc yc

h, w

g PN

-0 6/

H -8

50 22

; sk

ła d

ch em

ic zn

y, w

ar un

ki

ob ró

bk i

ci ep

ln ej

, tw

ar do

ść i

z as

to so

w an

ie

G at

un ek

st al

i

SW 12

SW 18

SW 2M

5 SW

7M SK

5 SK

10 V

Sk ła

d ch

em ic

zn y

śr ed

ni

[% ]

C

M n

C r

W

M o

V

C o

m ax

1, 1

0, 4

4, 0

12 ,0

-

2, 5

- 0,

8 0,

4 4,

0 18

,0

- 1,

2 -

0, 95

0,

4 4,

0 1,

75

5, 0

1, 25

-

0, 87

0,

4 4,

0 6,

5 5,

0 1,

9 -

1, 1

0, 4

4, 0

12 ,0

-

2, 4

5, 0

1, 25

0,

4 4,

0 10

,0

3, 3

2, 95

10

,0

T w

ar do

ść w

s ta

ni e

zm ię

kc zo

ny m

m ax

H B

2 2

3 -2

8 5

2 2

3 -2

8 5

1 9

2 -2

5 5

2 0

7 -2

6 9

2 2

3 -2

8 5

2 4

1 -3

0 2

ha rt

ow an

ym i

od

- pu

sz cz

. H

R C

m in

64 64 64 64 64 66

T em

pe ra

tu ra

o br

ób ki

ci

ep ln

ej

°C

ha rt

ow an

ia w

o le

ju

11 90

12 60

11 60

12 20

12 10

12 30

od pu

sz cz

an ia

56 0

56 0

56 0

56 0

56 0

56 0

SW 12

-

na rz

ęd zi

a do

o br

ób ki

z gr

ub ne

j i

w yk

ań cz

aj ąc

ej o

gó ln

eg o

pr ze

zn ac

ze ni

a, d

o ob

ró bk

i m

at er

ia łó

w ś

re dn

ie j

w yt

rz ym

ał oś

ci ,

np .:

fr ez

y, w

ie rt

ła ,

na rz

ęd zi

a do

gw

in to

w an

ia ,

se gm

en ty

p ił,

f re

zy ś

lim ak

ow e

SW 18

-

na rz

ęd zi

a do

o br

ób ki

z gr

ub ne

j i

w yk

ań cz

aj ąc

ej o

gó ln

eg o

pr ze

zn ac

ze ni

a, d

o ob

ró bk

i m

at er

ia łó

w o

ś re

dn ie

j w

yt rz

ym ał

oś ci

, np

.: no

że to

ka rs

ki e

i st

ru ga

rs ki

e, f

re zy

, w

ie rt

ła ,

na rz

ęd zi

a do

g w

in to

w an

ia SW

2M 5

- na

rz ęd

zi a

do

ob ró

bk i

m at

er ia

łó w

śr

ed ni

ej

w yt

rz ym

ał oś

ci

pr zy

śr

ed ni

ch

sz yb

ko śc

ia ch

sk

ra w

an ia

, np

.: w

ie rt

ła

kr ęt

e,

na w

ie rt

ak i,

gw in

to w

ni ki

, pi

łk i

do

m et

al i,

na rz

ęd zi

a do

p rz

er ób

ki p

la st

yc zn

ej n

a zi

m no

SW 7M

-

na rz

ęd zi

a od

kt

ór yc

h w

ym ag

an a

je st

w ys

ok a

w yd

aj no

ść

i ci

ąg liw

oś ć,

n ar

zę dz

ia n

ar aż

on e

na

sk rę

ca ni

e,

do

ob ró

bk i

m at

er ia

łó w

o w

yt rz

ym ał

oś ci

p ow

yż ej

8 30

M P

a, n

p. :

w ie

rt ła

s pi

ra ln

e, n

ar zę

dz ia

d o

na ci

na ni

a gw

in tó

w ,

se gm

en ty

p ił

ta rc

zo w

yc h,

f re

zy z

at ac

za ne

, ro

zw ie

rt ak

i, na

rz ęd

zi a

do

ob ró

bk i

kó ł

zę ba

ty ch

SK 5

- na

rz ęd

zi a

do o

br ób

ki w

yk ań

cz aj

ąc ej

i z

gr ub

ne j

m at

er ia

łó w

o w

ys ok

ie j

w yt

rz ym

ał oś

ci ,

do o

br ób

ki n

a au

to m

at ac

h, n

p. :

no że

o pr

aw ko

w e

do g

w in

to w

an ia

, pr

ze ci

na ki

, na

rz ęd

zi a

do

ob ró

bk i

kó ł

zę ba

ty ch

SK 10

V

- na

rz ęd

zi a

do o

br ób

ki z

gr ub

ne j

i w

yk ań

cz aa

ją ce

j st

al i

o w

ys ok

ie j

w yt

rz ym

ał oś

ci ,

pr zy

w ys

ok ic

h sz

yb ko

śc ia

ch s

kr aw

an ia

, do

o br

ób ki

st al

i au

st en

ity cz

ny ch

i

ni er

dz ew

ny ch

, do

p ra

cy n

a au

to m

at ac

h, ł

us zc

za rk

ac h,

n p.

: w

ys ok

o w

yd aj

ne f

re zy

, no

że t

ok ar

sk ie

i s

tr u-

ga rs

ki e

184

docsity.com

185

kach, a węgliki występowały w ilości przekraczającej ich rozpuszczalność w czasie austenityzowania. Wtedy węgliki te zapobiegają rozrostowi ziarn w wysokiej temperaturze i zwiększają odporność na ścieranie stali po zahar- towaniu. Składniki stopowe, które zwiększają odporność na odpuszczanie, są pierwiastkami tworzącymi trwałe węgliki: Cr, W, Mo i V. Pierwiastki te hamują spadek twardości w podwyższonych temperaturach odpuszczania wskutek zjawiska twardości wtórnej.

Podstawowymi składnikami stali szybkotnących są: wolfram i molibden. W zależności od rodzaju i zawartości pierwiastków stopowych stale szybkot- nące można podzielić na: wolframowe, molibdenowe i kobaltowe (tabl. 11.6).

Stale szybkotnące po odlaniu mają strukturę ledeburytyczną. Celem rozbicia siatki eutektyki przeprowadza się kucie w zakresie temperatur 1150 — 900°C. Wielokrotne przekucie powoduje rozdrobnienie i równomierne rozmieszczenie węglików w ferrycie stopowym, co korzystnie wpływa na właściwości użytkowe stali. Następnym zabiegiem jest wyżarzanie zmięk- czające w 800 — 850°C, w czasie do kilkunastu godzin, które wywołuje zmniejszenie twardości poniżej 300 HB.

Struktura stali szybkotnących w stanie wyżarzonym składa się z ferrytu stopowego i równomiernie rozłożonych sferoidalnych węglików stopowych, stanowiących około 30% objętości (fot. 11.4). Wyróżnia się duże węgliki pierwotne utworzone podczas krzepnięcia stali oraz małe wtórne, wydzielone w wyniku zmniejszania ich rozpuszczalności w austenicie.

Na tym etapie wytwarzania stali podlega sprawdzeniu stopień segregacji węglików. Oceny dokonuje się przez porównanie ze wzorcami podanymi w PN-74/H-93012. Zmniejszenie segregacji węglików stanowi poważny pro- blem i uznaje się za decydujące o jakości gotowych narzędzi.

Obróbka cieplna stali szybkotnących

Narzędzia ze stali szybkotnących poddaje się hartowaniu i odpuszczaniu według schematu przedstawionego na rys. 11.1.

Podgrzewanie narzędzi do hartowania przeprowadza się dwustopniowo lub trójstopniowo z wytrzymaniem w temperaturze 550° i 850°C. Temperatura austenityzowania jest o około 50÷70°C niższa od temperatury solidusu i wynosi ok. 1280°C. Tak wysoka temperatura umożliwia rozpuszczanie węglików i nasycenie austenitu węglem i pierwiastkami stopowymi. Czas austenityzowania wynosi 80 — 150 s i jest niezależny od wielkości narzędzia. Zbyt wysoka temperatura austenityzowania lub przedłużony czas powoduje wzrost ziarn austenitu, zwiększenie ilości austenitu szczątkowego i w konsek- wencji obniżenie twardości po zahartowaniu. Ponadto stwarza niebezpieczeńs- two nadtopienia ostrych krawędzi narzędzia. Zbyt niska temperatura aus- tenityzowania nie zapewnia prawidłowego rozpuszczania węglików w osnowie, co powoduje mniejszą twardość stali po odpuszczeniu (rys. 11.2). Austenityzo-

wanie przeprowadza się zwykle w kąpielach solnych.

docsity.com

186

rozpuszczanie węglików w austenicie

wydzielanie węglików z austenitu szczątkowego

przemiana martenzytyczna

Rys. 11.1. Schemat obróbki cieplnej stali szybkotnącej gat. SW18

Chłodzenie przy hartowaniu większych narzędzi odbywa się w oleju, mniejszych - w strumieniu suchego sprężonego powiet- rza. W strukturze stali szybkotnących po hartowaniu występuje martenzyt stopowy (skrytoiglasty), austenit szczątkowy, około 30%, oraz nierozpuszczone węgliki pierwo- tne (fot. 11.4). Tak znaczny udział austenitu szczątkowego w stali zahartowanej nie daje pełnych efektów obróbki cieplnej. Dlatego niezbędne jest usunięcie austenitu szcząt- kowego przez odpuszczanie, które ponadto wywołuje twardość wtórną i zmniejsza na- prężenia hartownicze.

Odpuszczanie przeprowadza się dwu- krotnie, stosując temperatury 550 — 600°C i 520 — 570°C z chłodzeniem w powietrzu.

Podczas pierwszego odpuszczania z martenzytu najpierw wydzielają się drob- nodyspersyjne węgliki, czemu towarzyszy nieznaczne obniżenie twardości. Powyżej temperatury 400°C, wydzielające się węgliki są sprzężone z osnową, co wywołuje wystąpienie twardości wtórnej, większej od twardości po hartowaniu

80-150s

1200

T em

p er

at u

ra ,

o C

1000 15 min

800

550-600°C 520-570°C 600 15 min

400

200

80°C

Czas

Ilość austenitu szczatk. % 30 3

Twardość HRC 62 64

70

1300°C

65 1250°C

T w

ar do

ść ,

H R

C

60 1150oC

55 1050°c

50 9Q0°C

AS-

40 0 200 400 600

Temperatura odpuszczania , oC

Rys. 11.2. Wpływ temperatury austeni- tyzowania i temperatury odpuszczania na twardość stali szybkotnącej

gat. SW18

docsity.com

187

Rys. 11.3. Wpływ temperatury odpuszczania na twardość i udział węglików w strukturze stali szybkotnącej gat. SW18

(rys. 11.3). Podczas chłodzenia narzędzi z temperatury odpuszczania następuje przemiana austenitu szczątkowego, zubożonego w węgiel i pierwiastki stopo- we, w martenzyt hartowania. Po pierwszym odpuszczaniu struktura stali zawiera więc martenzyt odpuszczony, martenzyt hartowania, węgliki pierwotne i drobnodyspersyjne oraz pozostałości austenitu szczątkowego (fot. 11.5). W celu usunięcia kruchości martenzytu hartowania i towarzyszących naprężeń hartowniczych konieczne jest powtórne odpuszczanie. Po drugim odpusz- czaniu struktura stali szybkotnącej składa się z martenzytu odpuszczonego, węglików pierwotnych i drobnodyspersyjnych oraz śladów austenitu szcząt- kowego (fot 11.6).

t w a r d o ś ć

60 28

50 24

T w

ar d

o ść

, Η

R C

W ę

g li

k i,

%

w ag

o w

y

węg l ik i

40 20

30 16

200 400 600 800 Temperatura odpuszczania ,°C

docsity.com

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