STALE I STOPY NARZĘDZIOWE
Służą do wytwarzania narzędzi do kształtowania materiału zarówno na drodze obróbki skrawaniem jak też i przeróbki plastycznej oraz przyrządów pomiarowych.
Ze względu na zróżnicowane warunki pracy poszczególnym grupom narzędzi są stawiane różne wymagania.
W związku z powyższym materiały narzędziowe powinny odznaczać się następującymi własnościami:
wysoką twardością, przy dostatecznej ciągliwości
duża odpornością na ścieranie
odpowiednią hartownością
odpornością na przenoszenie obciążeń bez odkształceń plastycznych
dostateczną odpornością na działanie wysokich temperatur
mała odkształcalność przy hartowaniu
Za najistotniejszą własność należy uznać wysoką twardość i odporność na ścieranie
W zależności od składu chemicznego wyróżniamy tutaj stale narzędziowe węglowe i stopowe.
Stal węglowa narzędziowa:
Należą do stali wyższej jakości. Ich własności i zastosowanie zależą przede wszystkim od zawartości węgla. Stale wysokowęglowe charakteryzują się wysoką twardością , stale o niższej zawartości węgla większą ciągliwością. ogólnie charakteryzują się małą hartownością. Są produkowane jako stale płytko (E) (do 20 mm) i głęboko hartujące się (40 mm). Oba rodzaje mają taką samą zawartość węgla a różnią się tylko zawartością zanieczyszczeń i domieszek. Stale węglowe narzędziowe poddaje się hartowaniu i odpuszczaniu w temp. 180÷300oC. Temperatura odpuszczania jest dobierana w zależności od wymaganej twardości i ciągliwości narzędzia. Mogą być używane na narzędzia do pracy w maksymalnej temperaturze 180oC.
Stal narzędziowa stopowa:
Ze względu na zastosowanie stale narzędziowe stopowe dzielimy na:
stale do pracy na zimno (N)
stale do pracy na gorąco (W)
stale szybkotnące (S)
Oznaczenia dodatków stopowych w znakach stali narzędziowych stopowych:
Mangan M (wyjątek stale szybkotnące)
Krzem S
Chrom C (wyjątek stale szybkotnące)
Nikiel N
Molibden L (wyjątek stale szybkotnące)
M (stale szybkotnące)
Wanad V
Wolfram W
Kobalt K
Chrom+nikiel+wanad P
Zw. stężenie węgla C (na końcu znaku stali szybkotnących)
Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno:
Stale przeznaczone na narzędzia do obróbki materiału w stanie zimnym, zarówno do obróbki skrawaniem jak i obróbki plastycznej. Narzędzie może się nagrzewać podczas pracy tylko nieznacznie tj. do temp. 200oC ponieważ ulegają mięknieniu.
Wykonuje się również z tej stali części przyrządów i narzędzi pomiarowych, które powinny wykazywać dużą odporność na ścieranie i małe odkształcenia podczas hartowania.
W zależności od obróbki cieplnej i zastosowania można rozróżnić:
Stale do hartowania w wodzie zawierające dużą ilość węgla z dodatkiem wolframu, chromu lub wanadu, przeznaczone głównie na narzędzia tnące np. NW1.
Stale do hartowania w oleju o dużej zawartości węgla i chromu albo manganu, charakteryzuje je mała odkształcalność przy hartowaniu, duża odporność na ścieranie (NC4, NC10, NMV). Służą do wykonywania wykrojników, pierścieni do przeciągania, narzędzi skrawających.
Stale na narzędzia pneumatyczne o niskiej zawartości węgla z powodu wymaganej dużej odporności na uderzenia (NZ2). Ponadto muszą się charakteryzować odpornością na zmęczenie, dostateczne twarde i jednocześnie odpowiednio ciągliwe.
Stale na matryce pracujące na zimno (NC4, NV)
Stal na piły (NCV1)
Obróbka cieplna tych stali polega głównie na hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu, jedynie stale średniowęglowe i od których jest wymagana duża ciągliwość odpuszcza się w temperaturze do 400÷500oC. Powierzchnia narzędzi wykonywanych z tych stali w czasie obróbki cieplnej powinna być zabezpieczona przed utlenianiem i odwęglaniem. Dlatego są one obrabiane w atmosferach ochronnych lub kąpielach solnych.
Stale narzędziowe do pracy na gorąco:
Z tego typu stali wykonuje się narzędzia kształtujące materiał w stanie nagrzanym do temperatury, w której staje się plastyczny albo płynny (np. matryce, tłoczniki, formy do odlewania). Z tego też powodu nie wymaga się od tych narzędzi dużej twardości i odporności na ścieranie. Pracują w zakresie temperatur 250÷700oC, przy czym w najniższych temperaturach pracują narzędzia kuźnicze a w najwyższych formy do odlewania ciśnieniowego. Muszą natomiast wykazywać wysoką wytrzymałość, dobrą ciągliwość, stabilność struktury oraz odporność na zmęczenie cieplne i twardość przy wyższych temperaturach. Zmęczenie cieplne prowadzące do pęknięć jest bowiem główną przyczyną zużywania się tych narzędzi. Obróbka cieplna polega na hartowaniu w wysokiej temperaturze (1000oC) oraz wysokiemu odpuszczaniu na ogół do temperatury jaka jest przewidziana w pracy jako górna granica. Aby zabezpieczyć narzędzia przed odwęglaniem i utlenianiem, nagrzewanie i wygrzewanie w wysokich temperaturach odbywa się w atmosferach ochronnych. Stale te mają niską zawartość węgla (0,25÷0,60%). Głównymi dodatkami są wolfram, molibden, wanad, chrom i niekiedy krzem, nikiel, kobalt.
Stale szybkotnące:
Są to stale, które zachowują twardość i zdolność skrawania przy szybkościach skrawania i grubościach wióra, wywołujących nagrzewanie się narzędzi do 600°C. Są stosowane głównie na wieloostrzowe narzędzia skrawające, wykrojnikowe, i na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco. Wymaga się od niej dużej twardości i odporności na ścieranie nie tylko w niskiej temperaturze ale również w wysokich temperaturach pracy. Te własności uzyskują stale szybkotnące, dzięki odpowiedniemu składowi chemicznemu oraz właściwej obróbce cieplnej. Zawierają od 0,60 do 1,60% węgla oraz takie dodatki stopowe jak chrom, wolfram, molibden, wanad, kobalt. Zasadniczym składnikiem jest wolfram (może być zastąpiony molibdenem) nadający żarowytrzymałość i powodujący efekt twardości wtórnej. Podobne działanie ma wanad, który dodatkowo hamuje procesy odpuszczania. Chrom zwiększa hartowność oraz szybkość skrawania. Kobalt podnosi żarowytrzymałość i zdolność skrawania. Narzędzia wykonane ze stali szybkotnące poddaje hartowaniu z następnym trzykrotnym odpuszczaniem. Dodatkowo twardość i odporność tych stali można podnieść poprzez np. termodyfuzyjne chromowanie, azotowanie, siarkowanie.
Stellity:
Są to lane stopy chromowo-kobaltowo-wolframowe, w których udział żelaza (do 10%) jest bardzo niewielki (czasami stanowi tylko zanieczyszczenie). Ich struktura składa się z węglików wolframu oraz chromu rozmieszczonych w osnowie głównie kobaltowej. Zawartość poszczególnych składników wynosi: węgiel 1÷3%, kobalt 35÷55%, chrom 25÷33, wolfram 10÷25%. Twardość stellitów wynosi około 60 HRC i jest ona praktycznie zachowana aż do temperatur 600÷800oC. Są bardzo kruche i odporne na zużycie. Nie wymagają obróbki cieplnej a żądane kształty uzyskuje się poprzez odlewanie i szlifowanie. Mają zastosowanie w postaci płytek lutowanych na trzonki narzędzi wykonanych ze stali węglowych. Ponadto są stosowane do napawania przedmiotów stalowych narażonych na ścieranie, zwłaszcza w wyższych temperaturach, jak np. brzegi i gniazda zaworów silników spalinowych, matryc, świdrów wiertniczych, dysz piaskownic, panewki i tuleje łożysk.
1
3