WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI P.W.
INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA
LABORATORIUM MATERIAŁÓW METALOWYCH I CERAMICZNYCH
Nazwisko i imię: Dorota Grudzień
Temat ćwiczenia: Stale narzędziowe i węgliki spiekane
Prowadzący: Jerzy Jakubowski

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturą stali narzędziowych.

1. Przebieg ćwiczenia:

Stale narzędziowe do pracy na zimno

Przeznaczone są do wyrobu narzędzi, których temperatura podczas pracy nie przekracza 180^oC. Stale te cechuje duża twardość i odporność na ścieranie, co wynika ze stosowania ich w stanie zahartowanym i nisko odpuszczonym. Gatunki o większej ciągliwości przeznaczone są na narzędzia narażone na działanie obciążeń o charakterze dynamicznym.

Stale narzędziowe niestopowe do pracy na zimno

Są to stale o dużej twardości, są odporne na ścieranie. Stale o zwiększonej zawartości węgla wykorzystuje się do wyrobu narzędzi tnących do drewna, tworzyw sztucznych jak również do wyrobu narzędzi rolniczych. Jedną z zasadniczych cech klasyfikujących stale tej grupy jest hartowność. W stalach występuje korzystny rozkład naprężeń własnych. W warstwie powierzchniowej martenzytycznej występują naprężenia ściskające, które pozwalają niwelować występujące podczas pracy narzędzia naprężenia rozciągające.

Próbkę obserwujemy w powiększeniu 400 razy. Stale niestopowa to stal węglowa (0,7-1,2%). Widoczny jest także martenzyt, a także szczątkowy austenit. Posiada strukturę gruboziarnistą. Widać wydzielenia węglików rozmieszczone nierównomiernie. Stal niestopowa odpuszczana jest w 180^o.

Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno

Są to stale wzbogacone dodatkami stopowymi. Wykorzystywane przy znacznych naciskach. Najczęściej stale zawierają pierwiastki posiadające zdolność tworzenia węglików, co prowadzi do wzrostu odporności na ścieranie. Pierwiastki stopowe powodują również zwiększenie hartowności pozwalające na hartowanie stali stopowych w oleju lub powietrzu, dzięki czemu zmiany wymiarowe obrabianej cieplnie części są dużo mniejsze niż w przypadku procesu przeprowadzonego w sposób tradycyjny. Stale stopowe przez zastosowanie odpowiednich dodatków stopowych we właściwych proporcjach, pozwalają na optymalizację właściwości w zależności od ich przeznaczenia.

Próbka obserwowana jest w powiększeniu 400 razy. Widoczny jest węgiel w postaci związanej. Próbka posiada strukturę drobnoziarnistą. Widoczne wydzielenia węglików rozmieszczone są w sposób równomierny. Próbka zawiera dużo pierwiastków stopowych.

Stale narzędziowe do pracy na gorąco

Stosowane na narzędzia do pracy w temp. 250- 700^oC. Stale te są odporne na odkształcenia w wysokiej temperaturze, odporne na obciążenia dynamiczne i działanie karbu, odporne erozyjnie, odporne na zmęczenie cieplne, występują w nich małe zmiany kształtu podczas obróbki cieplnej. Stale o niezbyt dużej zawartości pierwiastków stopowych cechuje dobra przewodność cieplna, co skutkuje mniejszą skłonnością do pęknięć spowodowanych zmęczeniem cieplnym. Stale do pracy na gorąco stosuje się na formy wtryskowe do kształtowania polimerów. Stale na formy charakteryzuje duża czystość, jednorodność i hartowność. Podstawowe znaczenie przy doborze stali narzędziowej do pracy na gorąco ma temperatura, do jakiej nagrzewa się narzędzie. Do temp. ok. 420⁰C stosuje się stale chromowe. Do wyższych temperatur stosuje się stale zawierające dodatkowo Mo, W, V.

Stal obserwujemy w powiększeniu 400razy. Występuje w niej znikoma ilość węgla.

Stale szybkotnące

Są stalami stosowanymi na narzędzia skrawające z dużymi szybkościami, a zatem muszą one mieć dużą twardość w wysokich temperaturach. Charakteryzują się dużą zawartością węgla i pierwiastków stopowych, tworzących węgliki, np. V, Mo, W i Cr. Własności tnące stali szybkotnącej są zależne od odporności na ścieranie, udarności, odporności na odpuszczające działanie ciepła. W i Mo są podstawowymi pierwiastkami stopowymi stali szybkotnących. Im większa ich zawartość tym lepsze właściwości tnące stali. Względy ekonomiczne decydują o tym, który z pierwiastków jest stosowany. 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 odwęglanie niż stale z W. 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 stabilności.

Próbkę obserwujemy w powiększeniu 400razy. Próbka posiada strukturę drobnoziarnistą. Występuje dużo węglików rozmieszczonych w sposób równomierny. Stal poddawana jest hartowaniu powyżej 1100^oC. Wysoką twardość i wytrzymałość zapewnia osnowa składająca się z odpuszczonego martenzytu i węglików. Występuje wiele dodatków stopowych.

1. Wnioski:

Stale narzędziowe stopowe wytwarzają węgliki, które zwiększają odporność na ścieranie oraz hartowanie. Są one droższe od stali narzędziowych niestopowych ponieważ zawierają dodatki stopowe. Dzięki węglikom rozmieszczonym w sposób równomierny maja one lepsze właściwości mechaniczne. Niestopowe stale są tańsze, bo nie zawierają dodatków stopowych, ale charakteryzują się dużą odpornością zmęczeniową. Od stali szybkotnących zależą właściwości tnące. Zawierają dużo dodatków stopowych, temperatura hartowania musi być wysoka bo pracują one w wysokich temperaturach. Stale narzędziowe mają bardzo szerokie zastosowanie.