1.STAL

Stal jest to przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem (stężenie C od kilku setnych części procentu wagowego do 2,11%) i innymi pierwiastkami. Innymi pierwiastkami mogą być domieszki metaliczne, np. Mn, Si, Al, wprowadzone w celu odtlenienia i odsiarczenia stali bądź pochodzące ze złomu używanego przez huty do wytapiania stali, np. Cr, Cu, Ti. Pierwiastki metaliczne wprowadzone w celu zmiany właściwości stali nazywa się pierwiastkami stopowymi. Odrębną grupą pierwiastków stanowiących o czystości metalurgicznej stali są zanieczyszczenia P, S, As, N, O, N, H pochodzenia surowcowego i technologicznego. Ich całkowite usunięcie jest trudne i kosztowne, lecz już niewielkie (setne części procentu) zmiany stężenia wyraźnie wpływają na poziom właściwości mechanicznych stali.

2. WYŻARZANIE NORMALIZUJĄCE

Stan normalizowany N - w wyżarzaniu normalizującym wykorzystuje się efekt rozdrobnienia ziarna przy przemianie ferryt + perlit→austenit. Chłodzenie po nor-malizowaniu odbywa się w spokojnym powietrzu, co zbliża strukturę stali do rów-nowagowej, zgodnej z układem fazowym żelazo - cementyt. Normalizowanie dzięki rozdrobnieniu ziarna wyraźnie zwiększa granicę plastyczności i udarność przy nie-znacznym wzroście twardości. Zmniejsza się przy tym poziom naprężeń własnych wyrobu i niejednorodność struktury. W stanie normalizowanym dostarcza się stale niestopowe, niskostopowe, automatowe oraz stale do hartowania powierzchniowego.

3. WYŻARZANIE ZMIĘKCZAJĄCE

Stan zmiękczony M osiąga się podobnie jak stan Sf. Celem wyżarzania zmięk-czającego jest uzyskanie określonej, małej twardości, wystarczającej do obróbki skrawaniem. Stal, najczęściej eutektoidalna i nadeutektoidalna, zawiera cementyt nie w pełni sferoidyzowany w osnowie ferrytu.

4. HARTOWANIE

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w tej temperaturze i oziębianiu w celu uzyskania struktury nierównowagowej -martenzytycznej lub bainitycznej odznaczającej się większą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą plastycznością.

Zbyt wysoka temperatura austenityzowania wywołuje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co powoduje uzyskanie struktury martenzytu gruboiglastego, powodującej zwiększenie kruchości stali.

Stale stopowe są austenityzowane w temperaturze odpowiednio wyższej, zapewniającej rozpuszczenie węglików w austenicie i nasycenie go węglem oraz pierwiastkami stopowymi, co umożliwia uzyskanie wymaganych właściwości po obróbce cieplnej.

Gdy zabieg austenityzowania obejmuje całą objętość hartowanego elementu, a grubość warstwy zahartowanej jest zależna od hartowności obrabianego materiału i intensywności chłodzenia, hartowanie jest nazywane hartowaniem objętościowym. Gdy nagrzewamy i hartujemy tylko warstwę wierzchnią, mówimy o hartowaniu powierzchniowym.

W wyniku hartowania zwykłego uzyskuje się strukturę martenzytu z austenitem szczątkowym (w przypadku większych zawartości węgla) oraz innymi składnikami, które nie ulegają przemianom w czasie chłodzenia, np. z węglikami i wtrąceniami niemetalicznymi.

Stale tak zahartowane mają dużą twardość, zazwyczaj 40 - 65 HRC w zależności od stężenia węgla, dużą wytrzymałość i granicę plastyczności oraz małe wartości właściwości plastycznych i udarności.

5. NAWĘGLANIE

Nawęglanie polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wyko-nanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla od 0,05 do 0,25%. Ope-rację tę wykonuje się w temperaturze występowania austenitu, najczęściej w zakre-sie 900 - 930°C.

Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7 - 1,0% i o grubości 0,6 - 1,5 mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC (750 HV). Natomiast rdzeń o mniejszej twardości, 25 - 45 HRC, zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne.

Szybkość nawęglania zależy przede wszystkim od temperatury i czasu trwania procesu (rys. 3.3), a także od aktywności ośrodka (potencjału węglowego) i składu chemicznego stali.

6. PODZIAŁ STALI NARZĘDZIOWYCH

Klasyfikacja stali narzędziowych

W polskich normach stale narzędziowe są podzielone na cztery grupy:

- węglowe stale narzędziowe na narzędzia pracujące w temperaturze do około 200°C,

- narzędziowe stale stopowe do pracy na zimno na narzędzia pracujące w tem-peraturze do 200°C, czasem do 300°C,

- narzędziowe stale stopowe do pracy na gorąco na narzędzia do obróbki plastycznej, nagrzewające się powierzchniowo do temperatury 500°C - 600 C,

- stale szybkotnące stosowane na narzędzia do obróbki skrawaniem, pracujące w temperaturze do około 500°C.

W każdej grupie występują gatunki stali różniące się składem chemicznym, a co za tym idzie, właściwościami. Można spośród nich wybrać stal o żądanych właściwościach i ekonomicznie uzasadnionej cenie. Ceny stali wysokostopowych (a do tych należy zdecydowana większość stali narzędziowych) są wielokrotnie wyższe od cen stali węglowych.

7. EFEKT TWARDOŚCI WTÓRNEJ

8.ŻELIWO

Żeliwo stop Fe-C, w którym występuje eutektyka. Przemiana eutektyczna w stabilnym układzie równowagi Fe – C zachodzi w temperaturze 1153°C.

Minimalne stężenie węgla w żeliwie może wynosić 2,1%, jednak w odlewnictwie nie stosuje się żeliw zawierających mniej niż 2,8% C, gdyż przy mniejszej zawartości tego pierwiastka zakres temperatury krzepnięcia (likwidus - solidus) wzrasta, a to pogarsza lejność.

9. STALIWA

Staliwa to stopy nie zawierające eutektyki, gdyż stężenie węgla nie przekracza w nich 2,1%.

Odlewy staliwne uzyskują zasadniczy kształt podczas krzepnięcia ciekłego stopu w formie. Staliwa nie podlegają przeróbce plastycznej i to je istotnie różni od stali.

Są dwa podstawowe rodzaje staliw: niestopowe (dawniej nazywane węglowymi) i stopowe.