7560514249

Stale szybkotnące

Stale szybkotnące stosowane są na narzędzia skrawające pracujące w bardzo ciężkich warunkach; dużych szybkościach skrawania i dużych przekrojach wióra, dzięki zdolności zachowania twardości, odporności na ścieranie do temperatury 600°C oraz zależnych od nich własności tnących stali. Własności stali szybkotnących wynikają ze składu chemicznego oraz obróbki cieplnej, podczas której występuje zjawisko twardości wtórnej, rys. 2b.

Wszystkie stale szybkotnące mają wysokie stężenie węgla (0,77 - 1,4%) i dodatki stopowe przede wszystkim; wolfram - do 18%, molibden - do 8,7%, wanad - do 4%, chrom ok. 4%, a kilka z nich kobalt do 10%.

Wysoki udział węgla jest niezbędny do utworzenia węglików, zależnie od dodatków stopowych mogą to być węgliki stopowe typu: M&C, M23C6, MC, M2C i M3C. Zawartość węgla jest tak dobrana, aby w stanie wyżarzonym związać w węglikach prawie całkowicie pierwiastki stopowe -Mo, W, V i Cr, a w temperaturze austenityzowania do hartowania część rozpuścić (dla nasycenia austenitu i zwiększenia hartowności stali) i część pozostawić dla zapobieżenia rozrostu ziarn austenitu i zwiększenia odporności na ścieranie.

Rola dodatków stopowych w stalach szybkotnących jest następująca:

•    Chrom zwiększa hartowność, wzmacnia efekt twardości wtórnej, zmniejsza szybkość utleniania,

•    Wolfram i molibden - podstawowe dodatki stosowane zamiennie; 1% Mo zastępuje 2% W, opóźniają procesy występujące podczas odpuszczania.

•    Wanad - zwiększa odporność na ścieranie, jest najsilniej węglikotwórczym pierwiastkiem wśród pozostałych dodatków stali szybkotnących, węgliki typu MC, bardzo twarde i trwałe w wysokich temperaturach przyczyniają się do efektu twardości wtórnej, rys. 2b,

•    Kobalt - zwiększa twardość w podwyższonych temperaturach (ale nie tworzy węglików) oraz jako jedyny zwiększa przewodność cieplną, szczególnie w wysokiej temperaturze wskutek czego narzędzia ze stali z kobaltem mogą skrawać z większą szybkością.

Wśród stali szybkotnących można wyróżnić stale wolframowe, molibdenowe i kobaltowe. Z uwagi na własności tnące stale kobaltowe są uważane za najlepsze, o czym zadecydowały względy ekonomiczne, które jednocześnie doprowadziły do ograniczenia stosowania rozpowszechnionej klasycznej stali szybkotnącej HS18-0-1.

Stale szybkotnące należą do stali ledeburytycznych, tzn. w stanie odlanym i powolnym chłodzeniu mają strukturę złożoną z drobnego perlitu, węglików wtórnych i ledeburytu - eutektyki przemienionej - w skład której wchodzi perlit drobny, węgliki pierwotne i wtórne. Po wyżarzaniu ujednoradniającym wlewek poddaje się kuciu (lub walcowaniu) w zakresie temperatur 1100 do 900°C celem rozbicia ledeburytycznej siatki węglików. Co najmniej ośmiokrotne zmniejszenie przekroju wlewka jest niezbędne dla obniżenia stopnia segregacji węglików. Segregacja węglików podlega ścisłej kontroli w oparciu o wzorce zawarte w normach, ponieważ w końcowym efekcie decydują one w dużym stopniu o zużywaniu narzędzia i jego jakości.

Obróbka cieplna stali szybkotnących

Po przeróbce plastycznej półwyroby ze stali szybkotnącej podlegają wyżarzaniu zmiękczającemu w temperaturze 800 - 850°C przez ok. 10 godz. Zapewnia ono zmniejszenie twardości poniżej 300HV i dobrą obrabialność dzięki strukturze równomiernie rozłożonych węglików, których udział objętościowy osiąga 30%, w osnowie ferrytu stopowego.

Narzędzia ze stali szybkotnących podlegają hartowaniu i odpuszczaniu, według schematu przedstawionego na rys. 3.

Mała przewodność cieplna jest powodem stosowania podgrzewania stopniowego narzędzi do temperatury austenityzowania w kąpielach solnych, z wygrzaniem w ok. 550 i 850°C. Temperatura austenityzowania jest bardzo wysoka, około 50 do 70°C niższa od temperatury solidusu i wynosi około 1280°C. Umożliwia to rozpuszczenie się takiej ilości węglików w austenicie aby został on nasycony pierwiastkami stopowymi i węglem dla zwiększenia hartowności, a jednocześnie pozostawienie pewnej ilości węglików nie rozpuszczonych, które zahamują rozrost ziarn austenitu.