Transcript Technologia_Metali_II_materily-do

TECHNOLOGIA METALI II
MATERIAŁY W OBRÓBCE PLASTYCZNEJ
dr inż. Robert Skoblik
Politechnika Gdańska
Wydział Mechaniczny
Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania
Literatura
1. Dobrucki W.: Zarys obróbki plastycznej metali. Katowice: Śląsk 1975
2. Dobrzanski L.A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności fizycznych. Warszawa:
WNT 1987.
3. Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. Warszawa: PWN 1986.
4. Erbel S., Kuczyński K., Olejnik L.: Technologia obróbki plastycznej. Laboratorium. Ofic. Wyd. Pol.
Warszawskiej.Warszawa 2003
5. Kuczyński K., Erbel S.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1984.
6. Marciniak Z.: Mechanika procesów tłoczenia blach. Warszawa: WNT 1961.
7. Marciniak Z.: Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa: WNT 1971.
8. Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o, Warszawa 2002
9. Marciniak Z., Kołodziejski J.: Teoria procesów obróbki plastycznej. cz.II. Tłoczenie blach. Warszawa: Wyd.
Politechniki Warszawskiej 1983.
10. Mazurkiewicz A., Kocur L.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Wyd. Pol. Radomskiej. Radom 2006
11. Praca zbiorowa. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania. Odlewnictwo i obróbka
plastyczna. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1984.
12. Praca zbiorowa pod redakcją Erbla J.: Encyklopedia technik wytwarzania stosowanych w przemyśle
maszynowym Ofic. Wyd. Pol. Warszawskiej.Warszawa 2001.
13.Praca zbiorowa pod redakcją Sińczaka J.: Procesy przeróbki plastycznej – ćwiczenia laboratoryjne. Podstawy
teoretyczne i wykonawstwo ćwiczeń. Kraków: Wydawnictwa Naukowe AKAPIT 2001
14. Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. Warszawa: WNT 1976.
15.Skoblik R., Wilczewski L.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Laboratorium. Gdańsk: Wyd. Politechniki
Gdańskiej 1997
Projektowanie procesów tłoczenia
Tłoczenie - szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej metali,
realizowanych przede wszystkim na zimno, stosowanych do rozdzielania
i kształtowania materiałów w postaci blach i innych elementów metalowych.
Tłoczenie przeprowadza się za pomocą oprzyrządowania zwanego
tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych.
Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od
dwóch pozostałych - stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można
uważać za płaski. Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do
rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie kształtowanie).
Cięcie – jest to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z
procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części
materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów,
która polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu,
aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu.
Punktem wyjścia do projektowania są następujące dane:
• rysunek konstrukcyjny przedmiotu oraz stawiane mu warunki techniczne,
• funkcja przedmiotu i jego ewentualne współdziałanie w zespole,
• wielkość produkcji,
• dysponowany park maszynowy z wyposażeniem,
• możliwości kooperacyjne.
Opracowanie procesu tłoczenia można podzielić na następujące etapy:
• analiza technologiczności konstrukcji przedmiotu,
• określenie kształtu i wymiarów półwyrobu wyjściowego,
• wyznaczenie liczby i kolejności zabiegów przy tłoczeniu złożonym oraz
krotności tłoczenia (rozmieszczenia wykrojów),
• określenie wymiarów i tolerancji półwyrobów po każdej operacji,
• wybór materiału wyjściowego i jego wykorzystanie,
• dokonanie podstawowych obliczeń,
• wybór maszyn do operacji tłoczniczych.
Technologiczność przedmiotu - jest to zespół cech, które pozwalają na
osiągniecie najniższego kosztu wykonania, przy jednoczesnym
zachowaniu wymagań kształtu, wymiarów, wytrzymałości, wykończenia,
przydatności itp.
Poprawy technologiczności dokonuje się na drodze zmian
konstrukcyjnych przedmiotu, zmniejszających koszt jego wykonania.
Można to osiągnąć przez:
• zmniejszenie zużycia materiału wyjściowego,
• obniżenie pracochłonności wykonania (zmniejszenie liczby operacji,
maszyn, tłoczników, oraz wprowadzenie
mechanizacji lub
automatyzacji).
Materiały stosowane na wyroby tłoczone i wyoblane
Materiał stosowany do wykonania przedmiotów tłoczonych powinien
odpowiadać:
-przeznaczeniu,
-warunkom eksploatacyjnym,
- wymogom technologicznym, wynikającym z charakteru odkształcenia.
Na własności technologiczne materiałów walcowanych na zimno
i wykorzystywanych w tłocznictwie, ma:
- wielkość odkształcenia przy walcowaniu,
- charakter obróbki cieplnej,
- strukturalna postać węgla (ujemny wpływ strukturalnie swobodnego
cementytu),
- wielkość i kształt ziaren ferrytu,
- stan powierzchni (brak linii poślizgu przy odkształceniu) decydujący o
jakości powierzchni - braku pasów na blasze. Szczególnie w odniesieniu do
materiałów poddawanych głębokiemu ciągnieniu i o strukturze
gruboziarnistej, gdzie na powierzchni powstaje tzw. „skórka pomarańczowa".
Własności technologicznych materiałów do tłoczenia można scharakteryzować
wyznaczając wskaźniki plastyczności:
• przewężanie względne Z podczas rozciągania (rzadko stosowane w przypadku
blach, z powodu trudnego określenia, częściej parametry n i R);
• równomierne wydłużenie względne er, lub odpowiadające mu równomierne
przewężenie względne Zr;
• stosunek granicy plastyczności Re do wytrzymałości na rozciąganie Rm (im
mniejszy jest stosunek R e/Rm tym większe jest przewężenie Zr.).
Biorąc pod uwagę zdolność do odkształceń plastycznych materiały stosowane do
tłoczenia klasyfikuje się na grupy:
- materiały małoplastyczne - bardzo mało umacniające się; Zr= 0,10-0,15 (np. stal
o średniej zawartości węgla typu (35) do (50), stal 12HMN i inne);
- materiały średnioplastyczne - mało umacniające się; Zr = 0,15-0,20 (stale typu
(20) do (30), stale chromowo-niklowe, aluminium o znacznym stopniu
umocnienia);
- materiały plastyczne - średnio umacniające się; Zr = 0,20-0,25 (stale
niskowęglowe typu (08), (10), (15), mosiądz, wyżarzone aluminium);
materiały bardzo plastyczne - silnie umacniające się; Zr = 0,25-0,30 (stal
1H18N9T po przesycaniu, wyżarzona miedź, stopy tytanu, stopy permalloy i
kowar).
Tablica 1 Przykłady technologicznego zastosowania blachy stalowej i jej własności mechaniczne [3]
Zastosowanie
Wytrzymałość
na rozciąganie
Rm
(MPa)
max
Wydłużenie
AO
(%)
min
Twardość HB
max
Głębokość
wytłoczenia
(tłoczność
wg Erichsena)
(mm)
min
Wykrawanie płaskich przedmiotów
650
l -5
84-96
6-7
500
4-14
75-85
7-8
Płytkie ciągnieni i wygniatanie.
Gięcie o kąt 180° w poprzek włókien lub
o kąt 90° wzdłuż włókien z promieniem
gięcia r>0,5g
420
13-27
64-74
8-9
Głębokie ciągnienie (dopuszczalne
linie poślizgu). Gięcie o kąt 180° we
wszystkich kierunkach
370
24-36
52-64
9-10
330
33-45
38-52
10-12
Wykrawanie, proste
gięcie pod kątem 90°
w poprzek włókien
z dużym promieniem
gięcia
(r>29)
z promieniem gięcia
r < 0,5g
Głębokie ciągnięcie (nieznaczne
linie poślizgu).
Gięcie o kąt 180° we
wszystkich kierunkach
z promieniem gięcia
r<0,5g
Do najczęściej stosowanych materiałów metalowych należą blachy i
taśmy z miękkiej stali węglowej, miedzi i jej stopów, stopów aluminium,
cynku, niklu i tytanu.
Oprócz tego przez tłoczenie na zimno obrabia się mniej
rozpowszechnione metale i stopy jak:
• molibden i jego stopy;
• tantal i jego stopy;
• specjalne stopy Ni - Co (inwar, platynit, kowar i inne);
• beryl, cyrkon i ich stopy;
• metale szlachetne (złoto, srebro).
Stal. Stal węglowa o małej zawartości węgla (0,05% - 0,15%)
nadaje się dobrze do tłoczenia za pomocą gięcia, ciągnięcia,
wygniatania i innych procesów, w których wymagane są dobre
własności plastyczne materiałów.
Do tłoczenia stosuje się cienkie blachy stalowe (o grubości do 4,75
mm) wg PN-EN 10130+A1:1999. Wymiary tych blach podane są w
normie PN-EN 10131:1998.
W zależności od jakości powierzchni rozróżnia się 4 rodzaje blach
cienkich, stalowych do tłoczenia: I, II, III, IV. Rodzaj I odpowiada
najwyższej jakości powierzchni.
Ze względu na możliwość wykorzystania powierzchni arkusza
norma PN-81/H-92131 rozróżnia dwie klasy jakości blach:
• blachy całkowicie odpowiadające wymaganiom normy;
• blachy z wadami powierzchni skupionymi na 1/4 powierzchni
arkusza. [10]
Ze względu na przydatność do tłoczenia rozróżnia się sześć kategorii cienkich
blach (PN-EN 10130+A1:1999):
P - blacha płytko tłoczna;
T - blacha tłoczna;
G - blacha głęboko tłoczna;
B - blacha bardzo głęboko tłoczna;
SB - blacha na trudne wytłoczki o złożonym kształcie;
SSB - blacha na bardzo trudne wytłoczki, złożonym kształcie, dużym
odkształceniu podczas tłoczenia.
Na wyroby tłoczone stosowane też są blachy ze stali nierdzewnej wg normy
PN-EN 10088-1-3:1998.
Bednarka stalowa, stosowana na wyroby tłoczone, jest wytwarzana ze stali St0S
lub St2S. Grubość bednarki wynosi 1,5-5 mm, a szerokość 20 - 300 mm.
Wymiary podaje norma PN-76/H-92325.
Taśmy stalowe do tłoczenia są walcowane na (PN-92/H-92327) ze stali niskowęglowej w trzech klasach (klasa I, II, III) określających dopuszczalne wady
powierzchni (wgniecenia, zadrapania, chropowatość itp.). Klasie I odpowiada
najwyższa jakość powierzchni. [10]
Ze względu na stan powierzchni rozróżnia się taśmy stalowe:
Cl, C2 - powierzchnia ciemna;
S l - powierzchnia jasna;
S2 - powierzchnia czyszczona;
S3 - powierzchnia polerowana;
S4 - powierzchnia szlifowana;
S5 - powierzchnia szlifowana i polerowana.
Ze względu na stan utwardzenia lub obróbki cieplnej taśma stalowa może być:
G - głęboko tłoczna;
M. - miękka;
PM - półmiękka;
PZ - półtwarda;
Z - twarda.
Wytwarzane są taśmy o grubości 0,1-4,0 mm i szerokość 44-300 mm.
Do produkcji tłoczeniem wprowadzono również blachy stalowe
lakierowane lub pokryte tworzywem sztucznym. Blachy te nadają się
do produkcji płaskich wyrobów, oraz przestrzennych nie
wymagających głębokich tłoczeń. Należy również wspomnieć o
blachach nierdzewnych polerowanych charakteryzujących się
mniejszymi oporami kształtowania wyrobu. Nowym materiałem jest
również blacha stalowa lub aluminiowa pokryta kolorowym
tworzywem PCV. Powłoka o grubości 0,36 mm charakteryzuje się
wysoką odpornością na zużycie, korozję, działanie kwasów. Materiał
ten tłoczy się w zwykłych tłocznikach bez uszkodzenia powłoki.[10]
Ze względu na dokładność wykonania wymiarów grubości wymienić należy trzy
grupy:
1) blachy zwykłej dokładności wykonania grubości - bez wyróżnika - dla
grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,09 mm,
2) blachy o podwyższonej dokładności wykonania grubości - z wyróżnikiem
„pg" - dla grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,07 mm,
3) blachy o wysokiej dokładności wykonania grubości - z wyróżnikiem „wg" dla grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka grubości ±0,06 mm. Przykładowe
oznaczenie blachy przeznaczonej na nadwozia samochodów
la-m-SSB 0.8 wgX1500X3000.
Jest to blacha w arkuszach, rodzaju i jakości powierzchni (la), o matowym (m)
stopniu wykończenia powierzchni, z przeznaczeniem na szczególnie trudne
wytłoczki (SSB), pierwszej jakości, o grubości 0,8 mm, wysokiej dokładności
wykonania wymiaru grubości (wg), o szerokości 1500 mm i długości 3000 mm.
Tabela . Własności mechaniczne i technologiczne blach stosowanych w
procesach tłoczenia wg PN-87/H-92143 i PN-81/H-92121 [13]
Kategoria
blach
Grubość
blachy
Własności mechaniczne i technologiczne
R0,2
Rm
IE20
A50
(dla g < 2 mm,
lo = 50 mm,
R
n
min.
min.
bo= 12,5 mm)
mm
USB
0,6 - 2,0
MPa
%
(min.)
(dla
g = 0,8 mm)
-
mm
0,2
-
-
-
-
>150
280 - 340
38
-
-
10,40
SB
>150
280-350
35
-
-
10,20
B
-
250-390
32
-
-
10,00
G
-
250-410
28
-
-
9,50
T
-
250-410
25
-
-
9,30
P
-
do 490
23
-
-
7,80
SSB
1,5-1,4
-
0,5-2,5
Miedź i jej stopy nadają się dobrze do tłoczenia. Blachy, pasy i
taśmy wykonuje się z prawie czystej miedzi ojej zawartości
99,96%; 99,7%; 99,5% wg PN-EN 1652:1999.
Własności mechaniczne i tłoczność blach i pasów mosiężnych
podaje normę PN-EN 1652:1999. Spośród różnych gatunków
mosiądzów podanych w normie do obróbki plastycznej najbardziej
nadają się mosiądze oznaczone M60 i M63.
Aluminium i jego stopy bardzo dobrze nadają się do obróbki
plastycznej. Stosowane są szeroko do produkcji sprzętu
gospodarstwa domowego, zwłaszcza do tłoczenia i wyoblania
naczyń kuchennych. Rodzaje, gatunki i własności mechaniczne
blach i taśm aluminiowych opisują normy PN-87/H-92741
i PN-87/H 92833. Spośród bardzo wielu stopów aluminium jako
bardzo podatne do obróbki plastycznej należy wymienić stopy:
PA l, PA 2, PA 4, PA 11.
Materiały niemetalowe. W tłocznictwie przerabia się wiele
materiałów nieme talowych i tworzyw sztucznych. Ogólnie materiały
te dzieli się na dwie grupy:
l. materiały przekładkowe: papier, karton, preszpan, skóra, filc,
wojłok, guma, tkaniny gumowane, tkaniny bawełniane i tkaniny
wełniane;
2. materiały konstrukcyjne elektroizolacyjne i cieplnoizolacyjne:
a) tworzywa sztuczne warstwowe np.: tekstolit, laminaty;
b) tworzywa sztuczne lite np.: celuloid, PCV, PE;
c) tkaniny i wyroby azbestowe;
d) mika
Znaczny rozwój przetwórstwa blach, związany z rozwojem motoryzacji,
nowych technologii i materiałów stosowanych do tłoczenia, wyznacza
kierunki nowych badań i poszukiwań. Kryteria jakim muszą odpowiadać
nowoczesne materiały, można ująć następująco:
- tłoczność,
- możliwość stosowania w automatycznych liniach produkcyjnych,
- odporność na korozję,
- wytrzymałość,
- estetyka i funkcjonalność.
Tabela. Materiały do tłoczenia i ich charakterystyka [13]
Typ blachy
Blachy głęboko tłoczne, karoseryjne
Charakterystyka
Rm< 400 MPa; A5o> 45 %; r„> l .75
Blachy tłoczne ze stali o podwyższonej
wytrzymałości
O8JNb - stal mikrostopowa (Rm ok. 450 MPa)
Stale umocnione roztworowo i dyspersyjnie:
08JVN - stal mikrostopowa (R^ ok. 500 MPa)
08JNbVN - stal martenzytyczno-ferrytyczna (Rm, ok. 800MPa)
Stal ze zwiększonym dodatkiem manganu: 08G3A - stal
martenzytyczno-ferrytyczna (Rm ok. 900 MPa)
Blachy z materiałów typu IF i BH oznaczone
jako: DQ-R=1.5,n=0.21, DDQ-R =1.8, n =0.23,
EDDQ-R=2.2,n=0.25, S-EDDQ-R=2.7,n=0.27
Przykładowe własności w tabeli 12.2: ULC
BH180; IF180; IF220; IF260
Blachy do elektrolitycznego i ogniowego cynkowania; szczególne mała
zawartość (C) (ULC) już od 20 ppm, do 0.003 - 0.006% max. do 0.08%;
bardzo dobra tłoczność, zdolność pochłaniania energii przy
dynamicznym odkształceniu, umocnienie przy wypalaniu lakieru;
umocnienie roztworowe i dyspersyjne
Blachy głęboko-tłoczne, pokrywane powłokami Trudności przy kształtowaniu - nietrwałość powłok ochronnych lub
metalicznymi, foliami lub lakierami
dekoracyjnych
Blachy platerowane, wielowarstwowe, z
przekładkami z tworzyw sztucznych
Do specjalnych zastosowań, zarówno o specjalnych wymaganiach
wytrzymałościowych jak również specjalnych warunkach pracy
Blachy perforowane
Na specjalne konstrukcje - ażur
Blachy łączone - Tailored Blanks
Łączone blachy o różnych grubościach i różnych własnościach
Metody oceny przydatności blach do tłoczenia
Tłoczność - terminem tym określa się plastyczną odkształcalność blachy,
rozumianą jako technologiczną jej przydatność do plastycznego kształtowania
i stanowiącą o zdolności blachy do odkształceń plastycznych i łatwości
przyjmowania żądanego kształtu w określonej operacji.
Jako pierwszy w roku 1900 K. Musiol opisał mechanizm odkształceń
występujących przy tłoczeniu blach bez pocienienia i podał granice
odkształcenia dla określonego materiału.
Granicę, do jakiej można dokonywać tłoczenia próbki określił za pomocą tzw.
granicznego współczynnika tłoczenia:
mmim= dst/Dmax
gdzie:
Dmax to maksymalna średnica krążka wyjściowego, z której można otrzymać
miseczkę bez kołnierza przy tłoczeniu stemplem o średnicy dst.
Własności technologiczne blach tłocznych i głębokotłocznych są w
określone przez ich własności mechaniczne, zależne od składu
chemicznego, struktury i wielkości ziarna, stopnia odkształcenia i
rodzaju obróbki cieplnej.
Spośród cech materiałowych, które mogą wywierać wpływ na
tłoczność blachy za najważniejsze uważa się:
1. zdolność do umacniania,
2. czułość na prędkość odkształcenia,
3. jednorodność,
4. anizotropię normalną.
Wpływ umocnienia
Krzywe umocnienia dla różnych materiałów [10]
Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnym współczynniku wzmocnienia [10]
Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnej czułości na prędkość odkształcania [10]
Wpływ anizotropii normalnej
Anizotropia płaska jest stosunkiem ekstremalnych odkształceń w dwóch
kierunkach leżących w płaszczyźnie blachy. Mała anizotropia płaska jest
korzystna, gdyż umożliwia przy głębokim tłoczeniu uniknięcie tzw. „uch",
powstających w wyniku anizotropii odkształcenia.
Anizotropia normalna jest stosunkiem odkształcenia w dwóch kierunkach
wzajemnie prostopadłych, (normalnych do działającego naprężenia
rozciągającego, jeden z nich jest prostopadły do powierzchni blachy).
Korzystna jest natomiast duża anizotropia normalna, ponieważ tłoczenie
odbywa się przy niewielkim, lokalnym pocienieniu blachy i tym samym
opóźnia pojawienie się pęknięcia. Można więc powiedzieć, że blacha
przeznaczona do głębokiego tłoczenia powinna mieć dużą ciągliwość, zdolność
do umocnienia i anizotropię normalną. Własności takie uzyskuje się przez
wytworzenie odpowiedniej tekstury; np. dla blach karoseryjnych najkorzystniej
byłoby wytworzyć teksturę {110}, najczęściej jednak występuje tekstura {111},
również korzystna.
Przykład figury anizotropii płaskiej blachy [l0]
Elipsy plastyczności dla materiału izotropowego R=l i anizotropowego R>1
Tablica. Wpływ różnych cech materiału na tłoczność blachy w różnych operacjach [10]
Nazwa operacji
Umocnienie
Anizotropia
normalna
Jednorodność
Czułość na
prędkość
odkształcania
Jednoosiowe
rozciąganie
+
Dwuosiowe
rozciąganie
+
+
-
Wytłaczanie
Przetłaczanie
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
Stale narzędziowe
Stal narzędziowa – stal do produkcji narzędzi, elementów przyrządów
pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe
charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką
odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez
wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało
odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z
odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi. Stale
narzędziowe dzieli się na:
- stale narzędziowe węglowe
- stale narzędziowe stopowe
- stale do pracy na zimno
- stale do pracy na gorąco
- stale szybkotnące
Stal narzędziowa węglowa
Stal narzędziowa węglowa – stal narzędziowa, która nie posiada większej
ilości dodatków stopowych oprócz węgla, którego zawartość mieści się w
granicach 0.5% - 1.3%. Innymi cechami odróżniającymi stale węglowe
narzędziowe od stali konstrukcyjnej jest zmniejszona zawartość manganu i
drobnoziarnistość. Od większości stali narzędziowych węglowych wymaga
się, by były płytkohartujace. Na mniej odpowiedzialne narzędzia stosuje się
tańszą stal głęboko hartującą się. Płytkie hartowanie jest pożądane, gdyż
zapewnia twardość powierzchni narzędzia, przy jednoczesnej
wytrzymałości rdzenia narzędzia na uderzenia. Polska Norma PN-XX/H85020 podaje szereg stali narzędziowych węglowych: N5, N6, N7, N7E,
N8, N8E, N9, N9E, N10, N10E, N11, N11E, N12, N12E, N13, N13E.
Litera N jest ogólnym oznaczeniem stali narzedziowych, liczba koduje
średnią zawartość węgla z mnożnikiem 10 (np. dla N11, zawartość węgla
leży w granicach 1.05% - 1.14%). Symbol E na końcu oznacza, że stal jest
płytko hartujaca się.
Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno
Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno – stal stopowa narzędziowa
stosowana na narzędzia do obróbki skrawaniem i plastycznej, które mogą się tylko
nieznacznie nagrzewać w czasie pracy. Tego rodzaju stali używa się także do
produkcji przyrządów pomiarowych. Od stali do pracy na zimno wymaga się, by
zachowała swoje właściwości do temperatury +200 °C.
Stale te dzieli się następujące grupy:
Stal do hartowania w wodzie NW1 posiada wysoką zawartość węgla (1.1% 1.25%) oraz dodatek wanadu (1.0% do 1.5%), przeznaczona jest na narzędzia
tnące do cięcia papieru, gumy, noże krążkowe, wiertła, rozwiertaki, frezy,
punktaki, przebijaki, gwintowniki, narzynki, piły tarczowe, piły ręczne, stemple
do bicia monet, narzędzia grawerskie.
Stale do hartowania w oleju NC10, NC11, NWC, NWM, NC6, NC4 o dużej
zawartości węgla, w niektórych do ponad 2.0% oraz chromu (od 1% do 13%).
Charakteryzują się niewielkimi odkształceniami podczas hartowania i wysoką
odpornością na ścieranie. Używane do wytwarzania pierścieni do przeciągania,
noży do nożyc, kowadeł, wykrojników, rolek do walcowania na zimno, narzędzi
do cięcia kamienia, narzędzi do ciągnięcia drutu, gratownic, narzędzi do wyrobu
gwoździ, przymiarów, form do tłoczenia i wtryskiwania tworzyw sztucznych.
Stale na narzędzia pneumatyczne NZ3 i NZ2 o niskiej zawartości
węgla (od 0.2% do 0.6%), podwyższonej zawartości krzemu (0.8%
do 1.0%) oraz z dodatkami chromu, wanadu i wolframu. Wymagana
duża twardość powierzchniowa i odporność na ścieranie lecz przy
tym odporność na uderzenia. Używane na ostrza młotów
pneumatycznych lub inne podobne urządzenia.
Stal na piły NCV1 używana na wszelkiego rodzaju piły.
Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco
Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco - stal stopowa narzędziowa
stosowana na narzędzia do obróbki plastycznej na gorąco i do budowy form
odlewniczych narażonych na bardzo wysokie temperatury w czasie pracy.
Wymaga się, by stale te zachowały swoje właściwości do temperatury
+600°C. Osiąga się to poprzez zastosowanie wolframu i molibdenu jako
dodatków stopowych nawet do 8% - 10%, jak to ma miejsce przy stali
WWV. Polska Norma wymienia szereg stali do pracy na gorąco, miedzy
innymi WCMB, WNL, WCL, WCLV, WLV, WLK, WWS1 i WWV.
Zawartość w nich węgla należy do zakresu 0.25% - 0.6%, chromu 1.5%–
4.0%, molibdenu i wolframu 1.0% do 10.0%, manganu w zakresie 1.0%,
krzemu 0.2% - 1.2%, są także obecne pewne dodatki wanadu, berylu,
kobaltu i niklu. Najczęstszymi zastosowaniami stali narzędziowych do pracy
na gorąco jest wytwarzanie: matryc do pras i kuźniarek, stempli do
spęczniania, trzpieni i ciągadeł do przeciągania na gorąco rur i prętów,
bębnów walcarek, noży, przebijaków do gorących blach itp.
Stal szybkotnąca
Stal szybkotnąca - stal stopowa narzędziowa używana do wytwarzania
narzędzi do obróbki skrawaniem przy dużych prędkościach skrawania.
Wymaga się od nich zachowania twardości i kształtu, aż do temperatury
+600°C. Cechę tę realizuje się przez zastosowanie dodatków stopowych
- węgla 0.75% - 1.3%chromu 3.5 % - 5.0%, wolframu 6% - 19%,
wanadu 1.0% - 4.8%, molibdenu 3.0% do 10%, a w niektórych
gatunkach także i kobaltu 4.5% - 10.0%, oraz odpowiednią obróbkę
cieplną. W jej czasie dokonuje się wyżarzania, tak by dodatki stopowe
utworzyły związki z węglem, tzw. węgliki, które w znacznym stopniu
muszą się rozpuścić w ferrycie. Wymaga to bardzo uważnej i
długotrwałej obróbki.
Polska Norma wymienia szereg stali szybkotnących, miedzy innymi
SW18, SW7M, SW12C, SKC, SK5V, SK5M, SK8M, SK10V.
Stal szybkotnącą używa się do wytwarzania noży tokarskich, frezów,
wierteł i innych narzędzi skrawających nagrzewających się w czasie
pracy do wysokich temperatur.
STAL NARZĘDZIOWA
PN
NC6
NC10
NC11
NC11LV
NMV
NW1
NZ2
NZ3
N8E
N9E
N12E
WCL
WCLV
WNL
WLV
SW7M
SW18
SK10V
EN
X210Cr12
X160CrMoV12
1
90MnV8
45WCrV8
55WCrV8
CT80
CT90
CT120
X37CrMoV51
X40CrMoV511
~55NiCrMoV7
30CrMoV1211
HS6-5-2
HS18-0-1
HS10-4-3-10
W.nr
AISI
1.2080
~D3
1.2379
D2
1.2842
1.2414
1.2542
1.2550
1.1525
1.1830
1.1663
1.2343
1.2344
1.2713
1.2365
1.3343
1.3355
1.3207
O2
F1
S1
~S1
~W1-8A
W1-81/2A
W1-111/2A
H11
H13
~L6
H10
M2
T1
-
NMV - stal narzędziowa przeznaczona na noże, stemple,
wykrojniki, płyty tnące o złożonym kształcie, rozwiertaki,
przeciągacze, gwintowniki, narzynki, szczęki do nacinania
gwintu, frezy do drewna oraz noże talerzowe do cięcia papieru i
skóry.
NZ3 - stal narzędziowa przeznaczona na przebijaki, przecinaki,
matryce, stemple, noże do cięcia drewna i metali, dłuta
pneumatyczne, przecinaki, matryce do pracy na zimno, formy do
gięcia, rolki do prostownic.
N8E - Stal narzędziowa niestopowa na matryce i stemple do
pracy na zimno, dłuta i piły taśmowe do drewna, przebijaki, noże
do nożyc do cięcia na zimno.
N9E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia do obróbki
twardego drewna i niektórych stopów o dobrej skrawalności, np.
gwintowniki i rozwiertaki, oraz niektóre matryce do pracy na
zimno.
N10E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia skrawające z
małą szybkością, niezbyt obciążone: wiertła, frezy, rozwiertaki,
narzynki, gwintowniki, piłki do metali, matryce, stemple,
znakowniki, płyty okrojnikowe, wykrojnikowe, oraz narzędzia do
obróbki kamieni.
Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te wysokiej jakości,
wypierane są przez stellit i węgliki spiekane.
Stellit
Stellit - stop odlewniczy kobaltu – do 10%, chromu - 25 %do 30% i
wolframu 35% - 50% zawierający często także domieszki węgla –
2% do 4%, żelaza i molibdenu. Stellity charakteryzują się bardzo
wysoką twardością, do 60HRC, a zarazem kruchością, wykazują
dużą odporność na ścieranie i na wysokie temperatury (do 900°C).
Produkty ze stellitu odlewa się i nie wymagają one żadnej obróbki
cieplnej.
Stellity wykorzystuje się do produkcji najwyższej jakości narzędzi,
części silników spalinowych oraz innych elementów pracujących w
ekstremalnych warunkach ciepłych.
Stellity wzięły swoją nazwę od stelle, co w łacinie oznacza
"gwiazda". Badacze struktur zauważyli bowiem charakterystyczne
gwiazdy o ostro zarysowanych kształtach w strukturze mikro
badanych przekrojów stopów kobaltu.
Węglik spiekany
Węglik spiekany – materiał konstrukcyjny uzyskany
z węglików takich metali jak wolfram, tytan, rzadziej
tantal, niob, cyrkon, chrom metodami metalurgii
proszkowej.
Rozdrobnione
węgliki
ulegają
sprasowaniu, przy wysokich temperaturach i ciśnieniu.
Spoiwem węglików spiekanych jest kobalt, czasem
nikiel lub wanad. Elementy wykonane z węglików
spiekanych charakteryzują się wysoką odpornością na
ścieranie, twardością i są mniej kruche od stellitów.
Węgliki spiekane zachowują swoje charakterystyki do
temperatury 1000°C. Zastosowane jako narzędzia do
obróbki skrawaniem pozwalają na wielokrotne
zwiększenie prędkości skrawania. Nadają się do
obróbki skrawaniem takich materiałów jak porcelana,
stal hartowana, żeliwo białe itp. Używane są także do
zbrojenia narzędzi górniczych.
Wadą węglików jest ich kruchość oraz wysoka cena, co powoduje,
że z reguły nie wykonuje się z tego materiału całego narzędzia a
tylko niewielkie płytki przytwierdzone do korpusu narządzi
skrawających w miejscu ostrza i do tego celu są używane
najczęściej. Z korpusem mogą być łączone:
trwale, przez lutowanie – po zużyciu płytki są wtedy ostrzone, co
jest operacją czasochłonną i kosztowną;
rozłącznie, przez różnego rodzaju mechaniczne mocowanie
(płytki wieloostrzowe) – po zużyciu zmienia się ostrze lub
wymienia płytkę.
Płytki wieloostrzowe najczęściej powleka się warstwami TiC, TiC
i Al2O3, TiC i Al2O3 i dodatkowo trzecia warstwa TiN lub
wielowarstwowo w różnych kombinacjach tych materiałów.
Istnieje metoda dodatkowego zwiększenia trwałości płytki przez
nagniatanie.
Węglików spiekanych używa się także do wytwarzania oczek
przeciągarek i głowic wiertniczych.
Własności węglików spiekanych
Gatunek
K10
K20
Skład chemiczny Twardość
± 0,2 %
HV
WC 94%, Co 6
1 600
%
WC 94 %, Co 6
1 500
%
Wytrzymałość
MPa
1 800
2 000
K30
WC 91%, TaC
1%, Co 8 %
1 500
2 300
B25
WC 90,5 %, Co
1 250
9,5%
2 500
P10
WC 78%, TiC
16%, Co 6%
1 450
1 600
Stale szwedzkie
nazwa stali
Polska norma norma
(PN)
AISI
DIN
ARNE
NMWV
O1
1.2510
RIGOR
NCLV
A2
SVERKER 21
NC11LV
D2
SVERKER 3
NC11 + W
(D6)
SLEIPNER
CALMAX
CARMO
COMPAX
ROLTEC (semi
proszkowa)
S7
zastosowanie
do pracy na
zimno
do pracy na
1.2363
zimno
do pracy na
1.2379
zimno
(1.2436,1.208 do pracy na
0)
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
1.2358
zimno
do pracy na
1.2358
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
WEARTEC
(semi
proszkowa)
VENADIS 4
(stal proszkowa)
VENADIS 6
(stal proszkowa)
VENADIS 10
(stal proszkowa)
VENADIS 23
(stal
(SW7M)
proszkowa::ASP
2023)
VENADIS 30
(stal proszkowa)
VENADIS 60
(SK10V)
(stal proszkowa)
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
M3:2
1.3344
M3:2+Co
FERMO
CHIPPER
TGH 2000
(1.2631)
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
do pracy na
zimno
W ostatnich latach, obok różnych metod obróbki cieplnej, chemicznej i
elektrochemicznej stosowanych do modyfikacji powierzchni narzędzi,
polepszających ich odporność na ścieranie i duże naciski powierzchniowe,
rozwijane są metody fizyczne, w których wykorzystuje się strumienie jonów
generowanych w próżni, zarówno do modyfikacji warstwy wierzchniej jak i
do wytwarzania warstwy nowego materiału na powierzchni narzędzi.
Do tych propozycji, coraz częściej stosowanych w warunkach
przemysłowych, zaliczyć można:
- technikę inplantacji jonowej, która polega na wprowadzeniu do warstwy
wierzchniej atomów obcych w postaci jonów o energii rzędu kilkudziesięciu
keV, technikę znaną pod nazwą platerowanie jonowe, w której strumień
jonów, generowanych w dziale jonowym jest wykorzystywany do
wytworzenia warstwy nowego materiału i/lub zmiany struktury powierzchni,
- technikę jonowego rozpylania, gdzie strumień jonów bombardujący tarczę
powoduje rozpylenie jej materiału, który następnie kondensuje się na
powierzchni obrabianego detalu, ulepszanego narzędzia,
- technikę łukową, w której stałoprądowy łuk elektryczny powoduje
odparowanie materiału, źródła katody a następnie osadzenie tego materiału na
powierzchni obrabianego narzędzia.
Wymienione techniki modyfikacji powierzchni
stosuje się często z udziałem reagentów
chemicznych, takich jak: tlen, węgiel czy azot,
co umożliwia wytworzenie na powierzchni
związków chemicznych tych pierwiastków,
takich jak: tlenki, węgliki czy azotki, a nawet
powłoki diamentopodobne. Prezentowane
metody mają już częściowe zastosowanie
przemysłowe. Oczywiście różnią się znacząco
kosztami
ich
wprowadzania.
Należy
oczekiwać, że pojawią się rozwiązania łączące
zalety poszczególnych metod, a eliminujące ich
niedogodności.