sprawozdanie z materiałoznawstwa - laboratorium stale

SPRAWOZDANIE Z MATERIAŁOZNAWSTWA LABORATORIUM
STALE NARZĘDZIOWE
Stalami narzędziowymi nazywa sie stale przeznaczone do wyrobu narzedzi do kształtowania lub
dzielenia różnych materiałów w zakresie od temperatury otoczenia do około 600 stopni Celsjusza
oraz przyrządów pomiarowych używanych w produkcji masowej i pracujacych w temperaturze
otoczenia . Dla stali narzędziowych stawiane są nastepujące wymagania :
Twardość - narzędzie musi być twardsze niż obrabiany materiał a zależy ona od zawartości
węgla i dlatego stosuje się stale wysokowęglowe o zawartości węgla powyżej 0,6 %
Odporność na ścieranie - powiększona jest przez ilość twardych węglików w osnowie
martenzytycznej i stosuje sie takie pierwiastki węglikotwórcze jak chrom i wolfram
Skrawanie - zalęży od obrabianego materiału i warunków obróbki . Zdolność do skrawania
kształtowana jest przez twardość , odporność na ścieranie , wspólczynnik tarcia , utrzymywanie
twardości w podwyrzszonych temperaturach
Twardość w podwyrzszonych temperaturach ma duże znaczenie dla narzędzi do pracy na gorąco
( np. matryce kuźnicze ) . Uszkodzenie tych narzędzi są najczęściej wynikiem zmęczenia
cieplnego . Ich wynikiem jest cykliczne rozszerzanie się i kurczenie powierzchniowej warstwy
wywołane kolejnym nagrzewaniem i chłodzeniem .
Wytrzymałość i ciągliwość stali - hartowność stali nie powinna byc zbyt duża . powierzchniowa
warstwa drobnoiglastego perlitu , zapewnia odpowiednie własności machaniczne.
Podstawowym składnikiem stali narzedziowych jest węgiel ( nadaje twardość ) i pierwiastki
węglikotwórcze : chrom ( polepsza hartowność , powoduje drobnoziarnistość ) , wolfram , wanad
, molibden ( zapewniają odporność na ścieranie i twardość w podwyrzszonej temperaturze )
Podział stali narzędziowych
stale narzędziowe
/
stale zwykłe
|
płytko hartujące się
głeboko hartujące się
\
stale stopowe
|
do pracy na zimno
do pracy na gorąco
stale szybkotnące
Stal narzędziowa zwykła produkowana jest w gatunkach o zawartości węgla od 0,55% do 1,2 %
w dwóch grupach ( płytko i głeboko hartująca się ) z zawartością manganu i krzemu od 0,15% do
0,30% i ograniczonej zawartości fosforu i siarki do 0,0025% a stale głeboko hartujące mają
manganu i krzemu o 0,05% , fosforu i siarki o 0,005% więcej .Stale płytko hartujące ( o dużej
szybkości krytycznej chłodzenia ) mają grubość warstwy zachartowanej do 3 - 4 mm , natomiast
stale głeboko hartujące się do 12 mm . Stale płytko hartujące się są stosowane do wyrobu
narzędzi o grubości do 20 mm , a głeboko hartujace się na narzędzia mniejsze i wieksze .
stal 65 - przecinaki , młotki , śrubokręty , narzędzia kowalskie , narzędzia górnicze do węgla ,
noże do papieru , formy do odlewów pod ciśnieniem
stal 55 - siekiery narzedzia ślusarskie , murarskie i szewskie , piły tarczowe do cięcia metali na
gorąco , niehartowane matryce do tworzyw sztucznych
stal 45 - łopaty i kilofy , narzędzia rolnicze i ogrodnicze , pilniki do drewna
Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno przeznaczona jest na narzedzia pracujące w
temperaturach nie przekraczających 200 - 250 stopni celsjusza . Gatunki wysoko węglowe
powyżej 0.75 % węgla używane są do wyrobu narzędzi skrawających z niewielkimi szybkościami
oraz na narzędzia silnie obciążone , ale pracujące bez uderzeń . Gatunki średnio węglowe od 0.35
do 60 % węgla jako bardziej ciągliwe używane są wyrobu narzędzi pracujących przy
obciążeniach dynamicznych . Stale te dzielą się na grupy :
1. Stale średniowęglowe odporne na uderzenia ( NCS , NZ2 , NZ3 ) stosowane na narzędzia do
młotków pneumatycznych . Stal NPW o dużej hartowności i znacznej ciągliwości po hartowaniu
stosowana jest na matryce do tłoczenia sztućców .
2. Stale wysokowęglowe o małej hartowności ( struktura martenzytyczna z węglikami , odporna
na ścieranie ) , NCV1 stosuje sie na piły do drewna , NW1 na narzędzia skrawające z małymi
szybkościami skrawania , NWV4 ( stal diamentowa HRC = 65 - 67 ) na narzędzia do obróki
trudno skrawalnych materiałów .
3. Stale o większej hartowności ( mają małe wymiary po hartowaniu ) , stale NMV , NWC , NC4
stosuje się na spawdziany i dokładne narzędzia np. gwintowniki , narzynki , naciągacze ,
wykrojniki i matryce .
4. Wysokowęgolwe i wysokochromowe stale ledeburytczne NC10 , NC11 i NCWV ( odporne na
ścieranie ) stosuje się na dokładne narzędzia , ciągadła , wykrojniki , matryce do pracy na zimno .
Stal narzędziowa do pracy na gorąco przeznaczona jest na narzędzia pracujące w
podwyższonych temperaturach do 600 stopni Celsjusza przy dużych naciskach statycznych albo
udeżeniach . Stale te zaweirają mała ilość węgla ( 0,3 - 3,6 % ) i około 4 % niklu dla
zapewnienia ciągliwości . Dodatki chromu , wolframa , wanadu i molibdenu zapewniają dobrą
hartowność oraz twardość w podwyższonych temperaturach . Stale te dzilą się na grupy :
1. Stale uzywane do wyrobu matryc do prac , części prac , wyciskania metali nieżelaznych i
kokili na odlewy pod ciśieniem metali nieżelaznych .narzędzia te pracują przy obciążeniach
statycznych , ale stykają się przez dłuższy czas z gorącym materiałem . Stale te zawierają
wolfram albo chrom i molibden oraz około 0,3 % węgla 2. Stale ( około 0,4 % węgla )
przeznaczone na matryce kuzienne oraz kowadła do pras i młotów . Narzędzia te pracują przy
obciązeniach udarowych i stykają się z gorącym materiałem przez krótki czas . wymagana jest
tutaj większa twardości i ciągliwość niz w stalach z grupy pierwszej .
3. Stal WCV używana na walce , zawierająca niwielkie dodatki chromu ( powiększa hartowność )
i wolframu ( zapenia drobno ziarnistą strukturę po normalizowaniu odkuwek ) .
Bloki matrycowe ze stali WWN1 albo WNL w celu ujednorodnienia struktury , rozdorbnienia
ziarna i usunięcia naprężeń , poddaje się wyżarzaniu zupełnemu w 850 - 860 stopni Celsjusza ze
studzeniem razem z piecem do około 400 - 300 stopni Celsjusza a nastepnie na powietrzu . W
przypadku małych i średnich matryc obrókę cieplną wykonuje się po obróce mechanicznej a w
przypadku dużych matryc przed obróką mechaniczną . Dla matryc dużych temperatury
austenityzacji przyjmuje się nieco wyższe . Hartowanie matryc małych i złożonych przeprowadza
się najczęściej jako stopniowe ( kąpiel solna 250 - 400 stoni Celsjusza ) , średnich jako
przerywane w oleju ( 40 -70 stoni Celsjusza ) do około 200 - 150 stopni Celsjusza a nastyępnie na
powietrzu , największych - jako zwykłe w strumieniu sprężonego powietrza albo mgły wodnej .
Odpuszczie należy wykonywać odrazu po hartowniau .
Stal szybkotnąca przeznaczona jest do wyrobu narzędzi skrawających o dużej wydajności ( duże
przekroje i prędkości skrawania ) dzięki utrzymywaniu stałej twardości i odporności na ścieranie
do temperatury około 600 stopni Celsjusza . Stale szybkotnące zawierają : 0,75 - 1,45 % węgla ,
3,5 - 5,0% chromu ( zapewnia i hartwność oraz tworzy węgliki najłatwiej rozpuszczalne w
austenicie ale jego zawartość nie może przekraczać 5 % , poniewaz obniża temperatury Ms i Mf ,
powiększająć ilość austenitu szczątkowego ; do 20 % wolframu , do 6 % molibdenu , 1 - 5 %
wanadu ( powiększają hartowność oraz hamują procesy odpuszczania wywołują twardość
wtórną , co zapewnia wysoką twardość stali w podwyższonych temperaturach ) , do 15 %
kobaltu ( polepsza własności skrawne i mechaniczne w podwyzszonych temperaturach ) . Stale
szybkotnące należa do stali ledeburytycznych . Krzepnąc tworzą eutektykę złożoną z austenitu i
węglików stopowych . Po ujednorodnieniu , przekucie wlewka około 1150 stopni Cesljusza
kruszy siatkę węglików , a następnie wyżarzanie zmiękczające w 800 - 840 stopni Celsjusza
przez około dziesięć godzin zapewnia strukturę złożoną równomiernie rozłożonych sferoidalnych
węglików w osnowie ferrytu stopowego . Celem obróbki cieplenej jest nadanie stali optymalnych
własności skrawnych i twardości w wysokich temperaturach. Realizacja tego wymaga
przeprowadzenia możliwie największej ilości węgla i składników stopowych do roztworu
( austenitu , aby po zahartowaniu uzyskać martenzyt stopowy .
wykres CTPi stali SW18
1 hartowanie zwykłe
2 hartowanie stopniowe
3 zmiękczanie
.