Stal szybkotnąca

Specyfikacja i zastosowanie stali szybkotnących

Stale szybkotnące należą do odmian stali narzędziowych stopowych, w których oceniana jest głównie zdolność skrawania, twardość wyrobu, oraz zachowana ciągliwość rdzenia. Wykorzystywane są do produkcji narzędzi skrawających, narzędzi wykrojnikowych, noży do obróbki zgrubnej i wykańczającej, wiertła spiralne, a w niektórych przypadkach na odpowiedzialne elementy maszyn – pierścieni, łożysk, elementów sprężynowych ze stali szybkotnących. W wyniku zbliżonych, jednak lepszych własności narzędziowych można je określić jako stale narzędziowe szybkotnące.

Charakteryzują sią bardzo dużą twardością w wysokich temperaturach pracy, przy zachowaniu odpowiedniej ciągliwości rdzenia, jednym z większych zakresów odporności na ścieranie z pośród reszty stali narzędziowych, oraz wysoką trwałością i odpornością na zmęczenie materiału. Najwyżej ocenianą własnością stali szybkotnących jest odporność na odpuszczanie, która dochodzi do temperatur rzędu 600℃.

Skład chemiczny stali szybkotnących

Ze wszystkich stali narzędziowych, stale szybkotnące są najdroższe ze względu na bardzo dużą zawartość drogich dodatków stopowych takich jak Wolfram – W, Kobalt – Co, Wanad – V, nie uwzględniając Molibdenu – Mo, oraz Chromu – Cr, którego jest w składzie stosunkowo dużo w porównaniu do pozostałych stali.

Wszystkie wymienione pierwiastki – pomijając kobalt – tworzą w stali węgliki rozmieszczone w osnowie, dzięki którym stale szybkotnące cechują się wszystkimi właściwościami wymienionymi wcześniej. Pominięty kobalt zapobiega tworzeniu się rozrostu ziarn w stali podczas obróbki cieplnej.

Za wysoką twardość odpowiada m. in. Węgiel – C, który w stalach szybkotnących występuje w granicach 0,7-1,15%. Im więcej dodatków stopowych węglikotwórczych występuje w stali, tym zakres węgla proporcjonalnie musi wzrastać, aby zachować ilość węglików na odpowiednim poziomie.

  • Wolfram tworzący z węglem twarde, drobne i równomiernie rozłożone węgliki, odpowiada za wysoką odporność na ścieranie, i zapobiega obniżeniu twardości stali w trakcie pracy w wysokich temperaturach tzw. "czerwonego żaru".
  • Kobalt zapobiega przegrzewaniu się stali szybkotnących w czasie hartowania co wpływa na podwyższenie ilości węglików w stali, oraz podwyższa temperaturę topnienia wyrobu w trakcie pracy.
  • Wanad również zapewnia zwiększenie odporności na ścieranie, oraz sprzyja drobnoziarnistości struktury wyrobu. Poprawia odporność na działanie wysokich temperatur.
  • Chrom poprawia hartowność stali, a Molibden mogący w pewnym stopniu zastąpić Wolfram poprawia odporność na ścieranie.

Stale szybkotnące możemy podzielić na stale szybkotnące kobaltowe – stale szybkotnące kobaltowe z dodatkiem Wanadu, Molibdenu bądź dodatkiem węgla – i szybkotnące bezkobaltowe – stale szybkotnące wolframowe, wolframowe z dodatkiem molibdenu bądź węgla – gdzie wszystkie z gatunków określane są jako stale szybkotnące ledeburytyczne.

Obróbka cieplna i mechaniczna stali szybkotnących

Obróbka cieplna stali szybkotnących to przebieg powolnych i dokładnych procesów, które polegają na dwustopniowym, a nawet trzystopniowym nagrzewaniu stali do wstępnych temperatur w zależności od przekroju elementu hartowanego.

Stale szybkotnące dostarczane w stanie zmiękczonym, charakteryzują się bardzo małym przewodnictwem cieplnym i w związku z tym proces nagrzewania powinien być przeprowadzany powoli i dokładnie, ze względu na ryzyko powstania naprężeń materiału powodujących odkształcenia oraz pęknięcia podczas obróbki.

Po wstępnej obróbce mechanicznej powodującej naprężenia należy wyrób odprężyć w temperaturze rzędu 600-650℃. Po wolnym chłodzeniu wyrób można obrobić wykańczająco przed procesem hartowania.

Przy większych przekrojach wyrób podgrzewa się trzykrotnie w coraz to większej temperaturze 500℃-1050℃. Przy elementach o mniejszych i mniej skomplikowanych wymiarach wystarczające jest dwukrotne podgrzewanie. Wstępne wygrzewania materiałów przeprowadzane są w piecach komorowych i piecach solnych (w roztworach SH430, SH960).

W temperaturach rzędu 1000-1100℃ następuje rozpuszczanie się węglików M₂₃C₆, M₆C, oraz M₄C₃, które odpowiadają za własności mechaniczne wyrobu po obróbce. Proces hartowania stali szybkotnących występuje w temperaturach rzędu 1100-1300℃ w zależności od gatunku wyrobu. Aby zniwelować naprężenia, utrzymać twardość,ciągliwość i wydajność materiału, wykonuje się dwukrotne lub nawet trzykrotne odpuszczanie w temperaturach w przedziale 520-600℃.

Stal szybkotnąca po obróbce posiada strukturę martenzytu listwowego. Poza wyżej opisanym sposobem hartowania elementu, występują inne metody obróbki cieplnej – obróbki cieplno chemicznej, w piecach próżniowych, piecach z atmosferą ochronną. Są to tylko niektóre z występujących innych metod obróbki, i wraz z rozwojem technologii metalurgicznej ilości sposobów obrabiania cieplnego mogły się powiększyć.

Normy

Powyżej opisane stale wysokostopowe szybkotnące narzędziowe, określa Norma PN-86/H-85022, Norma branżowa BN-77/0631-05 oraz Norma PN-EN ISO 4957, wg których dostarczane są:

Preferencje plików cookie
Szanowni Państwo, nasz serwis stosuje pliki Cookies aby zapewnić jego prawidłowe działanie. Możecie określić warunki przechowywania lub dostępu do plików Cookies klikając przycisk Ustawienia. Zalecamy zapoznanie się z Polityką prywatności i plików Cookies.
Preferencje plików cookie
Wykorzystanie plików cookie

Szanowni Państwo, nasz serwis stosuje pliki Cookies aby zapewnić jego prawidłowe działanie. Możecie określić warunki przechowywania lub dostępu do plików Cookies. Zalecamy zapoznanie się z Polityką prywatności i plików Cookies.

Więcej informacji

W przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących naszej polityki dotyczącej plików cookie prosimy o kontakt.