Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Obserwacje mikroskopowe stali narzędziowej

 Właściwy dobór stali narzędziowej , odpowiednia obróbka cieplna wpływa na dobrą jakość 

narzędzia . Różnorodność gatunków , zastosowań , własności , warunków pracy i warunków 

obróbki cieplnej , powoduje , że trudno jest podzielić stale narzędziowe wg. jednego 

wyczerpującego systemu . Według PN podzielono stale narzędziowe na cztery różne grupy :

1/ stale narzędziowe węglowe o zawartości węgla 0,5 - 1,2 %

- płytko hartujące się ( N7E - N12E )

- głęboko hartujące się ( N5 - N12 )

- zgrzewalne .

2/ Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno ( N )

3/ Stale narzędziowe do pracy na gorąco ( W )

4. Stale szybkotnące ( S )

 

Stale głęboko i płytko hartujące się odpowiadają sobie pod względem zawartości węgla , 

różnią się natomiast zawartością pozostałych pierwiastków . Obie te grupy odznaczają się 

niewielką hartownością . Stale płytko hartujące się posiadają szczególnie małą hartowność 

dzięki niewielkiej zawartości domieszek . Wpływ zawartości węgla na twardość stali 

węglowej po :

 

1/ hartowaniu

2/ normalizowaniu

3/ wyżarzaniu zmiękczającym

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na wykresie przedstawiono zależność między twardością a zawartością węgla w stalach 

węglowych po wyżarzaniu zmiękczającym i po hartowaniu . Możemy więc wnioskować że 

wzrost zawartości węgla w stalach daje wzrost twardości po hartowaniu , tylko do zawartości 

węgla ok. 0,7 - 0,8 . Dalszy wzrost zawartości węgla nie podwyższa już twardości tych stali 

po hartowaniu . Ma natomiast wpływ na wzrost odporności na ścieranie w stanie wyżarzonym 

jak również i po hartowaniu . Stal N12 omawiana na ćwiczeniu zawiera 1,2 % *C i zaliczana 

jest do stali twardych . W stanie surowym jak i po wyżarzeniu normalizującym na strukturę 

perlityczną z siatką cementytu wydzieloną na granicach ziarn perlitu . Ponieważ w tym stanie 

jest bardzo trudno obrabialna z powodu dużej twardości dostarcza się ją w stanie 

zmiękczonym. Stan ten charakteryzuje się minimalną twardością i maksymalną plastycznością 

jaką można osiągnąć dla danego gatunku stali. Własność ta zapewnia w strukturach 

sferoidalnych ( kulkowych ) węglików w osnowie ferrytycznej uzyskiwanie w drodze 

wyżarzania zmiękczającego twardość 160 - 210 HB . W przypadku stali narzędziowych 

węglowych dochodzi do 280 HB w przypadku stali wysoko stopowych ( stal szybkotnąca ) 

.Istnieje kilka sposobów wyżarzania zmiękczającego . Wymienimy tu dwa najczęściej 

stosowane w przypadku stali nadeutektoidalnych . Pierwsza polega na nagrzaniu stali do 

temperatury nieco wyższej od Ac1 w przypadku stali N12 : 740 : 780 C, wygrzaniu wciągu 

kilku godzin i następnym bardzo powolnym studzeniu . Drugie studzenie zazwyczaj odbywa 

się w spokojnym powietrzu . Drugi sposób wyżarzania zmiękczającego różni się od 

pierwszego sposobu chłodzenia : po kilku godzinnym wygrzaniu stali powyżej Ac1 obniża się 

temperaturę wsadu dla stali N12 660 - 700 C i wygrzaniu w tej temperaturze w ciągu kilku 

godzin , aby nastąpiła izotermiczna przemiana austenitu oraz sferoidyzacja węglików . 

Wyżarzanie z przemianą izotermiczną pozwala na znaczne skrócenie czasu wyżarzania . 

Zarówno temperatury jak i czas wygrzewania , przy wyżarzaniu zmiękczającym zależy od 

gatunku stali i wielkości wsadu . Stale stopowe wymagają zazwyczaj wyższych temperatur i 

dłuższych czasów wygrzewania niż stale węglowe . Stal N12 po wyżarzeniu zmiękczającym 

posiada strukturę cementytu kulkowego na tle ferrytu i twardości 170 - 200 HB . PO 

wyżarzaniu zmiękczającym materiał poddaje się obróbce skrawaniem . Następnym zabiegim 

jest hartowanie . Warunki hartowania stali N12 są następujące : nagrzanie do temperatury 

760 - 780 *C , wygrzanie w tej temperaturze i chłodzenie w wodzie ze względu na dużą 

krytyczność chłodzenia tej stali . Po zahartowaniu uzyskuje się strukturę składającą się z 

martenzytu , sferoidalnego cementytu , który nie rozpuścił się w austenicie podczas 

wygrzewania oraz austenitu szczątkowego . Przy hartowaniu narzędzi o grubości nie 

przekraczającej 8 mm , uzyskuje się tę strukturę w całym przekroju . Twardość narzędzia jest 

wówczas jednolita i wynosi 65 - 68 HRC . Przy większych przekrojach zahartowaniu ulega 

tylko warstwa powierzchniowa o głębokości zależnej od wielkości przekroju a w rdzeniu 

występują struktury perlityczne co zapewnia znaczną odporność narzędzia na uderzenie . Jak 

widać stal N12 , mimo że zaliczana jest do głęboko hartujących posiada niewielka 

hartowność i nie nadaje się do wykonywania z niej dużych narzędzi od których wymaga się 

znacznej głębokości zahartowania . Odpuszczanie po hartowaniu jest zabiegiem koniecznym 

gdyż narzędzie odznacza się znaczną kruchością . Odpuszczanie stali N12 polega na nagrzaniu 

jej do temperatury 180 - 300 C zależnie od wymaganych własności , wygrzaniu przy tej 

temperaturze przez kilka godzin , studzeniu w powietrzu . Twardość narzędzia jest dość duża 

, lecz tylko w warunkach nie powodujących zbytniego nagrzewania się części roboczej . 

Nagrzanie do temperatury ok. 200C stwarza niebezpieczeństwo obniżenia się twardości 

ostrza . Stal N12 stosuje się na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno , noże do papieru, 

narzędzia grawerskie i zegarmistrzowskie , skrobaki itp.

 

Stale narzędziowo węglowe .

Następną grupą stali narzędziowej stanowią stale stopowe , podzielone zostały one ze 

względu na charakter pracy na stale stopowe do pracy na zimno , do pracy na gorąco , oraz 

stale szybkotnące . Stale do pracy na zimno posiadają w swym oznaczeniu znak cechy 

hutniczej N . Następne znaki określają głównie składniki stopowe stali . Zawartość składu 

chemicznego w tych stalach waha się w szerokich granicach : zawartość węgla 0,4 - 0,21% 

chromu 0,5 - 12 % wolframu , 1 - 5 % wanadu 0,15-0,5 %.

Dzięki wprowadzeniu pierwiastków stopowych z których głównymi są: chrom, wolfram, 

wanad. Stale te odznaczają się większą hartownością oraz odpornością niż stale węglowe . 

Stale do pracy na gorąco posiadają w swym oznaczeniu znak cechy hutniczej W . Pozostałe 

znaki tak jak w stalach do pracy na zimno oznaczają również istnienie pierwiastków 

stopowych. Są one przeważnie stalami średnio węglowymi i zawierają taki składniki jak : 

chrom wolfram , molibden , wanad , nikiel i kobalt . Narzędzia do pracy na gorąco nie 

powinny ulegać pęknięciom i trwałym odkształceniom przy dynamicznych naciskach oraz 

szybkiemu nagrzewaniu i chłodzeniu części roboczej narzędzia . Aby narzędzia mogły spełnić 

dany warunek powinny posiadać wysoką twardość nie obniżający się w zakresie temperatur 

pracy , dużą udarność mały współczynnik rozszerzalności i dużą przewodność cieplną . 

Jednak osiągnięcie stali która odpowiadała by tym wszystkim wymaganiom jest praktycznie 

nie możliwe . Stale szybkotnące posiadają pierwszy znak cechy hutniczej S , następne 

natomiast podobnie jak w stalach poprzednich określają charakterystyczne dla danej stali 

składniki stopowe . Stale te są stosowane do produkcji wysoko wydajnych narzędzi do 

obróbki skrawaniem . Mogą one podczas pracy nagrzewać się do ok. 600 *C bez obniżania 

twardości . Omówimy tu przykładowo stal SW18 . Stal ta wolno ostudzona po odlaniu 

posiada strukturę eutektyki przemiennej typu ledeburytycznego ( eutektoid + węgliki ) oraz 

eutektoidu składającego się z ferrytu i drobnych węglików eutektoidalnych . Tę niekorzystną 

strukturę zmienia kucie które rozbija eutektykę na oddzielne ziarna węglików . Zakres 

temperatur kucia wynosi 450 - 950 C w celu uniknięcia pęknięć tak podgrzewanie do około 

850 C jak i chłodzenie trzeba przeprowadzać bardzo wolno , gdyż stale szybkotnące 

wykazują o wiele gorsze przewodnictwo cieplne niż inne stale narzędziowe . Odkuwki studzi 

się najczęściej w piasku lub popiele . Struktura przekroju stali składa się z pierwotnych i 

wtórnych węglików na tle osnowy eutektoidalnej . Przeróbka plastyczna stali ma duży wpływ 

na jej własności . Im silniejsze i bardziej równomierne przekucie tym węgliki drobniejsze i 

równomiernie rozłożone , co powoduje zmiękczenie i plastyczność stali . Ponieważ nawet po 

studzeniu w popiele stal szybkotnąca jest twarda i bardzo trudno obrabialna , poddaje się ją 

wyżarzaniu zmiękczającemu. Stal szybkotnącą wyżarzamy zmiękczająco podobnie jak stal 

N12 , z tym , że temperatura wygrzewania jest wyższa i wynosi 800 - 840 C . Po wygrzaniu 

w tej temperaturze studzimy stal bardzo wolno ok. 15 C / godz. do temperatury 650 C 

poczym dalsze studzenie może odbywać w spokojnym powietrzu . Następnym zabiegiem 

cieplnym jest hartowanie . Temperatury hartowania są bardzo wysokie i kształtują się ok. 

50C poniżej temperatury początku topnienia . Temperatura ta zależy głównie od zawartości 

węgla w stali ( dla SW18 wynosi 1260 C ) . Przyczyna stosowania tak wysokich temperatur 

hartowania jest bardzo odporne rozpuszczenie się w austenicie węglików występujących w 

wyżarzaniu stali szybkotnących . Stosowanie zbyt niskich temperatur hartowania powoduje 

niedostateczne nasycenie osnowy stali węglem i pierwiastkami stopowymi co w efekcie daje 

mniejszą twardość po odpuszczeniu i zmiękczeniu niż twardość narzędzia . Ze względu na 

małe przewodnictwo cieplne stali szybkotnącej nagrzewanie jej do temperatur hartowania 

powinno odbywać się dwu lub trzy stopniowo i bardzo wolno do temperatury ok. 500 C , 

następnie do temperatury 900 C i bardzo szybko do temperatury hartowania . Ostatnie 

wygrzanie przeprowadza się w elektrodowym piecu tyglowym w kąpieli solnej . Czas 

zanurzenia narzędzia w kąpieli zależy od wymiarów i kształtów narzędzia oraz od temperatury 

hartowania . Zależnie od sposobu chłodzenia rozróżniamy hartowanie zwykłe , stopniowe i 

izotermiczne.

 Hartowanie zwykłe przeprowadza się w oleju mineralnym bądź w strumieniu 

sprężonego powietrza ( drobne narzędzia ). Hartowanie stopniowe odbywa się w kąpieli 

solnej o temperaturze 450 - 550 C ( której utrzymuje się ok. 5 - 30 min. ) zależnie od 

wielkości . Następnie studzi się w spokojnym powietrzu . hartowanie to daje małe naprężenie 

hartownicze , pozwala uniknąć pękania narzędzi o złożonych kształtach . Hartowanie 

izotermiczne przeprowadza się w kąpieli solnej o temperaturze 250 C czas nie przekracza 1 

godz. W tym czasie tylko część austenitu zdąży przejść przemianę izotermiczną , przez co 

uzyskuje się strukturę składającą się z martenzytu węglików , znacznej ilości austenitu 

szczątkowego i niewielkiej ilości banitu . Odpuszczanie stali szybkotnącej przeprowadza się w 

celu uniknięcia naprężeń hartowniczych oraz uzyskanie wzrostu twardości i odporności na 

zużycie . Odpuszczanie stali SW18 w zakresie 540 - 570 C Powoduje zarodkowanie i 

wydzielanie z austenitu szczątkowego i martenzytu węglików stopowych . Zjawisko to 

powoduje wzrost twardości stali . Dalszy wzrost twardości następuje dzięki przemianie 

austenitu szczątkowego w martenzyt , które zachodzi podczas chłodzenia . W efekcie 

uzyskujemy tzw. wtórny wzrost twardości który dla stali SW18 po odpowiednim 

odpuszczeniu daje twardość 63 - 67 HRC.

 

Ponieważ po jednorazowym odpuszczeniu pozostaje jeszcze 10% austenitu cząstkowego , 

zaleca się dwukrotne odpuszczanie stali . uzyskujemy wówczas strukturę martenzytyczną z 

węglikami i niewielką ilością austenitu cząstkowego .

 

Pytania:

1. Jaki wpływ mają składniki stopowe na własności stali stopowych .

2. Cel stosowania odpuszczania stali szybkotnącej .

3. Jak przebiega hartowanie zwykłe , stopniowe i izotermiczne ?

4. Wymagania stawiane narzędziom do pracy na gorąco .

5. Wyżarzanie zmiękczające .