Archív kategorie ‘NÁSTROJOVÉ OCELI’

Nástrojové oceli jsou oceli třídy 19 a rozdělují se na tyto skupiny:

• Nástrojové oceli uhlíkové 19 0xx – 19 299
• Nástrojové oceli slitinové legované 19 300 – 19 799
• Nástrojové oceli slitinové rychlořezné(HSS) 19 800 – 19 899
• Nástrojové oceli slitinové na lité nástroje
• Nástroje se slinutými karbidy 18 0xx – 18 999

Nástrojové oceli uhlíkové

Na nástroje jsou většinou vhodné méně prokalitelné oceli, aby nástroj byl houževnatější. Na řezné nástroje se volí oceli s větším obsahem uhlíku, asi 0,7 až 1,4 %, na nástroje ke stříhání oceli s 0,5 až 1,2 % C. Na pilníky se používají hlavně uhlíkové oceli a jen výjimečně nizkolegované oceli. U nástrojů na obrábění dřeva bývá obsah uhlíku obvykle nižší než u ná­strojů na obrábění kovů. Nástroje pracující rázem (kladiva, pneumatické nářadí) musí být sice tvrdé, ale také dostatečně houževnaté a mívají nejvýše 1 % C

Nástrojové ocelí vyhovují při menších nárocích na nástroj. Jejich nevý­hodou je poměrně rychlý pokles tvrdosti vlivem popouštění při ohřevu. Vý­hodnější je ocel s větším obsahem uhlíku, např. ocel 19252 asi s 1,3 % C.

Nástrojové oceli slitinové legované

se volí pro více namáhané nástroje. Jsou legované zejména V, Cr, W, Mo, Si, Mn, Ni, hlavně jejich vhodnou kombinací.

Trvanlivost ostří řezných nástrojů na obrábění kovů zvyšuje přísada karbidotvorných prvků, zejména Cr, V a W. Legující prvky také usnadňují kalení a zabraňují vzniku trhlin. Výhodnější jsou oceli rychlořezné, které jsou dobře odolné proti popouštění teplem, vznikajícím při řezu.

Nože na stříhání tlustých plechů jsou namáhány hlavně na ohyb a tlak. Musí být proto houževnaté, s nižším obsahem uhlíku (max. asi 0,7 %), současně však velmi odolné proti opotřebení a proto jsou nejcastěji legovány Cr, Ni, V, Mn. Méně prokalitelné ocelí se volí na nástroje namáhané střídavě rázem (pneumatické nářadí). Mají nižší obsah uhlíku a legujícími prvky jsou hlavně Si a Cr, pro velká namáhání ještě W.

U měřicích nástrojů se vyžaduje, aby při kalení a během provozu nemě­nily své rozměry. Volí se také oceli dobře obrobitelné a leštitelné, odolávající stárnutí. Stabilizace rozměrů se dosahuje urychlením objemových změn, které mohou nastat během dlouhé doby v zakalené struktuře nástroje. Nelegované a nizkolegované oceli se stabilizují popouštěním, vysoce legované oceli ochlazením v tekutém vzduchu. U měřicích, nástrojů se někdy používá i tvrdého chromování.

Nástroje k tažení, ražení apod. jsou méně namáhány na ohyb a na opo­třebení a většinou se volí méně prokalitelné oceli s vysokým obsahem uhlíku, legované hlavně chromém a vanadem. Kromě tvrdosti se požaduje i značná houževnatost, a proto se uplatňují vlastnosti slitinových ocelí, zejména jejich velká houževnatost, odolnost proti opotřebení a proti popou­štění.

Nástroje pracující zatepla musí mít dostačující pevnost a tvrdost za pra­covních teplot a časté změny teplot se nesmějí nepříznivě projevovat na změnách vlastností a rozměrů. Uhlíkových ocelí je možno použít jen na zá­pustky méně tepelně namáhané a pro menší počet výkovků. Pro tepelně značně namáhané zápustky jsou vhodné tvrdé a houževnaté oceli s nižším obsahem uhlíku (0,3 až 0,5 %), legované Cr, V, W, Mo, případně i Si nebo Ni. Nejvýše tepelně namáhané zápustky se dělají ze zušlechtěných ocelí obsahujících až 10% W, které jsou velmi odolné proti popouštění.

Nože k nůžkám na stříhání zateplá jsou velmi tepelně namáhány a dělají se z ocelí s nízkým obsahem uhlíku (asi 0,3 %) s 5 až 10 % W a s další pří­sadou Cr a V,

Oceli na formy k lití pod tlakem mívají nízký obsah uhlíku (pod 0,5 %) se značně vysokým obsahem W a přísadou Cr a V. K lití kovů s nízkými teplotami tavení (Zn, Sn, Pb) stačí oceli uhlíkové nebo s přísadou Cr a V.

Nástrojové oceli slitinové rychlořezné (HSS)

Zvětšování řezné rychlosti při obrábění je omezené nástroji % uhlíkových a nízkolegovaných ocelí, které se při velké řezné rychlosti rychle ohřívají, nastává popouštění a rychlé otupení nástroje. Značné zvýšení řezné rych­losti, a tím i zvětšení produktivity práce umožňují rychlořezné oceli. Hlavní přísadové prvky jsou wolfram W (zvětšuje řezivost nástroje), chrom Cr (zlepšuje kalitelnost) a vanad V, který zvětšuje odolnost proti popouštění a opotře­bení. Přiměřené množství uhlíku slouží k vytvoření správného množství karbidů, aby ocel byla dobře kalitelná a dostatečně tvrdá. Některé oceli mají ještě přísadu kobaltu Co, který zabraňuje přehřátí při ohřevu na vysokou kalicí teplotu a umožňuje lepší rozpouštění karbidů.

Nejstarší a nejužívanější druh rychlořezné oceli má 0,7 % Cr, 18 % W, 4,3 % Cr a 1,4 % V (19824). Pro největší výkony se přidává 5 až 10 % Co. Pro jemné a přesné obrábění na čisto je vhodná ocel 19810 která má Poldi označení (RADECO).

Nástrojové oceli slitinové na lité nástroje

Nástroje z rychlořezných ocelí, lité buď sklopným litím, nebo odstředivě, mají lepší řezivost než nástroje kované, jsou ovšem křehčí. Popouštěcí stálost je asi stejná jako u ocelí kovaných.

Nejpoužívanější jsou oceli:

42 29 22, chromniklová litá ocel na protahovací trny, 42 29 92, rychlořezná ocel na lité frézy,   výhrubníky a břitové destičky soustružnických nožů.

Nástrojové oceli se slinutým karbidem(SK)

se často označují SK a slouží pro největší řezné rychlosti. Lze jimi obrábět i nejtvrdší materiály a umožňují také obrábět při teplotách až 700 °C, aniž ztratí ostří. Většinou se ze slinutých karbidů vyrábějí destičky, které se při­pevňují k držákům z uhlíkové oceli buď pájením, nebo mechanicky. Na nejobtížněji obrobitelné materiály se již vyrábějí celé nástroje ze slinutých karbidů, např. frézy, průvlaky k tažení wolframových drátů, některé druhy zápustek, vložky do lisovnic atd.

 Oceli se na výrobních podkladech označují číselnými značkami, které se skládají ze základní číselné značky a zpravidla ještě z doplňkových číslic, oddělených tečkou (značí druh tepelného zpracování). Základní značka je pětimístné číslo, např. 19858.

První číslice 1 vyjadřuje, že jde o ocel k tváření. Druhá číslice 9 znamená jakostní skupinu ocelí. Spojením první a druhé číslice vzniká dvojčíslí, značící třídu oceli:

• 10, 11 — konstrukční oceli obvyklých jakostí
• 12 — ušlechtilé uhlíkové konstrukční oceli
• 13 až 17 — ušlechtilé slitinové konstrukční oceli
• 18    — slinuté prášky ocelové, litinové aj.
• 19    — nástrojové oceli

Nástrojové oceli třídy 19 jsou bud uhlíkové, nebo slitinové.

Třetí číslice vyjadřuje přísadovou skupinu, kombinaci přísadových prvků:

• 0, 1, 2 — nástrojové oceli uhlíkové,
• 3  — nástrojové oceli manganové, křemíkové, vanadové,
• 4  — nástrojové oceli chromové,
• 5  — nástrojové oceli chrom-molybdenové,
• 6  — nástrojové oceli niklové,
• 7  — nástrojové oceli wolframové,
• 8  — nástrojové oceli rychlořezné,
• 9  — volné, neobsazené.

U nástrojových ocelí uhlíkových udává dvojčíslí z třetí a čtvrté číslice střední obsah uhlíku. Nejmenší obsah uhlíku (0,30 až 0,40 %) má ocel 19063 a největší obsah (1,35 až 1,50 %) ocel 19275. Pátá číslice u ocelí uhlíkových a čtvrtá a pátá u ocelí slitinových, slouží k jemnějšímu rozlišení nástrojo­vých ocelí.

Doplňkové číslice za značením oceli oddělené za tečkou jsou ve tvaru 1XXXX .doplňková číslice:

• 0 — tepelně nezpracovaný
• 1 — normalizačně žíhaný
• 2 — žíhaný (s uvedením způsobu žíhání)
• 3 — žíhaný na měkko
• 4 — kalený nebo kalený a popouštěný při nízkých teplotách, po rozpouštěcím žíhání (jen u austenitických ocelí)
• 5 — normalizačně žíhaný a popouštěný
• 6 — zušlechtěný na dolní pevnost obvyklou u příslušné oceli
• 7 — zušlechtěný na střední pevnost obvyklou u příslušné oceli
• 8 —zušlechtěný na horní pevnost obvyklou u příslušné oceli
• 9 — stavy, které nelze označit číslicemi 0 až 8

Za první doplňkovou číslicí se může vyskytovat ještě jedna číslice, která značí stupeň přetváření.

 K výrobě nástrojů se používá jakostních uhlíkových, slitinových a rychlo­řezných ocelí, k výrobě přípravků pak běžných i jakostních ocelí. Ve zvlášt­ních případech je nutné použít i neželezných kovů nebo plastických hmot.

Nástrojové oceli musí vyhovovat všem požadavkům různých druhů ná­strojů, např. pro obrábění, tváření za tepla, měřidlům, formám na tlakové lití atd. Tyto požadavky musí odpovídat vhodnému druhu oceli s možností potřebného tepelného zpracování, neboť většinou se všechny nástroje tepelně zpracovávají.

Nástrojové oceli musí vyhovovat těmto základním požadavkům:

TVRDOST A PEVNOST

závisí na obsahu uhlíku a způsobu tepelného zpracování. Tvrdost zakalené uhlíkové oceli stoupá asi až do 0,8% C, kdy dosahuje největší hodnoty, asi 67 HRC. Dalším zvyšováním obsahu uhlíku se zvětšuje odolnost proti opotřebení. Vysoká tvrdost se využije převážně u nástrojů pro obrábění, kdežto nástroje pro tváření jsou obvykle vystaveny účinkům mechanických rázů a vyžadují nižší tvrdost.

HOUŽEVNATOST

vyžadují většinou nástroje pro tváření, namáhané často kombinovanými silami v tahu, tlaku, ohybu, krůtu a dynamickými rázy. Volí se proto i menší tvrdost na úkor potřebné houževnatosti. Houževnatá ocel má jemnozrnnou strukturu získanou správným postupem tepelného zpracování a musí být prosta vnitřních nečistot, trhlinek a vnitřního pnutí.

ODOLNOST PROTI POPOUŠTĚNÍ

závisí na chemickém složení nástrojových ocelí. Uhlíkové oceli a většina nízkolegovaných ocelí si podržuje maximální tvrdost jen do 200 až 300 °C. Oceli slitinové (pro práci zatepla) a rychlořezné oceli mohou být používány až do 500 až 600 °0, aniž dojde k výraznému snížení tvrdosti, získané tepel­ným zpracováním.

ŘEZIVOST A ODOLNOST PROTI OTĚRU

závisí jednak na tvrdosti, jednak na struktuře oceli, tj. na množství a druhu karbidů, které jsou dány obsahem uhlíku. Oceli odolné proti otěru zajišťují současně i dobrou řezivost nástrojů.

PROKALITELNOST

závisí na chemickém složení oceli a na velikosti nástroje. Dobrá prokalitelnost je nutná u nástrojů, které kromě povrchu musí být tepelně zpraco­vány i Do hloubky průřezu, např. u zápustek, forem pro tlakové lití apod. U uhlíkových ocelí je prokalitelnost malá a zvyšuje se přídavkem manganu, niklu, chrómu atd.

STÁLOST ROZMĚRŮ

závisí na druhu oceli a vhodném postupu tepelného zpracování. Stálost rozměrů se vyžaduje nejen při tepelném zpracování oceli, ale i po tepelném zpracování během provozu. Vysokou stálost rozměrů vyžadují zejména mě­řidla a velmi přesné zápustky, pro které jsou také vyráběny speciální oceli.

DALŠÍ POŽADAVKY

jsou jednak speciální podle druhu použití nástrojů, jednak všeobecné, spo­lečné všem výrobkům nástrojárny. Speciální požadavky na vlastnosti ná­strojových ocelí jsou např. odolnost proti trhlinkám, odolnost proti korozi roztavenými kovy, malá tepelná roztažnost, možnost chemicko-tepelných úprav apod. K všeobecným požadavkům patří především nízká cena oceli, dobrá obrobitelnost, odolnost proti přehřátí atd.

 Určitě vás také bude zajímat jak se nástrojové oceli značí a co znamenají jednotlivé číslice.

HISTORIE SLINUTÝCH KARBIDŮ (SK)

V roce 1907 vyrobila firma Haynes v USA chrómkobalt-wolframovou slitinu STELIT, které se používalo hlavně ve Spojených státech jako nástrojového materiálu. Slitiny, obsahující asi 50% vysokotavitelných karbidů, byly v technice obrábění předstiženy slinutými karbidy, v nichž obsah karbidové složky dosahuje 94% a více.

Tento řezný materiál se vyrábí průmyslově od roku 1926, kdy firma Krupp zhotovila metodou práškové metalurgie první slinutý karbid WIDIA (odtud slangové označení pro výměnné destičky a vrtáky do zdiva „vidiák“) . Přes tehdejší poměrně velkou cenu se slinuté karbidy značně rozšířily do strojírenské výroby. Podmínkou pro jejich použití  byla a je co nejvyšší tuhost základní obráběcí soustavy stroj-nástroj-obrobek, protože SK jsou v porovnání  rychlořeznými ocelemi velmi křehké.

POPIS SK

Slinuté karbidy jsou výrobky práškové metalurgie. Jsou tvořeny jemnými částicemi tvrdých karbidů některých kovů, jako W, Ti a Ta, které jsou navzájem pojeny zpravidla kobaltem. Poměrné množství jednotlivých druhů karbidů a kobaltu určuje pak vlastnosti slinutého karbidu.   

Slinuté karbidy jsou mnohem tvrdší než rychlořezné oceli a slitiny Co—Cr—W. Svou tvrdost zachovávají i za vyšších teplot než rychlo­řezné oceli. První slinuté karbidy obsahovaly jen karbid wolframu s malým množstvím kobaltu jako pojidla. Byly velmi tvrdé, ale poměrně křehké, takže špatně odolávaly rázům. Vyhovovaly však celkem dobře při obrábění litiny, ale již méně se osvědčily při obrábění oceli.   

Na slinuté karbidy pro obrábění ocelí bylo použito jako přísady též malého množství karbidů titanu a tantalu. Zvýšeným množstvím kar­bidu titanu bylo dosaženo dalšího zvětšení tvrdosti slinutých karbidů za zvýšených teplot. Značná stálost ostří nástrojů ze slinutých karbidů je hlavní příčinou rychlého rozšíření těchto materiálů na břity řez­ných nástrojů všeho druhu.   

Řezné nástroje ze slinutých karbidů se hodí k obrábění nejrůzněj­ších druhů materiálů, od měkkých, jako jsou mosazi a slitiny Al, až po nejtvrdší materiály, jako je bílá litina a žáropevné slitiny o velké pevnosti. Volba vhodného slinuté­ho karbidu závisí hlavně na druhu a tvrdosti obráběného materiálu a velikosti rázu při funkci nástroje. S rostoucím obsahem kobaltu vzrůstá houževnatost, ale klesá tvrdost a odolnost slinutého karbidu proti opotřebení.   

Podle účelu použití se musí vybrat vždy ten druh slinutého karbidu, který má pro daný účel použití nej­vhodnější kombinaci potřebných vlastností. Pro obrábění šedé litiny se používají slinuté karbidy skupiny
H.   

Pro obrábění oceli se hodí slinuté karbidy skupiny S a pro jemné obrábění se používá slinutých karbidů skupiny F. Pro obrábění těžko obrobitelných materiálů jsou určeny slinuté karbidy skupiny TJ. Slinuté karbidy skupiny H jsou velmi odolné proti opotřebení, takže se hodí k obrábění abrazivních materiálů, např. plastických hmot vyztužených skelnými vlákny apod. Jsou vhodné i k obrábění velmi tvrdých materiálů, např. bílých litin, ale i k obrábění slitin AI apod.   

TABULKY POUŽITÍ SLINUTÝCH KARBIDŮ NA NÁSTROJE

č.1 tabulka použití slinutých karbidů na nástroje

č.2 tabulka použití slinutých karbidů na nástroje

č.3 tabulka použití slinutých karbidů na nástroje