Nástrojová ocel

Nástrojové oceli se vyznačují tím, že po vhodném tepelném zpracování získávají velmi vysokou tvrdost. Tato tvrdost umožňuje nástrojům vyrobeným z oceli zpracovávat jiné oceli – konstrukční oceli.

Nástrojové oceli lze rozdělit na uhlíkové, legované a vysoce legované nebo rychlořezné oceli. Vlastnosti uhlíkových nástrojových ocelí, a to jak kvalitních, tak ušlechtilých (s přidáním indexu A v označení třídy), závisí také na procentu uhlíku v jejich složení. Procentuální obsah tohoto prvku v konkrétní oceli lze posoudit podle čísel zahrnutých v konvenčním označení třídy oceli, odpovídající obsahu uhlíku v desetinách procenta.

S rostoucím procentem uhlíku se zvyšuje tvrdost oceli, ale zároveň se zvyšuje i její křehkost. Pro rázové nástroje a řezné matrice se proto používají pouze oceli U7 a U8 a pro řezné a měřicí nástroje se používají oceli U10–U12, které vyžadují vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Oceli U10-U12 jsou však vhodné pro řezné nástroje, které pracují pouze při nízkých řezných rychlostech a v klidných podmínkách (výstružníky, závitníky atd.). Stejně tak části zařízení vystavené nárazům (dorazy, montážní lišty) jsou vyrobeny z ocelí U7-U8 a části vystavené abrazi jsou vyrobeny z ocelí U10-U12.

Vlastnosti uhlíkových ocelí lze zlepšit přidáním manganu. Tyto oceli jsou méně křehké a odolnější proti opotřebení.

Navzdory mnoha pozitivním vlastnostem nejsou uhlíkové nástrojové oceli stále bez vážných nevýhod:

1. Nemají dostatečnou tepelnou odolnost, protože při zahřátí na cca 200° začnou ztrácet svou vysokou tvrdost a tím i řezné vlastnosti. Z tohoto důvodu je nelze použít pro řezné nástroje pracující v náročných podmínkách, tedy v podmínkách silného zahřívání řezných hran.

2. Jejich tvar a rozměry se během kalení výrazně mění, což neumožňuje použití takových ocelí pro složité konstrukční a přesně dimenzované nástroje a některé další části technologických zařízení.

Touha zvýšit tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení, stejně jako pevnost nástrojových materiálů, vedla k vytvoření legovaných ocelí. Žáruvzdornost těchto ocelí je však jen nepatrně vyšší než u ocelí uhlíkových, ale jejich odolnost proti opotřebení a prokalitelnost je podstatně vyšší a zároveň je variabilita rozměrů při kalení mnohem menší.

Nejčastěji používané třídy nástrojové oceli jsou: vysoce kvalitní uhlíkové oceli (podle GOST 1435-99) – U7, U8, U10, U12; vysoce kvalitní uhlík – U7A, U8A, U10A, U12A, U8GA, U10GA; legované (podle GOST 5950-2000) — Kh12MF, Kh12F1, 9KhS, KhG, KhVG, 5KhV2FS, 6KhV2S, 5KhNM (56NiCrMoV7), 5KhNV; vysokorychlostní (podle GOST 19265-73) – P6M5, P9K5, P18 atd. Konvenční označení těchto jakostí se téměř shodují s označením legovaných konstrukčních ocelí, jen s tím rozdílem, že první číslo neznamená setiny procenta, ale desetiny. Pokud je procento uhlíku ve třídě 1 % nebo více, číslo v symbolu je vynecháno.

Jaké jsou vlastnosti a účel legovaných nástrojových ocelí?

Chromové nástrojové oceli (Kh12MF, Kh12F1) se vyznačují vysokou odolností proti opotřebení a malou proměnlivostí tvaru a velikosti (deformací) při kalení. Ocel X12MF je široce používána pro výrobu výstružníků, šroubovacích hřebenů, malých protahovačů, kalibrů a pouzder přípravků, jejichž pracovní rozměry nelze podrobit broušení. Ocel XI2MF a zejména chromvanadium Kh12F1 se používají k výrobě válcovacích nástrojů, tažných nástrojů, ale i ohýbacích a lisovacích nástrojů za studena.

Chromová křemíková ocel (9ХС) je odolnější vůči teplu než uhlíková ocel a používá se především k výrobě řezných nástrojů.

Chromwolframové oceli (KhVG) se také při kalení málo deformují, mají větší tepelnou odolnost, ale jsou velmi náchylné k prasklinám a popálení při broušení.

Chrom-wolfram-křemík (5ХВ2С a 6ХВ2С) mají řadu cenných vlastností, které usnadňují jejich použití pro výrobu lisovacích forem za studena. Pro výrobu kovacích zápustek se používají oceli 5KhNM a 5KhNV.

Požadavky na oceli. Na nástrojové oceli jsou kladeny vyšší požadavky než na konstrukční oceli. To se vysvětluje tím, že pracovní plochy nástrojů vyrobených z nástrojových ocelí pracují pod vysokým kontaktním napětím, vysokými měrnými tlaky a podléhají opotřebení a zahřívání. Použití určitých materiálů je dáno požadavky kladenými na různé nástroje.

Materiály, ze kterých jsou řezné nástroje vyrobeny, musí mít následující vlastnosti:

• vysoká pevnost, protože nástroje jsou vystaveny velkým silám během procesu řezání; – vysoká tvrdost, protože proces řezání lze provádět pouze tehdy, je-li tvrdost materiálu nástroje výrazně vyšší než tvrdost zpracovávaného materiálu
• vysoká odolnost proti opotřebení, protože životnost nástroje závisí na stupni otěru řezných hran; – vysoká tepelná odolnost, protože během procesu řezání se uvolňuje velké množství tepla, jehož část se používá k ohřevu řezných hran nástroje, a ty při zahřátí ztrácí svou původní tvrdost a rychle selhávají.

V souladu s GOST 5950-2000 jsou legované nástrojové oceli rozděleny do dvou skupin podle zamýšleného účelu: pro řezné a měřicí nástroje a pro lisovací nástroje.

Rychlořezné oceli. Rychlořezná ocel je ocel, která kromě uhlíku obsahuje legující prvky – wolfram, chrom, vanad a molybden, které po tepelném zpracování tvoří stabilní karbidy. Některé druhy rychlořezných ocelí obsahují kromě karbidotvorných prvků také kobalt.

Rychlořezné oceli (GOST 19265-73) získávají vysokou tvrdost, pevnost, odolnost proti opotřebení, tepelnou odolnost po kalení a popouštění a zachovávají si řezné vlastnosti při zahřátí na teplotu 600. 650° C. Řezné rychlosti s nástroji vyrobenými z rychlořezné oceli jsou 2. 4krát vyšší než s nástroji vyrobenými z legované oceli, navíc mají zvýšenou životnost.

Výhody rychlořezné oceli jsou patrné především při zpracování silných (100 kgf/mm2) a tvrdých ocelí (HB 200..250) a řezání vysokou rychlostí. Podle GOST 19265-73 průmysl vyrábí následující třídy rychlořezné oceli: P18, P12, P9, P6M5, P6M5FZ, P12FZ, P18K5F2, P9K5, P6M5K5, P9KYU, P9M4K8 a P10K5F5. V označeních tříd písmena a čísla označují: P – rychlořezná ocel; číslo za písmenem je průměrný obsah wolframu v procentech; M – molybden, F – vanad, K – kobalt; Čísla za těmito písmeny představují obsah molybdenu, vanadu a kobaltu.

Wolfram-molybdenová ocel P6M5 je nejen levnější než ocel třídy P18, ale má také dobrou tepelnou vodivost a je méně náchylná k praskání při broušení. Z hlediska řezných vlastností při dokončování je poněkud horší než oceli P18 a P12, ale při hrubování jsou jeho řezné vlastnosti lepší než u oceli P18. Nevýhodou oceli P6M5 je její citlivost na přehřívání.

Nástrojové oceli se dělí na:

— podle účelu, v závislosti na jakosti oceli — do dvou skupin:

• I – pro výrobu nástrojů používaných především pro zpracování kovů a jiných materiálů za studena;

Legované nástrojové oceli se používají k výrobě nástrojů a technologických zařízení. Kotoučové a pásové pily, nože pro řezání kovů za studena, dláta, průbojníky, jádra a další nástroje pracující s rázovým zatížením jsou vyrobeny z ocelí jakosti 8ХФ, 9ХФ, Х12МФ, Х12Ф1. Oceli jakosti 9ХС, 5ХВ2СФ, 6ХВ2С, 9Х1 se používají k výrobě dlát, děrovadel, nožů pro řezání kovu za studena, děrovačů, kotoučových a pásových pil, závitníků a dalších řezných nástrojů do průměru 30 mm, škrabky, frézy a frézy s nízkou rychlostí řezání Z ГС, ХВГ a 9ХВГ se vyrábí měřicí nástroje – dlaždice, měřidla a šablony, dále měřicí a řezné nástroje, u kterých je nepřijatelné zvýšené zborcení při kalení – závitové kalibry, protahovače, dlouhé závitníky a výstružníky, matrice a vzory složitého tvaru.

• II — pro výrobu nástrojů, které spotřebitel následně používá pro tlakové zpracování kovů při teplotách nad 300 °C.

Pokud jde o tvar, velikost a tolerance, kovové výrobky musí splňovat následující požadavky:

• kované kulaté a čtvercové profily – GOST 1133;
• kruhový profil válcovaný za tepla – GOST 2590;
• čtvercový profil válcovaný za tepla – GOST 2591 a další regulační dokumenty;
• pás – GOST 4405;
• kalibrované — GOST 7417, GOST 8559, GOST 8560, třídy h11 a h12;
• se speciální povrchovou úpravou – GOST 14955, jakostní třídy h11 a h12.

Příklady symbolů

Kruhová tyč válcovaná za tepla, normální válcovací přesnosti (B), třída I v zakřivení, bezrozměrná délka (ND), průměr 80 ​​mm podle GOST 2590-88, vyrobena z oceli třídy 9ХС, podskupina A, skupina jakosti povrchu 2ГП:

Kruh B-I-ND-80 GOST 2590-88/9HS-a-2GP GOST 5950-2000.

Takový speciální materiál, jako jsou rychlořezné oceli, se vyznačuje přítomností jedinečných parametrů, které umožňují použití ocelí této třídy pro výrobu nástrojů.
Parametry ocelí spadajících do kategorie vysokorychlostního řezání umožňují vyrábět z nich nástroje pro nejrůznější účely.

Charakteristika rychlořezných ocelí

Do této kategorie patří oceli, mezi jejichž součástmi je řada speciálních legujících přísad. Hotové oceli díky své přítomnosti získávají nové vlastnosti, které umožňují nástroje z nich vyrobené úspěšně používat k provádění práce při vysokých rychlostech. Jejich rozdíl od standardních druhů ocelí obsahujících uhlík je právě v tom, že nástroj, pro jehož výrobu se stávají základem, je určen speciálně pro zpracování tvrdých druhů kovů při zvýšené rychlosti.

Nejdůležitější parametry, kterými lze rozlišit rychlořezné oceli:

• Vysoký stupeň tvrdosti, udržovaný i při zahřátí. Není žádným tajemstvím, že každý nástroj používaný k řezání nebo zpracování kovu se během provozu zahřívá na vysokou teplotu. Pokud je vyroben z obyčejné oceli, pak se při zahřátí popustí a jeho pevnost se sníží. To se nestane, pokud se při výrobě použije legovaná nástrojová ocel, jejíž pevnost zůstává nezměněna i při teplotě ohřevu 6 tisíc stupňů. Porovnáme-li takové oceli s běžnými uhlíkovými, bude jejich hustota o řád nižší;
• Zvýšený stupeň červené stálosti. Tento parametr ve vztahu ke kterémukoli z kovů charakterizuje trvání časového období, během kterého je zkoumaný kov schopen odolat vlivu zvýšených teplot, aniž by ztratil své vlastní výchozí vlastnosti. Proto rychlořezný typ legovaných nástrojových ocelí jako materiál pro výrobu řezných nástrojů dlouho nenajde obdoby.
• Odolnost vůči destruktivnímu vlivu. Nástroj pro řezbáře musí mít kromě schopnosti odolávat dlouhodobému působení vysokých teplot také speciální mechanické parametry.

Vysvětlení označení značky

Tento druh oceli byl poprvé vynalezen britskými specialisty. Vzhledem k tomu, že může být použit pro zpracování kovů vysokou rychlostí, dostal název „rapidsteel“. Tato vlastnost tohoto typu oceli a následně přijaté jméno vedly k tomu, že všechna jejich jména začínají písmenem P.
První číslo, které je umístěno za písmenem P, označuje procentuální obsah chemického prvku, jako je wolfram. Kromě toho rychlořezná ocel obsahuje prvky jako molybden a kobalt, označené M a K. Za každým z těchto písmen v označení je číslo, jehož hodnota se stává obsahem požadované látky v celkovém množství.

Zlepšení parametrů produktu

Aby nástroje vyrobené z tohoto druhu oceli měly zvýšenou pevnost, odolnost proti opotřebení a korozi, je jejich povrch podroben speciální úpravě. K dispozici jsou následující možnosti:

• Úprava dusíkem, prováděná ve zcela plynném prostředí, které obsahuje 80 % dusíku a 20 % amoniaku, nebo 100 % amoniaku. Potřebná doba k provedení takové technologické operace je od 10 do 40 minut a teplota od 550 do 6600 stupňů. Použití plynného prostředí současně s amoniakem a formaldehydem umožnilo vytvořit na povrchu méně křehkou vrstvu;
• Proces sycení uhlíkem a dusíkem, jinak nazývaný kyanidace, jak se provádí v tavenině sodných solí. Na základě účelu určeného dílu můžete zjistit, kde bude použit a upravit tam dodávku látky ke zpracování;
• Sulfidace, která zahrnuje ponoření do kapalné lázně kapalného oxidu síry s přídavkem oxidů síry. Teplota, při které se zákrok provádí, se pohybuje od 550 do 6600 stupňů Celsia.

Kromě toho mohou být nástroje vyrobené z rychlořezné oceli ošetřeny párou, což umožňuje zlepšit pevnost jejich povrchů a uchovat je po delší dobu. Samostatně stojí za zmínku, že před provedením výše uvedené operace musí být nástroj tepelně zpracován, s ostřením a broušením řezné části.

Hlavním účelem ocelí označovaných jako rychlořezné oceli je opracování vodorovných ploch tvrdých kovů, které nelze zpracovat standardními prostředky.