Легирана инструментална стомана за студена обработка – характеристики и марки
Студено обработваемите легирани инструментални стомани, благодарение на химичния си състав (Cr – хром, W – волфрам, Mo – молибден, V – ванадий), имат висока закаляемост и също така повишават устойчивостта си на усукване, огъване и износване. По-специално, марките стомана, съдържащи приблизително 2% въглерод (C) и 12% хром (Cr), се характеризират с много висока устойчивост на износване . Стоманата със съдържание на въглерод от 0,40–0,55% се използва за производството на инструменти, работещи под динамични натоварвания. Стоманата със съдържание на въглерод от 0,75–2,10% се използва за производството на някои режещи инструменти, ролки и др.
Легирана инструментална стомана за студена обработка – предназначение и приложение
Легираните стомани за студена обработка представляват най-многобройната и разнообразна група инструментални стомани, обхващаща няколкостотин марки, използвани и произвеждани в различни страни. В зависимост от типичното приложение, съдържанието им на въглерод варира в изключително широки граници; в инструменталните стомани то е:
— с особено висока устойчивост на абразия 1,3÷2,5% C
— рязане рязане 1,0÷1,3% C
— за студена обработка на пластмаси 0,8÷1,1% C
— удароустойчив 0,4÷06% C
— за преработка на пластмаси 0,1÷0,4%
Поради ниската си закалителност, въглеродните инструментални стомани могат да се използват само за инструменти за студена обработка с малки напречни сечения и ниски натоварвания, например марки N9E и N10E. Въвеждането на легиращи елементи значително разширява обхвата на приложение на инструменталните стомани за студена обработка. Тези стомани не се нагряват над 200 ° C по време на работа, подобрявайки функционалните свойства, типични за тази група стомани: устойчивост на абразия, пластичност и ударна якост, устойчивост на деформация и изкривяване и закалителност.
Основните елементи, определящи свойствата на по-голямата част от стоманите в тази група, са въглерод и хром , чието съдържание варира в много широки граници.
Добавките на молибден и волфрам също са важни, въпреки че особено ценният им ефект (повишаване на якостта при горещо) изобщо не се използва в тази група. Въпреки това, чрез забавяне на процеса на отпускане, тези елементи позволяват използването на по-високи температури на отпускане и намалено напрежение. Накрая, ванадий се добавя към много марки, а манган, никел и силиций към някои, за да се постигне по-фин размер на зърната, да се подобри закаляемостта, пластичността или устойчивостта на отпускане.
Процесът на разработване на легирани стомани за студена обработка, оптимизиране на техния химичен състав и приложение, все още не е завършен; техните диапазони в отделните страни показват значителни разлики. Тези разлики са особено очевидни при сравняване на стомани, произведени в европейски страни и Съединените щати, където има тенденция към по-широко използване на марки с по-високо съдържание на легиращи елементи (голям брой стомани, съдържащи приблизително 5% и 12% Cr, както и много високи добавки на ванадий: 4-5% V).
Съществува и тенденция към елиминиране на никела и замяна на волфрама с молибден, за да се намалят производствените разходи на стоманата и да се увеличи закалителността. В допълнение към традиционните марки, които обикновено се включват в стандартите, понякога се използват и други марки за инструменти за студена обработка, като например бързорежещи стомани, нисковъглеродни мартензитни стомани и дори корозионноустойчиви стомани.
Стоманите според PN са разделени на 4 групи
Легираните инструментални стомани за студена обработка се използват за производството на инструменти, които могат да се нагреят по време на работа, но обработват материал при околна температура.
Те включват метчици, щанци, разширители, триони и други инструменти, които се нагряват само леко по време на работа, както и инструменти за студено формоване, длета, пневматични чукове и др., както и щанци за студено формоване, калибри и измервателни инструменти. Въпреки че не се използва официално подразделяне, те могат да бъдат разделени на следните четири групи:
I — видове: NCV1, NW1 и други
II — видове: NC4, NC6, NC4S, NCMS, NWC, NMV
III — степени: NC10, NC11 и др.
IV — видове: NZ2, NZ3, NPW и др.
Първа група
включва марки с относително ниска закаляемост, предназначени за закаляване във вода, използвани за режещи инструменти при ниски скорости.
Втората група
Това включва марки стомана със значително по-висока закалителност, предназначени за закаляване в масло. Те се използват и за направата на режещи инструменти (с ограничени скорости на рязане) и, поради малките промени в размерите след закаляване, други инструменти като матрици, калибри и други инструменти.
Към третата група
Включени са стомани с високо съдържание на въглерод и хром. Тези стомани имат много висока закаляемост и устойчивост на износване. Използват се за режещи матрици, матрици за студена обработка, калибри и др.
Стомани от четвърта група
Те имат по-ниско съдържание на въглерод от стоманите в трите предходни групи. Тези стомани са устойчиви на многократни удари и натоварвания. Използват се за пневматични чукови инструменти (длета, нитовачи), ножове за рязане, перфоратори и др. Използват се и за инструменти за работа с горещина.
Агресивни среди
Поради предназначението си, легираните инструментални стомани за студена обработка не са предназначени за употреба в по-агресивни, корозивни среди.
Трябва да се има предвид, че по време на транспортиране и съхранение на продукти, изработени от тези стомани, те могат да бъдат изложени на атмосфера с различна степен на влажност с възможни примеси на промишлени газове като SO2 , H2S , CO2 и др. Освен това, самият инструмент може да бъде в чест контакт със среда от масло-водни емулсии, което представлява висок риск от корозия.
Химичният състав на тези стомани е избран предимно за осигуряване на подходящи технологични свойства, следователно малки количества легиращи компоненти, добавени към тях, не осигуряват повишена устойчивост на атмосферна корозия.
Само легирани инструментални стомани, съдържащи 11—13% Cr (NC10, NC11, NC11LV и NCWV), могат да демонстрират добра устойчивост на корозия в гореспоменатите среди, като колкото по-висока е устойчивостта на корозия, толкова по-добро е състоянието на повърхността на инструмента.
Полираните инструменти могат да се използват без специална защита от корозия. Възможно е да възникнат малки разлики в устойчивостта на атмосферна корозия между различните видове инструментална стомана, съдържаща максимум 1,6% Cr, поради различния им химичен състав. Тези разлики обаче са толкова малки, че нито една от тези видове не може да бъде разграничена като стомана с подобрена устойчивост на корозия.
Заваряване на легирани инструментални стомани
Поради химичния състав на отделните марки, легираните инструментални стомани за студена обработка са сред материалите с много ограничена заваряемост. Свързването им с други видове стомана е целесъобразно само в изключителни случаи, например по време на ремонти.
Заваряването обаче изисква използването на специализирана технология. Изборът на метод на заваряване, форма на съединението, пълнителни метали и термична обработка преди и след заваряване трябва да се определя въз основа на вида на съединявания материал, неговата дебелина, необходимите свойства на съединението и условията на работа. Заварката, особено след термична обработка, ще има различни свойства от съединявания материал.
Твърдо наваряване
Повърхностите на инструментите, изложени на абразия по време на работа, могат да бъдат наварени, а наваряването може да се използва както при производството на нови инструменти, така и при регенерирането на износени инструменти.
Методът на наваряване, методът за подготовка на повърхността за наваряване, видът на добавъчния метал и термичната обработка преди, по време или след наваряване трябва да се определят в зависимост от вида на наварявания материал и неговото състояние, естеството на работа на инструмента и местоположението и формата на наваряването.
Тъй като заваръчните отлагания имат различен химичен състав от заварявания материал, това трябва да се вземе предвид при термична обработка на заварените инструменти. Преди всичко, при избора на температура на термична обработка е важно да се вземе предвид нейното влияние върху свойствата на заварявания материал.
Електросъпротивителното или триещото заваряване може да се използва за съединяване на различни марки стомана. Необходимо е обаче да се изберат подходящи условия на заваряване и термична обработка преди и след заваряване. За съединяване на пръти се използват методи за съпротивително заваряване с горещо или триещо заваряване. Заварените съединения имат свойства, подобни на тези на съединяваните материали, и могат да бъдат подложени на същите термични обработки като съединяваните материали.
Съединяване на легирани стомани
Възможно е също така да се съединяват различни видове стомана, особено легирани инструментални стомани за студена обработка с въглеродни стомани, което се използва главно в производството на инструменти с опашка, например свредла, разширители, метчици, фрези и др., при които захващащата част е изработена от въглеродна стомана, а работната част е изработена от инструментална стомана.
Стомани със съдържание на хром под 1,5% могат да се режат с помощта на оксиацетилен или плазмено рязане. Стомани с по-високо съдържание на хром могат да се режат само с плазмено рязане. Преди рязане частите трябва да бъдат предварително загряти, като температурата зависи от вида на режещия материал и неговата дебелина.
В обозначението на класа буквата N обозначава инструментална стомана за студена обработка , на второ място (както в случая с стоманата за гореща обработка) има буква или група букви, обозначаващи компонента или групата компоненти на сплавта:
М – манган
S – Силиций
C – Хром
N – Никел
L – Молибден
V – Ванадий
W – Волфрам
К – Кобалт
P – Никел + Хром + Волфрам
Z – Волфрам + Ванадий + Силиций + Хром
Б – Бор
Третата част е число (в средата или в края на обозначението на класа), което класифицира стоманата по отношение на разликата в количеството
легиращи елементи и въглерод, или както е в случая със стомани със същите легиращи елементи, разграничава тези степени, например NC6-NC10, NZ2-NZ3.
Например, стоманата с марка NPW – това е инструментална стомана за студена обработка, съдържаща хром, никел, ванадий и волфрам.
Студено обработваеми стомани съгласно PN
NC6 – хром-ванадиева стомана
NPW – никел-хром-волфрам-ванадиева стомана
NCMS – хромманганова силициева стомана
NWC – волфрам-хром-манган
NZ3 – волфрам-хром-силициево-ванадиева стомана
NMV – манганово-ванадиева стомана
NC11LV – хром-молибден-ванадиева стомана
Други инструментални стомани
инструментална стомана за гореща обработка
легирана инструментална стомана за студена обработка
въглеродна инструментална стомана
бързорежеща стомана