Gelegeerd koudbewerkingsgereedschapsstaal – kenmerken en kwaliteiten
Koudverwerkbaar gelegeerd gereedschapsstaal heeft dankzij zijn chemische samenstelling (Cr – chroom, W – wolfraam, Mo – molybdeen, V – vanadium) een hoge hardbaarheid en een verhoogde weerstand tegen torsie, buiging en slijtage. Met name staalsoorten met circa 2% koolstof (C) en 12% chroom (Cr) kenmerken zich door een zeer hoge slijtvastheid . Staal met een koolstofgehalte van 0,40–0,55% wordt gebruikt voor de productie van gereedschappen die onder dynamische belastingen werken. Staal met een koolstofgehalte van 0,75–2,10% wordt gebruikt voor de productie van bepaalde snijgereedschappen, rollen, enz.
Gelegeerd gereedschapsstaal voor koudbewerking – doel en toepassing
Gelegeerde koudvervormingsstalen vormen de meest talrijke en diverse groep gereedschapsstalen, met honderden soorten die in verschillende landen worden gebruikt en geproduceerd. Afhankelijk van de specifieke toepassing varieert het koolstofgehalte binnen zeer brede grenzen; bij gereedschapsstalen is dit:
— met een bijzonder hoge slijtvastheid van 1,3 tot 2,5% C
— snijden snijden 1,0÷1,3% C
— voor koud plasticverwerking 0,8÷1,1% C
— slagvast 0,4÷06% C
— voor kunststofverwerking 0,1 tot 0,4%
Vanwege hun lage hardbaarheid kunnen koolstofgereedschapsstalen alleen worden gebruikt voor koudbewerkingsgereedschappen met een kleine doorsnede en lage belastingen, bijvoorbeeld de kwaliteiten N9E en N10E. De introductie van legeringselementen vergroot het toepassingsgebied van koudbewerkingsgereedschapsstalen aanzienlijk. Deze staalsoorten warmen tijdens gebruik niet op boven de 200 ° C, waardoor de functionele eigenschappen die kenmerkend zijn voor deze staalgroep, zoals slijtvastheid, ductiliteit en slagvastheid, weerstand tegen vervorming en kromtrekken, en hardbaarheid, worden verbeterd.
De belangrijkste elementen die de eigenschappen van de overgrote meerderheid van de staalsoorten in deze groep bepalen, zijn koolstof en chroom , waarvan het gehalte binnen zeer ruime grenzen varieert.
Ook de toevoeging van molybdeen en wolfraam is belangrijk, hoewel hun bijzonder waardevolle effect (het verhogen van de sterkte bij hoge temperaturen) in deze groep helemaal niet wordt benut. Door het temperingsproces te vertragen, maken deze elementen echter het gebruik van hogere tempertemperaturen en een lagere spanning mogelijk. Ten slotte wordt vanadium aan veel soorten toegevoegd, en mangaan, nikkel en silicium aan sommige om een fijnere korrelgrootte te verkrijgen, de hardbaarheid, ductiliteit of temperbestendigheid te verbeteren.
Het proces van het ontwikkelen van gelegeerde koudvervormingsstalen, het optimaliseren van hun chemische samenstelling en toepassingen, is nog niet voltooid; de assortimenten in de verschillende landen vertonen aanzienlijke verschillen. Deze verschillen zijn vooral duidelijk bij een vergelijking tussen staal geproduceerd in Europese landen en de Verenigde Staten, waar een tendens bestaat naar een breder gebruik van staalsoorten met een hoger gehalte aan legeringselementen (een groot aantal staalsoorten met circa 5% en 12% Cr, evenals zeer hoge vanadiumtoevoegingen: 4-5% V).
Er is ook een trend om nikkel te elimineren en wolfraam te vervangen door molybdeen om de productiekosten van staal te verlagen en de hardbaarheid te verhogen. Naast de traditionele soorten die gewoonlijk in normen zijn opgenomen, worden soms ook andere soorten gebruikt voor koudbewerkingsgereedschap, zoals snelstaal, koolstofarm martensitisch staal en zelfs corrosiebestendig staal.
Staalsoorten worden volgens PN in 4 groepen verdeeld.
Gelegeerde koudvervormingsgereedschapsstalen worden gebruikt voor de productie van gereedschappen die tijdens het gebruik kunnen opwarmen, maar die materiaal verwerken bij omgevingstemperatuur.
Hieronder vallen tappen, matrijzen, ruimers, zagen en andere gereedschappen die tijdens gebruik slechts licht opwarmen, evenals koudvormgereedschappen, beitels, pneumatische hamers, enz., en koudbewerkingsmatrijzen, meetinstrumenten en meetgereedschappen. Hoewel er geen officiële onderverdeling bestaat, kunnen ze worden onderverdeeld in de volgende vier groepen:
I — soorten: NCV1, NW1 en andere
II — soorten: NC4, NC6, NC4S, NCMS, NWC, NMV
III — cijfers: NC10, NC11, enz.
IV — soorten: NZ2, NZ3, NPW enz.
Eerste groep
Dit omvat kwaliteiten met een relatief lage hardbaarheid, bedoeld om in water te worden uitgehard en gebruikt voor snijgereedschap bij lage snelheden.
De tweede groep
Dit omvat staalsoorten met een aanzienlijk hogere hardbaarheid, ontworpen voor olieafkoeling. Ze worden ook gebruikt voor het maken van snijgereedschap (met beperkte snijsnelheden) en, vanwege de geringe dimensionale veranderingen na het harden, andere gereedschappen zoals matrijzen, mallen en meetinstrumenten.
Naar de derde groep
Hieronder vallen staalsoorten met een hoog koolstof- en chroomgehalte. Deze staalsoorten hebben een zeer hoge hardbaarheid en slijtvastheid. Ze worden gebruikt voor snijmatrijzen, koudbewerkingsmatrijzen, meetinstrumenten, enz.
Staal van de vierde groep
Ze hebben een lager koolstofgehalte dan de staalsoorten in de drie voorgaande groepen. Deze staalsoorten zijn bestand tegen herhaalde schokken en stoten. Ze worden gebruikt voor pneumatisch hamergereedschap (beitels, klinknageltangen), snijmessen, ponsen, enz. Ze worden ook gebruikt voor gereedschap voor heetwerk.
Agressieve omgevingen
Gelegeerde koudbewerkingsgereedschapsstalen zijn, vanwege hun beoogde toepassing, niet bedoeld voor gebruik in agressievere, corrosieve omgevingen.
Er moet rekening mee worden gehouden dat producten van deze staalsoorten tijdens transport en opslag kunnen worden blootgesteld aan een atmosfeer met wisselende vochtigheidsgraden en mogelijke vermenging met industriële gassen zoals SO₂ , H₂S , CO₂ enz . Daarnaast kan het gereedschap zelf frequent in contact komen met een omgeving van olie-wateremulsies, wat een hoog risico op corrosie met zich meebrengt.
De chemische samenstelling van deze staalsoorten wordt voornamelijk gekozen om de juiste technologische eigenschappen te garanderen; kleine hoeveelheden legeringscomponenten die eraan worden toegevoegd, zorgen daarom niet voor een verhoogde weerstand tegen atmosferische corrosie.
Alleen gelegeerde gereedschapsstalen met 11-13% Cr (NC10, NC11, NC11LV en NCWV) vertonen een goede corrosiebestendigheid in de bovengenoemde omgevingen; hoe hoger de corrosiebestendigheid, hoe beter de oppervlakteconditie van het gereedschap.
Gepolijst gereedschap kan zonder speciale corrosiebescherming worden gebruikt. Er kunnen kleine verschillen in atmosferische corrosiebestendigheid optreden tussen verschillende soorten gereedschapsstaal met een maximaal chroomgehalte van 1,6%, als gevolg van hun verschillende chemische samenstelling. Deze verschillen zijn echter zo klein dat geen van deze soorten als staal met verbeterde corrosiebestendigheid kan worden beschouwd.
Lassen van gelegeerd gereedschapsstaal
Vanwege de chemische samenstelling van de afzonderlijke soorten behoren gelegeerde koudvervormingsgereedschapsstalen tot de materialen met een zeer beperkte lasbaarheid. De verbinding ervan met andere staalsoorten is alleen in uitzonderlijke gevallen, zoals bij reparaties, zinvol.
Lassen vereist echter gespecialiseerde technologie. De keuze van de lasmethode, de vorm van de lasnaad, de vulmaterialen en de voor- en nabewerkingen moeten worden bepaald op basis van het type materiaal dat wordt verbonden, de dikte ervan, de vereiste eigenschappen van de verbinding en de bedrijfsomstandigheden. De las, met name na de warmtebehandeling, zal andere eigenschappen hebben dan het te verbinden materiaal.
Hardfacing
Gereedschapsoppervlakken die tijdens gebruik aan slijtage worden blootgesteld, kunnen worden gehard. Hardharding kan zowel worden gebruikt bij de productie van nieuwe gereedschappen als bij het herstellen van versleten gereedschappen.
De oppervlaktebehandelingsmethode, de methode voor het voorbereiden van het oppervlak, het type vulmetaal en de warmtebehandelingen vóór, tijdens of na het opknappen moeten worden bepaald op basis van het type materiaal dat wordt opgeknapt en de conditie ervan, de aard van de gereedschapsbewerking en de locatie en vorm van het opknapoppervlak.
Omdat de lasafzettingen een andere chemische samenstelling hebben dan het te lassen materiaal, moet hiermee rekening worden gehouden bij de warmtebehandeling van de gelaste gereedschappen. Vooral bij het kiezen van de warmtebehandelingstemperatuur is het belangrijk om de invloed ervan op de eigenschappen van het gelaste materiaal te overwegen.
Elektrisch weerstandslassen of wrijvingslassen kan worden gebruikt om verschillende staalsoorten te verbinden. Het is echter noodzakelijk om de juiste lasomstandigheden en voor- en nabewerkingen te kiezen. Weerstands- of wrijvingslassen worden gebruikt om staven te verbinden. De gelaste verbindingen hebben eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van de te verbinden materialen en kunnen aan dezelfde warmtebehandelingen worden onderworpen als de te verbinden materialen.
Het verbinden van gelegeerd staal
Het is ook mogelijk om verschillende soorten staal te verbinden, met name gelegeerd koudbewerkingsstaal met koolstofstaal. Dit wordt vooral gebruikt bij de productie van gereedschappen met een schacht, zoals boren, ruimers, tappen, freesgereedschappen, enz., waarbij het grijpgedeelte van koolstofstaal is gemaakt en het werkende gedeelte van gereedschapsstaal.
Staal met een chroomgehalte van minder dan 1,5% kan worden gesneden met autogeen snijden of plasmasnijden. Staal met een hoger chroomgehalte kan alleen met plasmasnijden worden gesneden. Voordat er gesneden wordt, moeten de onderdelen worden voorverwarmd. De temperatuur is afhankelijk van het type materiaal en de dikte ervan.
In de kwaliteitsaanduiding staat de letter N voor koudbewerkingsgereedschapsstaal , en op de tweede plaats (net als bij warmbewerkingsstaal) staat een letter of groep letters die de legeringscomponent of -groep aanduidt:
M – mangaan
S – Silicium
C – Chrome
N – Nikkel
L – Molybdeen
V – Vanadium
W – Wolfraam
K – Kobalt
P – Nikkel + Chroom + Wolfraam
Z – Wolfraam + Vanadium + Silicium + Chroom
B – Bor
Het derde deel is een getal (in het midden of aan het einde van de kwaliteitsaanduiding) dat het staal classificeert op basis van het verschil in hoeveelheid.
Legeringselementen en koolstof, of zoals in het geval van staal met dezelfde legeringselementen, onderscheiden deze kwaliteiten, bijvoorbeeld NC6-NC10, NZ2-NZ3.
Een voorbeeld hiervan is het staalmerk NPW – dit is een koudbewerkingsgereedschapsstaal dat chroom, nikkel, vanadium en wolfraam bevat.
Koudbewerkingsstaal volgens PN
NC6 – chroom-vanadiumstaal
NPW – nikkel-chroom-wolfraam-vanadiumstaal
NCMS – chroommangaansiliciumstaal
NWC – wolfraam-chroom-mangaan
NZ3 – wolfraam-chroom-silicium-vanadiumstaal
NMV – mangaan-vanadiumstaal
NC11LV – chroom-molybdeen-vanadiumstaal
Andere gereedschapsstaalsoorten
warmbewerkingslegering gereedschapsstaal
Gelegeerd gereedschapsstaal voor koudbewerking
koolstofgereedschapsstaal
snelstaal