Stale narzędziowe szybkotnące – charakterystyka i gatunki
Stale szybkotnące to stale wysokostopowe z których, przede wszystkim wyrabia się narzędzia skrawające pracujące z prędkością około 30 m/min. od których wymagane jest zachowanie twardości i odporności na ścieranie w temperaturach 500-650oC. Ze stali szybkotnącej można również wyrabiać między innymi sprężyny pracujące w podwyższonych temperaturach oraz łożyska pracujące w temperaturach 400-500oC
Stal szybkotnąca zawiera około 30% dodatków stopowych:
-wszystkie zawierają około 4% chromu, 1-5% wanadu, do 19,5% wolframu
-większość zawiera molibden 1-10%
-niektóre 5-10% kobaltu, poprawiającego własności stali przy pracy w wyższych temperaturach
Zawartość węgla powinna być wystarczająca do utworzenia węglików W, Mo, V.
Stale narzędziowe szybkotnące można podzielić na grupy:
-stale szybkotnące wolframowe z zawartością W do około 12%
-stale szybkotnące wolframowe z zawartością W około 18%
-stale szybkotnące wolframowo-molibdenowe z zawartością wolframu 6-10% oraz Mo 3-5,5%
-stale szybkotnące molibdenowe z zawartością Mo 8-9% oraz wolfram do 2%
Stale szybkotnące zajmują w grupie stali narzędziowych specjalne miejsce, wyróżniające się pod wieloma względami: największą zawartością węglikotwórczych pierwiastków stopowych , ledeburytyczną strukturą po odlaniu, szczególną obróbką cieplną umożliwiającą maksymalne wykorzystanie zjawiska wtórnej twardości. Szczególnie pożądaną grupą własności użytkowych stal szybkotnących są: najwyższa twardość z odporność na ścieranie na zimno i gorąco, znaczna ciągliwością, oraz bardzo dużą hartownością. Pod względem ilościowym stale szybkotnące stanowią tylko niewielki ułamek procentu ogólnej produkcji stali, tracąc swoją pozycję na rzecz węglików spiekanych. Ich znaczenie techniczne jest nadal bardzo duże ze względu na wielostronność ich zastosowań, jako materiału narzędziowego i rozszerzanie się zakresu tych zastosowań. Początkowo stosowano je tylko na wysokowydajne narzędzia do obróbki skrawaniem (stąd ich nazwa), z biegiem czasu zaczęto je używać nie tylko na różnorodne narzędzia do pracy na no i gorąco, ale również na niektóre elementy maszynowe, np. łożyska toczne, sprężyny i inne części konstrukcyjne, od których wymaga się szczególnie dużej twardości i odporności na ścieranie.
Wyprodukowanie około 1900 r. pierwszych stali szybkotnących, poddawanych hartowaniu przy temperaturach zbliżonych do linii solidusu, było jednym z najbardziej efektywnych osiągnięć w rozwoju stali specjalnych, które umożliwiło olbrzymi postęp w obróbce skrawaniem. Od tego czasu datuje się szybki rozwój tej grupy stali, w czasie którego następowały modyfikacje składu chemicznego, technologii wytapiania i obróbki cieplnej. Na rozwój ten oddziaływały różnorodne czynniki surowcowe, ekonomiczne i technologiczne, np. przejściowa konieczność zastępowania niektórych składników stopowych, zmiana relacji cen wolframu i molibdenu, pojawienie się nowych metalurgicznych metod wytwarzania (umożliwiających poprawienie jednorodności strukturalnej), postępy w technologii obróbki cieplnej (umożliwiające uniknięcie trudności występujących przy hartowaniu stali z dużą zawartością molibdenu), itd. Ponadto intensywna działalność badawcza umożliwiła wyjaśnienie specyficznego oddziaływania poszczególnych składników stopowych i parametrów obróbki cieplnej na strukturę i własności stali szybkotnących oraz prowadziła do optymalizacji ich składu chemicznego i kierunków stosowania, a także pozwoliła na obniżenie kosztów składników stopowych, wprowadzanych do wielu gatunków tych stali. Interesującą historię rozwoju stali szybkotnących omawia wiele podręczników oraz artykułów przeglądowych. Asortyment stali szybkotnących produkowanych obecnie w różnych krajach wykazuje dość znaczne różnice, ale coraz więcej gatunków zostaje zunifikowanych i wprowadzanych do norm międzynarodowych.
Obok trzech zasadniczych typów stali (molibdenowych, wolframowych i wolframowo-molibdenowych) występują gatunki pochodne, o zróżnicowanej zawartości węgla, wanadu i kobaltu, odznaczające się zwiększoną twardością i odpornością na ścieranie, odpowiednio do warunków pracy narzędzia.
Ponieważ stale szybkotnące należą do grupy stali ledeburytycznych, więc przy krzepnięciu wydzielają się bezpośrednio z ciekłego metalu węgliki pierwotne najczęściej typu M6C, o składzie Fe4 (W, Mo)2C lub Fe3(W, Mo)3C. Obok nich mogą występować także węgliki innych typów – M2C przy większej ilości węgla i molibdenu, najczęściej w obszarach segregacji, oraz MC – przy większej ilości wanadu.
W oznaczeniu gatunku według starych norm PN, litera S oznacza stal szybkotnącą, na drugim miejscu jest litera oznaczająca składnik stopu :
M – Molibden
S – Krzem
C – zwiększone stężenie węgla ( na końcu znaku stali )
V- Wanad
W – Wolfram
K- Kobalt
Trzeci człon jest to liczba (na środku lub na końcu oznaczenia gatunku stali) która informuje jaka jest średnia zawartośc danego dodatku stopowego, którego symbol poprzedza daną liczbę.
Np. znak stali SW12C – oznacza stal szybkotnącą o średniej zawartości wolframu 12% o podwyższonej zawartości węgla
SW7M – stal wolframowo-molibdenowa
SW18 – stal wolframowa
SK10V – stal kobaltowo-wanadowa
Pozostałe stale narzędziowe
stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco
stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno
stal narzędziowa węglowa
stal szybkotnąca