Stal narzędziowa N9E – stal węglowa płytko hartująca się PN-84/H-85020
| Gatunek stali | Norma | Skład chemiczny (%) | |||||||||
| C | Mn | Si | P | S | Cu | Cr | Ni | Mo | inne | ||
| N9E | PN | 0,85 0,94 | 0,15 0,30 | 0,15 0,30 | max 0,025 | max 0,025 | max 0,20 | max 0,15 | max 0,20 | – | – |
| C85W 1.1830 | DIN EN W.nr | 0,80 0,90 | 0,50 0,70 | 0,25 0,40 | max 0,025 | max 0,020 | – | – | – | – | – |
| C90E2U | AFNOR | 0,85 0,94 | 0,10 0,40 | 0,10 0,30 | max 0,020 | max 0,020 | – | – | – | – | – |
| BW1A | BS | 0,85 0,95 | max 0,35 | max 0,30 | – | – | – | max 0,15 | max 0,20 | max 0,10 | – |
| U9A-1 U9A У9A | GOST | 0,85 0,94 | 0,17 0,28 | 0,17 0,33 | max 0,025 | max 0,018 | max 0,25 | max 0,20 | max 0,25 | – | – |
| C 90 KU C90KU | UNI | 0,85 0,94 | max 0,35 | max 0,30 | – | – | – | – | – | – | |
Stal narzędziowa węglowa N9E – charakterystyka, właściwości, zastosowanie i obróbka
1. Charakterystyka ogólna
Stal N9E według normy PN, to stal narzędziowa węglowa, przeznaczona do narzędzi wymagających wysokiej twardości oraz odporności na ścieranie. Jest to stal nieulepszana cieplnie, czyli nie poddaje się jej dodatkowym procesom ulepszania cieplnego (np. odpuszczaniu i hartowaniu wielokrotnemu), aby poprawić jej właściwości. Jej końcowe właściwości mechaniczne zależą głównie od zawartości węgla i standardowego procesu hartowania. Dzięki wysokiej zawartości węgla, stal N9E wykazuje dobrą skrawalność i podatność na hartowanie, ale jednocześnie cechuje się ograniczoną odpornością na udary i obciążenia dynamiczne.
Skład chemiczny (wg PN)
- Wysoka zawartość węgla zapewnia dużą twardość po hartowaniu.
- Mangan zwiększa hartowność i poprawia skrawalność.
- Krzem poprawia właściwości mechaniczne, głównie wytrzymałość.
- Niska zawartość fosforu i siarki ogranicza ryzyko kruchości.
Właściwości mechaniczne (po hartowaniu i odpuszczaniu)
| Właściwość | Wartość |
| Twardość po hartowaniu | 62 – 66 HRC |
| Wytrzymałość na rozciąganie (Rm) | 800 – 1100 MPa |
| Moduł sprężystości (E) | ~200 GPa |
| Odporność na ścieranie | Wysoka |
| Udarna odporność | Niska – podatność na kruche pękanie |
- Twardość: Po hartowaniu osiąga wysokie wartości, co sprawia, że stal ta jest odporna na ścieranie.
- Kruchość: Przy dużej twardości ma tendencję do kruchego pękania, dlatego nie nadaje się na elementy poddane dynamicznym obciążeniom.
Obróbka cieplna
Stal N9E jest podatna na hartowanie i odpuszczanie, co pozwala na dostosowanie jej właściwości do konkretnego zastosowania.
- Wyżarzanie zmiękczające: 680–720°C, chłodzenie w piecu, pozwala obniżyć twardość i poprawić skrawalność.
- Hartowanie:
- Temperatura austenityzacji: 780–820°C.
- Chłodzenie: w oleju (czasem w wodzie dla uzyskania maksymalnej twardości).
- Odpuszczanie:
- Temperatura: 180–250°C.
- Czas: 1–2 godziny.
- Efekt: Usunięcie naprężeń hartowniczych i poprawa odporności na pękanie.
Obróbka mechaniczna
- Skrawalność: Dobra w stanie wyżarzonym.
- Szlifowanie: Konieczne w celu uzyskania wysokiej precyzji i gładkości powierzchni.
- Polerowanie: Możliwe po odpowiednim przygotowaniu powierzchni.
Spawanie stali narzędziowej węglowej N9E według PN
Charakterystyka spawalności stali N9E
Stal N9E jest stalą narzędziową węglową o wysokiej zawartości węgla (0,85–0,95%), co sprawia, że jej spawalność jest bardzo ograniczona. Wysoka zawartość węgla powoduje dużą skłonność do pęknięć na gorąco i na zimno, a także do tworzenia się twardych, kruchych struktur (np. martenzytu) w strefie wpływu ciepła (SWC).
Z tego powodu spawanie tej stali nie jest zalecane, a jeśli musi być przeprowadzone, wymaga zastosowania specjalnych procedur, takich jak podgrzewanie przed spawaniem i powolne studzenie po spawaniu.
Zalecane procedury spawania
Jeśli spawanie N9E jest konieczne (np. w celu naprawy narzędzi), należy zastosować następujące środki zaradcze:
Podgrzewanie przed spawaniem
- Temperatura wstępna: 300–400°C
- Zapobiega gwałtownemu chłodzeniu spoiny i zmniejsza ryzyko pęknięć
Wybór odpowiednich elektrod i drutów spawalniczych
- Spawanie metodą MMA (elektrodą otuloną): Elektrody bazowe (np. E7018, elektrody o wysokiej zawartości niklu lub staliwa).
- Spawanie metodą TIG/MIG: Druty spawalnicze na bazie niklu (np. ERNiCrMo-3) lub stali austenitycznej (np. ER308L, ER309L), aby zminimalizować hartowność strefy spoiny.Kontrolowane chłodzenie po spawaniu
- Po zakończeniu spawania należy powoli chłodzić spoinę w piecu lub przykryć ją materiałem izolacyjnym (np. piaskiem, kocem ceramicznym).
- Unikać gwałtownego chłodzenia – zalecane stopniowe obniżanie temperatury do około 100°C w ciągu kilku godzin.
Odpuszczanie po spawaniu
- Po spawaniu konieczne jest odpuszczenie w temperaturze 150–250°C przez około 1–2 godziny, aby zredukować naprężenia i zwiększyć udarność spoiny.
Ryzyko związane ze spawaniem stali N9E
Wysokie ryzyko pęknięć zimnych i gorących – zwłaszcza przy spawaniu bez podgrzewania i powolnego chłodzenia.
Twarda, krucha strefa wpływu ciepła – zwiększone ryzyko odkształceń i pękania przy obciążeniach dynamicznych.
Obniżona odporność mechaniczna po spawaniu – spoina może nie mieć takich samych właściwości jak materiał bazowy.
Alternatywne metody łączenia
Ze względu na trudności w spawaniu zaleca się inne metody łączenia stali N9E, takie jak:
Lutowanie twarde (np. mosiądzem lub lutami srebrnymi) – sprawdza się w naprawach narzędzi.
Łączenie mechaniczne (śruby, kołki, nitowanie) – jeśli pozwala na to konstrukcja.
Napawanie regeneracyjne – w przypadku zużytych narzędzi można napawać warstwę regeneracyjną z użyciem materiałów o lepszej spawalności (np. staliwa narzędziowego).
Stal N9E jest trudnospawalna ze względu na wysoką zawartość węgla, co prowadzi do powstawania kruchych i twardych struktur w spoinie. Jeśli spawanie jest konieczne, wymaga podgrzewania do 300–400°C, użycia elektrod bazowych lub niklowych oraz powolnego chłodzenia po spawaniu. W praktyce, jeśli to możliwe, należy unikać spawania N9E i stosować inne metody łączenia.
Zastosowanie
Stal N9E znajduje zastosowanie w produkcji narzędzi, które wymagają wysokiej twardości i odporności na ścieranie, ale nie są poddawane znacznym obciążeniom dynamicznym.
Narzędzia skrawające i obróbcze:
Gwintowniki, duże rozwiertaki. Matryce do pracy na zimno. Stemple do cechowania. Narzędzia do obróbki wiórowej metali.
Narzędzia do drewna:
Narzędzia do obróbki twardego drewna, w tym dłuta, noże i skrobaki.
Narzędzia ręczne:
Pilniki, przecinaki, skrobaki.
Gatunek alternatywny: Odpowiednikiem w normie DIN jest C90 (1.1274), a w normie AISI – 1095.
Zalety i ograniczenia
Zalety:
- Wysoka twardość i odporność na ścieranie.
- Dobra skrawalność w stanie wyżarzonym.
- Prosty proces hartowania.
Ograniczenia:
- Bardzo niska udarność – podatność na kruche pękanie.
- Ograniczona odporność na korozję – wymaga odpowiedniej konserwacji.
- Nie nadaje się do zastosowań dynamicznych, gdzie występują uderzenia i drgania.
Stal N9E to klasyczna stal narzędziowa węglowa o wysokiej zawartości węgla, charakteryzująca się dobrą skrawalnością w stanie wyżarzonym i wysoką twardością po hartowaniu. Jest szeroko stosowana w produkcji gwintowników, rozwiertaków, matryc, stempli oraz narzędzi do obróbki metalu i drewna. Dzięki swojej odporności na ścieranie doskonale sprawdza się w narzędziach tnących i wykrawających, jednak wymaga ostrożności w użytkowaniu ze względu na podatność na kruche pękanie.
Stal narzędziowa-stal węglowa głęboko harująca się N9 PN-84/H-85020
| Gatunek stali | Norma | Skład chemiczny (%) | |||||||||
| C | Mn | Si | P | S | Cu | Cr | Ni | Mo | inne | ||
| N9 | PN | 0,85 0,94 | 0,15 0,30 | 0,15 0,30 | max 0,030 | max 0,030 | max 0,25 | max 0,20 | max 0,25 | – | – |
| U9-3 U9 У9 | GOST | 0,85 0,94 | 0,17 0,33 | 0,17 0,33 | max 0,030 | max 0,028 | max 0,25 | 0,20 0,40 | max 0,25 | – | |
Stal N9 znajduje podobne zastosowanie jak stal N9E, jeśli nie jest wymagana wyższa jakość. Przy wyższych wymaganiach jakościowych zalecane jest stosowanie stali N9E.
Pozostałe stale narzędziowe węglowe
N8E – stal narzędziowa węglowa N8, C80W1, 1.1525, C80W2, 1.1625
N9E – stal narzędziowa węglowa N9, C85W, 1.1830
N10E – stal narzędziowa węglowa N10, C105W, 1.1545
Pozostałe stale narzędziowe
stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco
stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno
stal narzędziowa węglowa
stal szybkotnąca