Nauka materiałów: stale narzędziowe i obróbka cieplna
Od stalowej stali do metalurgii proszku — jak wybrać właściwą stal do zadania.
Wstęp
Narzędzie jest tylko tak dobre, jak stal, z której jest wykonane. Niezależnie od tego, czy budujesz formę wtryskową lub narzędzie do tłoczenia, zadanie zaczyna się od wyboru: która stal narzędziowa pasuje do obciążenia, temperatury i liczby przedmiotów, które narzędzie musi wytrzymać? Zgodnie z rozporządzeniem nauczania musisz umieć wybrać materiały narzędziowe, obróbkę cieplną i ewentualną powłokę na zadanie produkcyjne, biorąc pod uwagę dane parametry produkcji i zastosowania — i jest to decyzja, która określa, czy narzędzie wytrzyma 10 000 czy 10 milionów przedmiotów.
Cztery rodziny stali, które spotykasz w warsztacie
- 01Stal do pracy na zimno — pracuje w temperaturze pokojowej, wysoka twardość i odporność na zużycie, typowa do tłoków i matryc w narzędziach prasowych
- 02Stal do pracy na gorąco i stal formniczna — wytrzymują podwyższoną temperaturę z topionego plastiku lub metalu, używane w formach wtryskowych i narzędziach prasowych
- 03Szybkowyt (HSS) — zachowuje twardość w wysokich temperaturach cięcia, zwykle używany do narzędzi tnących takich jak wiertła i frezy
- 04Stal metalurgii proszkowej — wytwarzana z drobnoziarniowego proszku stalowego, zapewnia dodatkową odporność na ścieranie i wytrzymałość dla wymagających, wysoko obciążonych narzędzi do tłoczenia
Stal do pracy na zimno do stanów
Tłoczniki i matryce, które ciną i dziurkują blachy godzinę po godzinie, muszą być w stanie wytrzymać ogromne zużycie bez wyszczerbienia się. Typowa stal do pracy na zimno z wysoką zawartością chromu i węgla jest hartowana w oleju lub wodzie, a następnie puszczana temperaturowo, aby skończyć się około 58-62 HRC na skali Rockwella — wystarczająco twarda aby trzymać ostrą krawędź, ale dzięki hartowaniu temperatury stal zachowuje wystarczającą twardość aby nie stać się krucha i pęknąć pod powtórzonymi uderzeniami w prasie.
Stal do pracy na ciepło i forma stali do form wtryskowych
Gdy plastikowy granulat jest topiony i wciskany w formę pod wysoką temperaturą ponownie i ponownie, powierzchnia formy jest poddawana zarówno ciepłu jak i ciśnieniu. Tutaj używane są stale do pracy na gorąco i specjalne jakości stali formujące, które zostały opracowane, aby opierać się zmianom temperatury bez deformacji lub pęknięcia — a jednocześnie mogą być polerowane do wykończenia powierzchni, jakie musi mieć gotowy element plastikowy.
| Rodzina stali | Typowe zastosowanie | Twardość po hartowaniu | Cecha |
|---|---|---|---|
| Stal do pracy na zimno | Stempli i matryce w narzędziu do stanownika | ca. 58-62 HRC | Wysoka odporność na ścieranie, ostre krawędzie długo się utrzymają |
| Stal do pracy na gorąco/stal formierska | Formy wtryskowe, narzędzia do odlewu pod ciśnieniem | typowo niżej, w zależności od typu | Wytrzymuje wahania temperatury, można polerować na wysoki połysk |
| Stal szybkociętna (HSS) | Narzędzie do cięcia: wiertła, frezy | typowo wysoki, zachowywany przez ciepło | Zachowuje twardość przy wysokiej temperaturze cięcia |
| Stal proszkowometalurgiczna | Wysoko obciążone, skomplikowane narzędzie do stemplowania | wysoki, z dodatkową twardością | Drobnoziarnista struktura zapewnia dodatkową wytrzymałość i trwałość |
Obróbka cieplna: hartowanie i odpuszczanie
Stal nie staje się twardy sama w sobie — to jest obróbka cieplna, która robi różnicę. Przy hartowaniu stal jest nagrzewana do określonej temperatury i szybko chłodzona w oleju lub wodzie, co czyni ją twardą, ale również kruchą. Dlatego jest odpuszczana potem: ponowne ogrzewanie do niższej temperatury, które usuwa naprężenia i daje stali ciągliwość, którą potrzebuje, aby nie pęknąć pod obciążeniem. Dla stali do pracy na zimno typowa niska temperatura odpuszczania wynosi około 160-300 °C, podczas gdy stal do pracy na ciepło jest często odpuszczana w wyższych temperaturach, aby mogła wytrzymać ciepło pracujące w formie.
Powłoka powierzchniowa wydłuża żywotność
Nawet najlepsze stale narzędziowe mogą mieć przedłużony czas życia dzięki powłoce powierzchniowej. Powłoki PVD takie jak TiN (nitryd tytanu) i TiAlN (nitryd tytanu-aluminium) odkładają cienką, niezwykle twardą warstwę na stali, która zmniejsza zużycie i tarcie - szczególnie cenne na narzędziach tnących i stemplach pracujących pod stałym obciążeniem mechanicznym.