Nástrojová ocel - Tool steel

Oceli
FagerstaRAÄ2.jpg
Mikrostruktury
Třídy
Ostatní materiály na bázi železa

Nástrojová ocel odkazuje na různé uhlíková ocel a legovaná ocel které jsou zvláště vhodné pro provedení nástroje. Jejich vhodnost vychází z jejich výraznosti tvrdost, odpor vůči oděru a deformace a jejich schopnost udržet ostří při zvýšených teplotách. Díky tomu jsou nástrojové oceli vhodné pro použití při tvarování jiných materiálů. S obsahem uhlíku mezi 0,5% a 1,5% se nástrojové oceli vyrábějí za pečlivě kontrolovaných podmínek, aby se dosáhlo požadované kvality. Přítomnost někoho karbidy v jejich matici hraje dominantní roli ve vlastnostech nástrojové oceli. Čtyři hlavní legující prvky, které tvoří karbidy v nástrojové oceli, jsou: wolfram, chrom, vanadium a molybden. Rychlost rozpouštění různých karbidů na austenit forma železa určuje vysokoteplotní vlastnosti oceli (pomalejší je lepší, což vede k žáruvzdorné oceli). Správně tepelné zpracování těchto ocelí je důležité pro odpovídající výkon.[1] The mangan obsah je často udržován nízký, aby se minimalizovala možnost praskání během vody kalení.

Existuje šest skupin nástrojových ocelí: kalení vodou, práce za studena, odolné proti nárazům, vysokorychlostní, práce za tepla a speciální účely. Výběr skupiny pro výběr závisí na nákladech, pracovní teplotě, požadované tvrdosti povrchu, pevnosti, rázové odolnosti a požadavcích na houževnatost.[2] Čím náročnější jsou provozní podmínky (vyšší teplota, abrazivita, korozivita, zatížení), tím vyšší je obsah slitiny a následné množství karbidů potřebných pro nástrojovou ocel.

Nástrojové oceli se používají pro řezání, lisování, vytlačování a ražení kovů a jiných materiálů. Jejich použití v nástrojích je zásadní; vstřikovací formy například vyžadují nástrojové oceli pro jejich odolnost proti oděru - důležité kritérium pro trvanlivost formy, které umožňuje stovky tisíc operací formování po celou dobu její životnosti.

The AISI -SAE stupně nástrojové oceli je nejběžnější stupnice používaná k identifikaci různých druhů nástrojové oceli. Jednotlivým slitinám v rámci stupně je přiděleno číslo; například: A2, O1 atd.

Skupina pro kalení vodou

Nástrojová ocel skupiny W získala svůj název podle své definující vlastnosti, při které musí být voda kalena. Ocel třídy W je v podstatě s vysokým obsahem uhlíku obyčejná uhlíková ocel. Tato skupina nástrojové oceli je nejčastěji používanou nástrojovou ocelí kvůli své nízké ceně ve srovnání s ostatními. Fungují dobře pro součásti a aplikace, kde nedochází k vysokým teplotám; nad 150 ° C (302 ° F) začne znatelně měknout. Své kalitelnost je nízká, proto musí být nástrojové oceli skupiny W podrobeny rychlému kalení, které vyžaduje použití vody. Tyto oceli mohou dosáhnout vysoké tvrdosti (výše HRC 66) a jsou poměrně křehké ve srovnání s jinými nástrojovými ocelemi. W-oceli se stále prodávají, zejména pro pružiny, ale jsou mnohem méně rozšířené, než tomu bylo v 19. a na počátku 20. století. Je to částečně proto, že W-oceli se během kalení mnohem více deformují a praskají než oceli kalené olejem nebo kalením vzduchem.

Houževnatost nástrojových ocelí skupiny W se zvyšuje legováním manganem, křemíkem a molybdenem. Až 0,20% vanadu se používá k udržení jemné zrnitosti během tepelného zpracování.

Typické aplikace pro různé složení uhlíku jsou pro W-oceli:

  • 0,60–0,75% uhlík: strojní součásti, dláta, stavěcí šrouby; vlastnosti zahrnují střední tvrdost s dobrou houževnatostí a rázovou odolností.
  • 0,76–0,90% uhlíku: kovací matrice, kladiva a sáňky.
  • 0,91–1,10% uhlíku: aplikace nástrojů pro všeobecné použití, které vyžadují dobrou rovnováhu mezi odolností proti opotřebení a houževnatostí, jako jsou rašple, vrtáky, řezačky a nůžky.
  • 1,11–1,30% uhlíku: pilníky, malé vrtáky, soustruhové nástroje, žiletky a další lehké aplikace, kde je vyžadována vyšší odolnost proti opotřebení bez velké houževnatosti. Ocel o 0,8% C je tvrdší než ocel s více uhlíkem, ale díky volným částicím karbidu železa v 1% nebo 1,25% uhlíkové oceli je lépe držet hranu. Pokud se však jemná hrana používá k řezání kyselých nebo slaných materiálů, pravděpodobně bude rezivět rychleji, než se opotřebovává.

Skupina pro studenou práci

Nástrojové oceli pro tváření za studena zahrnují řadu O (kalení olejem), řadu A (kalení vzduchem) a řadu D (s vysokým obsahem uhlíku a chromu). Jedná se o oceli používané k řezání nebo tvarování materiálů, které jsou při nízkých teplotách. Tato skupina má vysokou kalitelnost a odolnost proti opotřebení a průměrnou houževnatost a odolnost proti změkčení teplem. Používají se při výrobě větších dílů nebo dílů, které při kalení vyžadují minimální zkreslení. Použití kalení oleje a kalení na vzduchu pomáhá omezit zkreslení a vyhnout se vyšším tlakům způsobeným rychlejším kalením vodou. Ve srovnání s třídou vytvrzování vodou se v těchto ocelích používá více legujících prvků. Tyto slitiny zvyšují kalitelnost ocelí, a proto vyžadují méně přísný proces kalení a ve výsledku je méně pravděpodobné, že prasknou. Mají vysokou tvrdost povrchu a často se používají k výrobě nožů. Obrobitelnost typů kalení oleje je vysoká, ale u typů s vysokým obsahem uhlíku a chrómu je nízká.

Vytvrzování oleje: řada O.

Tato řada zahrnuje typy O1, O2, O6 a O7. Všechny oceli v této skupině se obvykle kalí při 800 ° C, kalí se olejem a poté se temperují při <200 ° C.[3][4][5][6][7]

Školní známkaSloženíPoznámky
O10.90% C, 1.0–1.4% Mn, 0.50% Cr, 0.50% Ž, 0.30% Si, 0.20% PROTIJedná se o ocel za studena používanou pro měřidla, řezné nástroje, dřevoobráběcí nástroje a nože. Lze jej kalit na 66 HRC, obvykle se používá na Rc61-63. Vanad je volitelný. Také prodáván jako Arne,[8] SKS3, 1,2510 a 100MnCrW4.
O20.90% C, 1.5–2.0% Mn, 0.30% Cr, 0.30% Si, 0.15% PROTIJedná se o ocel za studena používanou pro měřidla, řezné nástroje, dřevoobráběcí nástroje a nože. Lze jej kalit na 66 HRC, obvykle se používá na Rc61-63. Také se prodává jako 1,2842 a 90MnCrV8.[9]
O61.45% C, 1.0% Mn, 1.0% Si, 0.3% MoJedná se o za studena tvrdnoucí olejovou, grafitovou nástrojovou ocel s vynikající odolností proti kluznému opotřebení a oděru. POUŽITÍ: Měřidla závitů, hlavní měřidla, vačky, pouzdra, pouzdra, desky granulátoru masa, trny, formovací válce, střižné čepele, razníky, matrice, vodítka podavače tyčí [10]

Kalení vzduchem: řada A.

Byla to první nástrojová ocel kalená na vzduchu houbová ocel, který byl znám jako vzduchem kalená ocel v době, kdy.

Moderní oceli kalené na vzduchu se vyznačují nízkým zkreslením během tepelného zpracování kvůli vysokému obsahu chrómu. Jejich obrobitelnost je dobrá a mají rovnováhu mezi odolností proti opotřebení a houževnatostí (tj. Mezi D a druhy odolnými proti nárazům).[11]

Školní známkaSloženíPoznámky
A2[12]1.0% C, 1.0% Mn, 5.0% Cr, 0.3% Ni, 1.0% Mo, 0.15–0.50% PROTIBěžná nástrojová ocel pro všeobecné použití; jedná se o nejčastěji používanou odrůdu oceli kalené na vzduchu. Běžně se používá k vysekávání a tváření razníků, ořezávacích lisovnic, lisovacích nástrojů na válcování závitů a vstřikovacích lisovacích forem.[11]
A3[13]1,25% C, 0,5% Mn, 5,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 0,8–1,4% V
A4[14]1,0% C, 2,0% Mn, 1,0% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo
A6[15]0,7% C, 1,8–2,5% Mn, 0,9–1,2% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% MoTento typ nástrojové oceli vytvrzuje vzduchem při relativně nízké teplotě (přibližně stejné teplotě jako typy kalené v oleji) a je tvarově stálý. Proto se běžně používá pro matrice, tvářecí nástroje a měřidla, která nevyžadují extrémní odolnost proti opotřebení, ale vyžadují vysokou stabilitu.[11]
A7[16]2,00–2,85% C, 0,8% Mn, 5,00–5,75% Cr, 0,3% Ni, 0,9–1,4% Mo, 3,9–5,15% V, 0,5–1,5 Ž
A8[17]0,5–0,6% C, 0,5% Mn, 4,75–5,50% Cr, 0,3% Ni, 1,15–1,65% Mo, 1,0–1,5 W
A9[18]0,5% C, 0,5% Mn, 0,95–1,15% Si, 4,75–5,00% Cr, 1,25–1,75% Ni, 1,3–1,8% Mo, 0,8–1,4% V
A10[19]1,25–1,50% C, 1,6–2,1% Mn, 1,0–1,5% Si, 1,55–2,05% Ni, 1,25–1,75% MoTato známka obsahuje jednotné rozdělení grafit částice ke zvýšení obrobitelnosti a zajištění samomazných vlastností. Běžně se používá pro měřidla, trny, nůžky a razníky.[20]

Vysoký obsah uhlíku a chrómu: řada D.

Řada D třídy nástrojových ocelí pro studené práce, která původně zahrnovala typy D2, D3, D6 a D7, obsahuje mezi 10% a 13% chromu (což je neobvykle vysoké). Tyto oceli si zachovávají svou tvrdost až do teploty 425 ° C (797 ° F). Běžné aplikace pro tyto nástrojové oceli zahrnují kovací matrice, tlakové licí bloky a tažné matrice. Vzhledem k vysokému obsahu chrómu jsou často uvažovány určité nástrojové oceli typu D. nerez nebo částečně nerezové, avšak jejich odolnost proti korozi je velmi omezená kvůli srážení většiny jejich chromových a uhlíkových složek jako karbidů.

Školní známkaSloženíPoznámky
D21.5% C, 11.0–13.0% Cr; navíc 0,45% Mn, 0.030% P, 0.030% S, 1.0% PROTI, 0.9% Mo, 0.30% SiD2 je velmi odolný proti opotřebení, ale není tak tvrdý jako nízkolegované oceli. Mechanické vlastnosti D2 jsou velmi citlivé na tepelné zpracování. Je široce používán pro výrobu nůžek, hoblovacích nožů a průmyslových řezných nástrojů; někdy se používá pro čepele nožů.

Skupina odolná proti nárazům

Hlavní článek: Ocel odolná proti nárazu

Vysoká odolnost proti nárazům a dobrá kalitelnost jsou zajištěny slitinami chrom-wolfram, křemík-molybden, křemík-mangan. Skupinové nástrojové oceli (S) odolné proti nárazům jsou navrženy tak, aby odolávaly nárazům při nízkých i vysokých teplotách. Pro nezbytnou houževnatost je vyžadován nízký obsah uhlíku (přibližně 0,5% uhlíku). Slitiny tvořící karbid poskytují potřebnou odolnost proti otěru, kalitelnost a vlastnosti za tepla. Tato skupina ocelí vykazuje velmi vysokou rázovou houževnatost a relativně nízkou otěruvzdornost a může dosáhnout relativně vysoké tvrdosti (HRC 58/60). V USA je houževnatost obvykle odvozena od 1 do 2% křemíku a 0,5–1% obsahu molybdenu. V Evropě rázové oceli často obsahují 0.5–0.6% uhlík a asi 3% niklu. U některých nízkolegovaných ocelí odolných proti nárazům a vysokopevnostních nízkolegovaných ocelí (HSLA), jako je L6, 4340, a švédská pilová ocel, se stále používá rozmezí od 1,75% do 2,75% niklu, ale je to relativně drahé. Příkladem jeho použití je výroba sbíječka bity.

Vysokorychlostní skupina

Hlavní článek: Rychlořezná ocel

Horká pracovní skupina

Horké oceli jsou skupina oceli, která se používá k řezání nebo tvarování materiálu za vysokých teplot. Nástrojové oceli skupiny H byly vyvinuty pro pevnost a tvrdost při dlouhodobém vystavení vysokým teplotám. Tyto nástrojové oceli jsou nízkouhlíkové a středně až vysoce legované, které poskytují dobrou tvrdost za tepla a houževnatost a spravedlivou odolnost proti opotřebení díky značnému množství karbidu.[1] H1 až H19 jsou založeny na obsahu chromu 5%; H20 až H39 jsou založeny na obsahu wolframu 9–18% a obsahu chromu 3–4%; H40 až H59 jsou na bázi molybdenu.

Mezi příklady patří Nástrojová ocel DIN 1.2344 (H13).

Speciální skupina

  • Nástrojová ocel typu P. je zkratka pro plastové formy. Jsou navrženy tak, aby splňovaly požadavky na zinek lití pod tlakem a vstřikovací lisy na plasty.
  • Typ L. nástrojová ocel je zkratka pro nízkolegovanou nástrojovou ocel pro speciální účely. L6 je extrémně tvrdý.
  • Nástrojová ocel typu F je kalená vodou a je podstatně odolnější proti opotřebení než nástrojová ocel typu W.

Srovnání

Jakost nástrojové oceli AISI-SAE[21]
Definování vlastnostiTřída AISI-SAEVýznamné vlastnosti
Kalení vodouŽ
Zpracování za studenaÓVytvrzování oleje
AKalení vzduchem; střední slitina
DVysoký obsah uhlíku; vysoký chrom
Odolnost proti otřesůmS
Vysoká rychlostTWolframová základna
MZáklad molybdenu
Práce za teplaHH1 – H19: chromová báze
H20 – H39: wolframová základna
H40 – H59: báze molybdenu
Plastová formaP
Speciální účelLNízká slitina
FUhlíkový wolfram

Viz také

Reference

  1. ^ A b Verhoeven, John (2007). Metalurgie oceli pro nemetalurgy. ASM International. p. 159. ISBN  978-0-87170-858-8. Citováno 9. listopadu 2014..
  2. ^ Baumeister, Avallone, Baumeister (1978). „6“. Marks 'Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8. vydání. McGraw Hill. 33, 34. ISBN  9780070041233.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ „Grafitová nástrojová ocel Carpenter O6 (AISI O6)“. www.matweb.com. Citováno 2017-11-20.
  4. ^ „Ocel Crucible Steel KETOS® Tool Steel, AISI O1“. www.matweb.com. Citováno 2017-11-20.
  5. ^ „AISI Type O2 Oil-kalení nástrojová ocel, olej kalený při 800 ° C, popouštěný při 260 ° C“. www.matweb.com. Citováno 2017-11-20.
  6. ^ „Nástrojová ocel AISI typu O7“. www.matweb.com. Citováno 2017-11-20.
  7. ^ www.roberidesigns.com. "Sousa Corp | Složení nástrojové oceli". www.sousacorp.com. Citováno 2017-11-20.
  8. ^ http://www.uddeholm.com/files/PB_Uddeholm_arne_english.pdf
  9. ^ http://www.ozct.com.tr/iframe/en/pdf/1.2842%2090MnCrV8.pdf
  10. ^ „Vysokorychlostní ocel - nástrojová ocel - O6 - O6 Technické údaje“. www.hudsontoolsteel.com.
  11. ^ A b C Oberg a kol. 2004, str. 466–467.
  12. ^ AISI A2, Efunda, archivovány z originál dne 02.04.2012, vyvoláno 2010-12-25.
  13. ^ AISI A3, Efunda, archivováno z původního dne 2012-04-02, vyvoláno 2010-12-25.
  14. ^ AISI A4, Efunda, archivovány z originál dne 02.04.2012, vyvoláno 2010-12-25.
  15. ^ AISI A6, Efunda, archivovány z originál dne 19. 8. 2011, vyvoláno 2010-12-25.
  16. ^ AISI A7, Efunda, archivovány z originál dne 16. 9. 2011, vyvoláno 2010-12-25.
  17. ^ AISI A8, Efunda, archivovány z originál dne 09.09.2011, vyvoláno 2010-12-25.
  18. ^ AISI A9, Efunda, archivovány z originál dne 02.04.2012, vyvoláno 2010-12-25.
  19. ^ AISI A10, Efunda, archivovány z originál dne 02.04.2012, vyvoláno 2010-12-25.
  20. ^ A-10 Informace o materiálu z nástrojové oceli, archivovány z originál dne 04.04.2004, vyvoláno 2010-12-25.
  21. ^ Oberg a kol. 2004, str. 452.

Bibliografie

externí odkazy