Gyorsacél

 Gyorsacélok – elsősorban nagy forgácsolási sebességgel működő fémforgácsolószerszámok gyártására szolgáló ötvözött acélok .

A gyorsacélnak nagy szilárdságúnak , keménységűnek (hideg és meleg) és vörös keménységűnek kell lennie .

A szénszerszámacélok magas törésállósággal és hidegkeménységgel is rendelkeznek . A szerszámuk azonban nem képes nagy sebességű vágási feltételeket biztosítani . A gyorsacélok volfrámmal , molibdénnel , vanádiummal és kobalttal való ötvözése biztosítja az acél meleg- és vöröskeménységét.

Alkotó történetek

A fából, színesfémekből, lágyacélból készült alkatrészek esztergálására a közönséges keményacélból készült marók meglehetősen alkalmasak voltak, de az acél alkatrészek feldolgozásakor a vágó gyorsan felmelegedett, hamar elhasználódott, és az alkatrészt nem lehetett sebességgel forgatni. több mint 5 m/perc [1] .

Ezt az akadályt azután sikerült legyőzni, hogy 1858-ban R. Muschette 1,85% szenet, 9% volfrámot és 2,5% mangánt tartalmazó acélt kapott. Tíz évvel később a Muschette új acélt készített, az úgynevezett öngörgőt. 2,15% szenet, 0,38% mangánt, 5,44% volfrámot és 0,4% krómot tartalmazott. Három évvel később megkezdődött a muschette acél gyártása a sheffieldi Samuel Osburn üzemben. Nem veszítette el vágási képességét 300 ° C-ra melegítve, és lehetővé tette a fém vágási sebességének másfélszeres növelését - 7,5 m / perc.

Negyven évvel később megjelent a piacon Taylor és Watt amerikai mérnökök gyorsacélja. Az ebből az acélból készült marók akár 18 m/perc vágási sebességet is lehetővé tettek. Ez az acél lett a modern P18 gyorsacél prototípusa.

További 5-6 év elteltével megjelent az ultra-gyorsacél, amely akár 35 m / perc vágási sebességet is lehetővé tett. Így a volfrámnak köszönhetően 50 év alatt hétszeres vágási sebességet értek el, és ennek következtében a fémvágó gépek termelékenysége is ugyanennyivel nőtt.

A volfrám további sikeres felhasználása kemény ötvözetek létrehozásában talált alkalmazást, amelyek volfrámból, krómból és kobaltból állnak. Vágóötvözetek, például sztellit jöttek létre. Az első sztellit lehetővé tette a vágási sebesség 45 m/perc-re való növelését 700-750°C hőmérsékleten. A Krupp által 1927-ben forgalomba hozott faj egyik ötvözete a Mohs-skálán 9,7–9,9 (a gyémánt keménysége 10) volt.

Az 1970-es években a volfrámhiány miatt az R18 gyorsacélt szinte általánosan felváltották az R6M5 minőségű acélra (az ún. „samokal”, önedző acélra), amelyet viszont a volfrám. szabad R0M5F1 és R0M2F3.

Gyorsacélok jellemzői

Hot Hardness

Normál hőmérsékleten a szénacél keménysége valamivel nagyobb, mint a gyorsacélé. A vágószerszám működése közben azonban intenzív hő szabadul fel . Ebben az esetben a felszabaduló hő akár 80%-át a szerszám fűtésére fordítják. A forgácsolóél hőmérsékletének növekedése miatt megkezdődik a szerszám anyagának temperálása és csökken a keménysége.

200 °C-ra melegítés után a szénacél keménysége gyorsan csökkenni kezd. Ennél az acélnál elfogadhatatlanok azok a vágási körülmények, amelyekben a szerszám 200 °C fölé melegszik. A gyorsacél 500–600 °C-ra melegítve megtartja a nagy keménységet. A HSS szerszámok termelékenyebbek, mint a szénacél szerszámok.

Vörösállóság

Ha a melegkeménység azt jelzi, hogy az acél milyen hőmérsékletet tud elviselni, akkor a vörös keménység azt, hogy az acél mennyi ideig bírja ezt a hőmérsékletet. Ez azt jelenti, hogy az edzett és edzett acél mennyi ideig fog ellenállni a melegítés közbeni lágyulásnak.

A vörös keménységnek számos jellemzője van . Vegyünk közülük kettőt.

Az első jellemző megmutatja, hogy az acél milyen keménységű lesz egy adott hőmérsékleten, adott ideig tartó megeresztés után .

A vörös keménység jellemzésének második módja azon alapul, hogy a melegkeménység csökkenésének intenzitása nemcsak magas hőmérsékleten, hanem szobahőmérsékleten is mérhető , mivel a keménységcsökkenési görbék magas hőmérsékleten és szobahőmérsékleten egyenlő távolságra vannak. , és természetesen sokkal könnyebb a keménységet szobahőmérsékleten mérni, mint magason. Kísérletek kimutatták, hogy a forgácsolási tulajdonságok elvesznek 50 HRC keménységnél vágási hőmérsékleten, ami szobahőmérsékleten körülbelül 58 HRC-nek felel meg. Ezért a vörös keménységet a temperálási hőmérséklet jellemzi, amelynél a keménység 4 óra alatt 58 HRC-re csökken (K 4 p58 jelölés ).

Pusztulásállóság

A "forró" tulajdonságok mellett magas mechanikai tulajdonságok is szükségesek a vágószerszám anyagától; ez a rideg töréssel szembeni ellenállást jelenti, mivel nagy keménységnél (több mint 60 HRC) a törés mindig rideg mechanizmussal történik. Az ilyen nagyon kemény anyagok szilárdságát általában úgy határozzák meg, mint a hasáb alakú, nem hornyolt próbatestek statikus (lassú) és dinamikus (gyors) terhelés hatására bekövetkező hajlítási ellenállását. Minél nagyobb a szilárdság, annál nagyobb erőt tud elviselni a szerszám munkarésze, annál nagyobb az előtolás és a fogásmélység, ami növeli a vágási folyamat termelékenységét.

Gyorsacélok kémiai összetétele

Gyorsacélok gyártása és feldolgozása

A gyorsacélokat mind a klasszikus módon ( acél tuskóba öntése, hengerlése és kovácsolása ), mind porkohászati ​​módszerekkel (folyékony acélsugarat nitrogénnel permetezve ) készítik [3] . A gyorsacél minőségét nagymértékben meghatározza a kovácsolás mértéke . A klasszikus módon készült acél elégtelen kovácsolásakor keményfém szegregáció figyelhető meg .

A gyorsacélok gyártása során gyakori hiba, hogy „önedző acélként” kezelik. Vagyis elég felmelegíteni és levegőn lehűteni az acélt, és kemény kopásálló anyagot kaphatunk . Ez a megközelítés egyáltalán nem veszi figyelembe a magasan ötvözött szerszámacélok jellemzőit.

A gyorsacélokat edzés előtt izzítani kell . A gyengén izzított acéloknál egy speciális házassági típus figyelhető meg: naftalintörés, amikor az acél normál keménysége mellett megnövekedett a ridegsége .

A kioltási hőmérséklet megfelelő megválasztása biztosítja az ötvöző adalékok maximális oldhatóságát az α-vasban , de nem vezet szemcsenövekedéshez.

Edzés után 25-30 % maradék ausztenit marad az acélban . Amellett, hogy csökkenti a szerszám keménységét , a maradék ausztenit az acél hővezető képességének csökkenéséhez vezet , ami rendkívül nem kívánatos a vágóél intenzív melegítésével járó munkakörülmények között. A maradék ausztenit mennyiségének csökkentése kétféleképpen érhető el: az acél hideg feldolgozásával vagy ismételt megeresztéssel [3] . Az acél hidegen történő feldolgozásakor -80 ... -70 ° C-ra hűtik, majd temperálják. Többszörös temperálással a "fűtés - tartás - hűtés" ciklust 2-3 alkalommal hajtják végre. Mindkét esetben jelentős csökkenés érhető el a visszatartott ausztenit mennyiségében , de ez nem küszöbölhető ki teljesen.

A gyorsacélok ötvözésének elvei

A martenzit nagy keménysége a szén α-vasban való oldódásának tulajdonítható . Ismeretes, hogy a szénacélban lévő martenzitből történő temperálás során apró karbid részecskék szabadulnak fel . Amíg a kicsapódott karbidok még a legfinomabb diszpergált szórásban vannak (vagyis a 200 °C-ig terjedő temperálás során a kicsapás első szakaszában), a keménység észrevehetően nem csökken. De ha a temperálási hőmérsékletet 200 °C fölé emeljük, a karbidcsapadék képződik, és a keménység csökken.

Annak érdekében, hogy az acél stabilan megőrizze keménységét hevítés közben, olyan elemekkel kell ötvözni , amelyek akadályozzák a karbidok koagulációs folyamatát. Ha valamilyen keményfémképző elemet olyan mennyiségben viszünk be az acélba, hogy az speciális keményfémet képez, akkor a vörös keménység hirtelen megnő. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a speciális karbid kicsapódik a martenzitből , és magasabb hőmérsékleten koagulál, mint a vaskarbid , mivel ehhez nem csak a szén , hanem az ötvözőelemek diffúziója is szükséges . A króm , volfrám , molibdén , vanádium speciális karbidjainak szinte észrevehető koagulációja 500 °C feletti hőmérsékleten megy végbe.

A vörös keménységet úgy hozzuk létre, hogy az acélt olyan mennyiségű karbidképző elemekkel (volfrám, molibdén, króm, vanádium) ötvözzük, hogy azok szinte az összes szenet speciális karbidokká kötik , és ezek a karbidok az oltás során feloldódnak . A teljes kémiai összetételben mutatkozó erős különbség ellenére a szilárd oldat összetétele minden acélban nagyon hasonló, a vöröskeménységet meghatározó W + Mo + V atomösszeg körülbelül 4% (atom), ebből ered a vörös keménység. és a különböző minőségű gyorsacélok vágási tulajdonságai közel állnak egymáshoz. A kobaltot tartalmazó gyorsacél vágási tulajdonságaiban felülmúlja a többi acélt (növeli a vörös keménységet), de a kobalt nagyon drága elem.

Gyorsacélok jelölése

A szovjet és orosz acélmárkákban a nagysebességű acélminőségek általában speciális jelölési rendszerrel rendelkeznek, és „R” betűvel kezdődnek (gyors - gyors). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ezeket az acélokat Angliában találták fel , ahol az ilyen acélt "gyorsacélnak" nevezték. A "P" betű utáni szám a benne lévő volfrám átlagos mennyiségét jelzi (a teljes tömeg százalékában a B betűt kihagyjuk). Ezután az M, F és K betűk után a molibdén-, vanádium- és kobalttartalom szerepel. A külföldi gyártású gyorsacél szerszámokat általában a HSS (High Speed ​​​​Steel), valamint a HSSE (kobalt acél) rövidítéssel jelölik.

Alkalmazás

Az elmúlt évtizedekben a gyorsacélok használata visszaszorult a keményötvözetek széles körben elterjedt használata miatt . A gyorsacélt elsősorban a végszerszámokhoz (fúrók, fúrók, kis átmérőjű marók) használják, az esztergálásban a cserélhető és keményforrasztott keményfém lapkás marók szinte teljesen felváltották a gyorsacél marókat.

A következő ajánlások léteznek a hazai minőségű gyorsacélok használatára vonatkozóan.

• A P9 acél egyszerű formájú, nagy csiszolást nem igénylő szerszámok gyártásához, általános szerkezeti anyagok feldolgozásához ajánlott. ( vágó , vágó , süllyesztő ).
• A formázott és összetett szerszámokhoz (menetek és fogak vágásához), amelyeknél a fő követelmény a nagy kopásállóság, a P18 (volfrám) acél használata javasolt.
• A kobalt gyorsacélokat (Р9К5, Р9К10) nehezen megmunkálható korrózióálló és hőálló acélokból és ötvözetekből készült alkatrészek feldolgozására használják megszakított vágás, rezgések és nem megfelelő hűtés esetén.
• A vanádium gyorsacélok (R9F5, R14F4) simítószerszámok gyártásához (profilozószerszámok, dörzsárak , borotvák) ajánlottak. Nehezen megmunkálható anyagok megmunkálására használhatók kis keresztmetszetű forgácsok vágásakor.
• A wolfram-molibdén acélokat (R9M4, R6M3) nagyolási körülmények között működő szerszámokhoz, valamint préselők, marók, borotvák, marók gyártásához használják .

Jegyzetek

1. ↑ Mezenin N.A. Érdekesség a hardverről A Wayback Machine 2010. június 11-i archív példánya . - M .: "Kohászat", 1972. - 200 p.
2. ↑ Acélok és ötvözetek osztályozója / V. G. Sorokin, A. V. Volosnikova, S. A. Vyatkin és mások. szerk. V. G. Sorokina. - M .: Mashinostroenie, 1989. - 640 p.
3. ↑ 1 2 Gulyaev A.P. Metal Science archív példánya 2010. június 11-én a Wayback Machine -nél . Tankönyv középiskoláknak. 6. kiadás, átdolgozva. és további - M .: "Kohászat", 1986. - 544 p.

Irodalom

• Építőanyagok technológiája. Szerk. A. M. Dalsky. - M .: "Mérnökség", 1958.

Linkek

• A Wikimedia Commons rendelkezik a gyorsacéllal kapcsolatos médiával
• Gyorsacélok