Czym jest stal jako stop żelaza?

Jednym z ważniejszych pierwiastków na naszej planecie jest żelazo. Jest symbolem czegoś trwałego, mocnego, twardego. O silnych osobowościach mówi się, że ma ktoś żelazne serce, żelazny charakter. Gdy dyskusja nabiera niepewności, potrzeba jest żelaznych argumentów lub żelaznych dowodów. Nawet w organizmie człowieka żelazo odgrywa nieocenioną rolę, jest głównym składnikiem hemoglobiny. Ponad 2500 lat temu Grecy zalecali, by w przypadku niedokrwistości wbijać żelazne gwoździe w kwaśne jabłka i po kilku godzinach po ich wyjęciu zjadać owoc.

Temperatura topnienia tego pierwiastka wynosi 1539 stopni Celsjusza, natomiast wrzenia 3000. Żelazo jest czwartym w kolejności najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na świecie. Zazwyczaj jest spotykane w rudach w postaci tlenków. Początkowo pozyskiwano żelazo ze znalezionych meteorytów - stąd też pochodzi jego nazwa, której używa się do dziś. W językach sumeryjskim i staroegipskim „żelazo” oznaczało „metal z niebios”.

W obróbce CNC żelazo jest rozumiane nieco inaczej, choć cechy jego twardości i trwałości są dobrze znane każdemu technologowi.

Jak rozumiemy pojęcie stopów żelaza?

Stopy żelaza to tworzywa metaliczne, które pochodzą ze stopienia węgla w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu, roztworu stałego w sieci krystalicznej ferrytu lub austenitu albo jako węglik żelaza, np. Fe3C, zwanego cementytem. Stopy żelaza i węgla o zawartości węgla poniżej 2% określane są jako stale, a stopy powyżej 2% węgla nazywane są żeliwami. Żeliwa posiadają umiarkowaną wytrzymałość na rozciąganie, natomiast stal jest ciągliwa. W celu zwiększenia wytrzymałości stali stosuje się często obróbkę cieplną (hartowanie, ulepszanie cieplne) co wpływa na zmniejszenie zdatności materiału do obróbki plastycznej.

Jakie mamy rodzaje stali?

Głównym kryterium podziału stali jest zawartość pierwiastków stopowych, składnik struktury lub właściwość mechaniczna. Jeśli chodzi o skład chemiczny stopów, wyróżniamy:

• stale niestopowe – niektóre z nich są przeznaczone do obróbki cieplnej,
• stale niskostopowe (zawartość każdego z pierwiastków stopowych mniejsza niż 5%) – ich główną cechą jest zwiększona hartowność, żarowytrzymałość i odporność na odpuszczanie,
• stale wysokostopowe (zawartość jednego z pierwiastków stopowych większa niż 5%) – występowanie zwiększonej ilości pierwiastków stopowych ma na celu osiągnięcie specjalnych właściwości.

Jeśli chodzi o właściwości stali – tak ważne dla użytkownika – stale można dzielić według kryterium dziedzin zastosowania. Ten podział występuje bardzo często w środowisku obróbki skrawaniem. Stosując go wyróżniamy:

• stale automatowe – najczęściej stosowana do produkcji małych części, śrubek, podkładek, dostarczana w formie prętów ciągnionych lub łuszczonych i używana do automatów tokarskich, jej obróbka charakteryzuje się tworzeniem krótkich i łamliwych wiórów, mniejszym zużyciem narzędzi, mniejszą skłonnością do tworzenia narostów na ostrzach i przede wszystkim wysoką jakością obrabianych powierzchni,
• stale do nawęglania – wyroby wykonane z takiej stali po nawęgleniu zachowują dużą ciągliwość rdzenia i twardość powierzchni, w jej obróbce należy kierować się dużymi prędkościami skrawania w celu zmniejszenia narostów na ostrzu (szczególnie w narzędziach z węglika spiekanego) i zmniejszeniu posuwów, najczęściej wykorzystywana w produkcji kół zębatych, wałów i przekładni,
• stale do ulepszania cieplnego – stale przeznaczone do ulepszania cieplnego stosowanego najczęściej po obróbce zgrubnej a przed obróbką wykańczającą, ich skrawalność zależy od zawartości węgla w stopie, ich obróbka charakteryzuje się niewielkimi prędkościami skrawania i małym zużyciem narzędzi,
• stale do azotowania – głównymi dodatkami stopowymi, są Al, Cr, Mo, które tworzą twarde azotki, a ich kombinacja zapewnia gradientowy wzrost twardości ku powierzchni, dzięki czemu stale te zachowują wysoką odporność na naprężenia stykowe; ze względu na wysoką twardość powierzchni obróbkę materiału wykonuje się przed azotowaniem,
• stale narzędziowe – stale odpowiednie do wyrobu narzędzi, obróbki lub przetwarzania materiałów, przenoszenia oraz pomiaru przedmiotów obrabianych, charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie oraz stałością kształtu i wymiarów wykonanego elementu, cechy te osiąga się przez wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi,
• stale nierdzewne – grupa stali o specjalnych właściwościach fizykochemicznych, odpornych na korozję ze strony np. czynników atmosferycznych (korozja gazowa), rozcieńczonych kwasów, roztworów alkalicznych (korozja w cieczach), nierdzewność uzyskuje się poprzez wprowadzenie do stali odpowiednich dodatków stopowych,
• stale kwasoodporne –  stale odporne na działanie kwasów o mniejszej mocy od kwasu siarkowego, kwasoodporność uzyskuje się dzięki stabilizacji austenitu w normalnych warunkach, co można uzyskać dzięki wysokim zawartościom chromu (17–20%) i niklu (8-14%), oraz innych dodatków stopowych, takich jak mangan, tytan, molibden i miedź; stosowane są po polerowaniu.

Jakie są czynniki skrawalności stali

Skrawalność stali jest wynikową zastosowanej technologii obróbki skrawaniem, materiału narzędzia i parametrów skrawania. Dodatkowo dochodzi czynnik związany z właściwościami mechanicznymi, strukturą i składem chemicznych, tj. zawartością pierwiastków stopowych. Są one świadomie dodawane, aby wpłynąć na właściwości mechaniczne i termiczne. Wśród pierwiastków stopowych wyróżnić można:

• chrom – poprawiający hartowność stali i tym samym skrawalność przez zmianę struktury i wytrzymałości,
• nikiel – wpływający na wytrzymałość stali, natomiast prowadzący także do pogorszenia skrawalności,
• krzem – tworzący twarde wtrącenia tlenków krzemu powodując zwiększone zużycie narzędzi,
• fosfor – wpływający na powstawanie krótkich wiórów, przy zawartości powyżej 0,1% fosfor wywiera także korzystny wpływ na skrawalność, przy większej zawartości uzyskuje się lepszą jakość powierzchni, ale ze zwiększonym zużyciem narzędzi,
• siarka – wpływająca na łamliwość wiórów i tworzenie zadziorów podczas skrawania,
• mangan – poprawiający hartowność i zwiększający wytrzymałość stali,
• ołów – przy skrawaniu między narzędziem a materiałem tworzy się ochronna warstwa ołowiu, co zmniejsza zużycie narzędzi i jednostkowe siły skrawania, wpływa na powstawanie krótkich
  wiórów.
  
  
  

Stal jako istotny materiał do obróbki

Stal jest materiałem wymagającym bardzo złożonej strategii obróbki i łączenia poszczególnych czynników w odpowiedni dobór narzędzi i parametrów skrawania. Istnieje jednak wiele rozwiązań pozwalających na wykorzystanie stali w produkcji seryjnej. Każdą z technologii skrawania stali trzeba rozpatrywać indywidualne w zależności od stopu i dobierać tak strategię obróbki by minimalizować ryzyko występowania niezgodności. Z pewnością wiedza z zakresu metalurgii i rozumienie procesu pod kątem cech charakterystycznych materiału służy ku temu w pełni.

Kilka słów o nas

W RADMOT oferujemy zarówno usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych – mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe i montaż.

Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Mamy duże doświadczenie. Usługi CNC świadczymy od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza, jest na Twoje usługi.