Wpływ składu chemicznego na skrawalność stali

Wpływ składu chemicznego na skrawalność stali:

Węgiel ma dwojakie działanie : gdy % C wzrasta polepszają się własności wytrzymałościowe, co powoduje pogorszenie trwałości ostrza i skrawania, z drugiej strony wzrasta również kruchość i niweluje wpływ miękkiego i ciągliwego ferrytu, co powoduje polepszenie takich wskaźników jak gładkość powierzchni i nawet trwałość ostrza. Dalsze zwiększenie % C powoduje pogorszenie skrawalności ze względu na wzrost ilości perlitu (twardość stali wzrasta). Najlepszą skrawalność posiadają stale zawierające około 0,2 % C.

Mangan zwiększając % Mn zwiększamy własności wytrzymałościowe i kruchość stali. W stalach automatowych określa podstawowe reakcje metalurgiczne. Mn wiąże w stali siarkę do siarczku manganu i uniemożliwia powstawanie siarczku żelaza, powodującego kruchość na gorąco. Optymalna zawartość Mn w stali winna wynosić 0,7 – 1,2 %.

Siarka polepsza skrawalność zmniejszając plastyczność, poprawia gładkość powierzchni. W stalach automatowych jest całkowicie związana z manganem i występuje w postaci wtrąceń niemetalicznych. Siarczki manganu zmniejszają wytrzymałość w strefie płynięcia i obniżają temperaturę skrawania, zwiększają łamliwość wióra, ograniczają tworzenie się narostu.

Krzem do 1 % może wpływać dodatnio na skrawalność polepszając plastyczność, jest pierwiastkiem zdecydowanie niekorzystnym, bowiem tworzy w stali twarde wtrącenia krzemianowe, które znacznie obniżają trwałość ostrza.

Aluminium niekorzystnie wpływa ze względu na tlenki aluminium lub złożone krzemiany z tlenkami aluminium, które z uwagi na dużą twardość przyspieszają zużycie narzędzi.

Fosfor i azot w połączeniu z obróbką na zimno zwiększają kruchość ferrytu, przy czym azot działa tu silniej. Fosfor zmniejsza nieznacznie trwałość narzędzia, poprawiając jednak jakość powierzchni obrabianego elementu. Ponieważ fosfor znacznie utwardza stal i zwiększa jej kruchość na zimno, ilość jego ogranicza się do zawartości 0,050 – 0,070 %. Zwiększona zawartość azotu powoduje wzrost trwałości narzędzi oraz polepsza jakość obrabianej powierzchni.

Ołów polepsza skrawalność poprzez przerwanie ciągłości ferrytu (równomierne rozmieszczenie w ferrycie) równocześnie tworzy czynnik smarujący, w stalach automatowych występuje w postaci miękkich końców na wtrąceniach siarczków manganu. W temperaturach skrawania ulegają one wydłużeniu przy względnie regularnym rdzeniu siarczkowym, co ułatwia proces tworzenia wióra i jego fragmentację w płaszczyznach ścinania. Wióry skręcają się ściślej i łatwiej łamią, zbliżając się do idealnej postaci wiórów.

Bizmut Jego działanie jest podobnie jak ołowiu i telluru, również obniża opory skrawania, przez co zwiększa trwałość ostrza. Poprawia jakość powierzchni.

Wapń poprawia zdecydowanie skrawalność stali. Oddziałuje na wtrącenia tlenku aluminium lub krzemiany, obniża ich twardość. W czasie skrawania z dużymi prędkościami wtrącenia modyfikowane. wapniem stopniowo miękną tworząc warstewkę opóźniającą ścieranie oraz współuczestniczą w procesie tworzenia wióra jako zarodki nieciągłości.

Tytan, niob, wanad tworzą w stalach drobnodyspersyjne węgliki lub węgliko – azotki znacznie podwyższające wytrzymałość stali a tym samym pogarszające skrawalność. W, Mo, Ni, Cr, Co, wywołują znaczny wzrost własności mechanicznych materiału (wytrzymałości, twardości), wyraźnie i silnie pogarszają skrawalność.

Wpływ składników strukturalnych na skrawalność stali:

Ferryt składnik bardzo miękki (HB = 70 – 90), dobrze skrawalnym z uwagi na okresową prędkość skrawania i źle skrawalnym ze względu na gładkość powierzchni, (tworzenie na ostrzu narostów silnie zwiększających chropowatość powierzchni).

Cementyt składnik twardy, (HB = 800), kruchy wpływa niekorzystnie na skrawalność. Wyjątek stale niskowęglowe do około 0,25 % C w których niewielka ilość cementytu w postaci perlitu polepsza skrawalność utrudniając zgrzewanie wióra z narzędziem i zwiększając gładkość powierzchni.

Perlit drobnopłytkowy ma większą twardość, co decyduje o jego gorszej skrawalności, grubopłytkowy sprzyja powstawaniu mikrowykruszeń krawędzi skrawającej przez co w ocenie skrawalności według chropowatości powierzchni stal posiadająca strukturę drobnego perlitu ma lepszą skrawalność.

Martenzyt w stalach średnio i wysokowęglowych ma bardzo wysoką twardość (HB = 650 – 700) i nie jest praktycznie skrawalny. Przy mniejszych zawartościach węgla i niższych twardościach jest skrawalny przy użyciu narzędzi z ceramiki tlenkowo – węglikowej i azotkowej.

Bainit źle skrawalny ze względu na wysoką twardość (HB = 330 – 400).

Sorbit – twardość HB = 240 – 620. Skrawalność stali o tych strukturach zależnie od twardości, zmienia się w szerokim przedziale.

Austenit zła skrawalność ze względu na niską przewodność cieplną i dużą podatność na umocnienie. W wyniku umocnienia wywołanego odkształceniami plastycznymi twardość austenitu wzrasta ponad dwukrotnie. Np. stale Hadfielda po przesycaniu mają twardość około 250 HB natomiast w miejscu styku narzędzia z obrabianą powierzchnią warstwa osiąga twardość 550 – 650 HB.