PL184056B1 - Stal nierdzewna, austenityczna, nasiarczona o dobrej obrabialności, zwłaszcza do obróbki przy bardzo dużych prędkościach skrawania i na automatach tokarskich - Google Patents

Abstract

1. Stal nierdzewna, austenityczna, na- siarczona, o dobrej obrabialnosci zwlaszcza do obróbki przy bardzo duzych predko- sciach skrawania i na automatach tokar- skich, zawierajaca wagowo ponizej 0 , 1% wegla, ponizej 2 ,0 % manganu, poni- zej 2,0% krzemu, od 0,10 do 0,55% siarki, od 15,0 do 25,0% chromu, od 7,0 do 12,0% niklu, ponizej 3,0% molibdenu, powyzej 0,0035% wapnia oraz powyzej 0,0070% tlenu, przy czym stosunek zawartosci wap- nia do zawartosci tlenu wynosi od 0 ,2 do 0 ,6 , znamienna tym, ze wagowo zawie- ra od 1,0 do 5,0% miedzi, a reszte stanowi zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. FIG 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal nierdzewna, austenityczna, nasiarczona, o dobrej obrabialności, zwłaszcza do obróbki przy bardzo dużych prędkościach skrawania i na automatach tokarskich.

Jako obróbkę z dużymi prędkościami skrawania austenitycznych stali nierdzewnych należy uznać, co jest zrozumiałe dla specjalisty z dziedziny wynalazku, taką obróbkę, przy której prędkość skrawania przekracza 500 m/min.

Prędkości skrawania stosowane do obróbki stali określone są, na przykład, przez próby toczenia narzędziami zawierającymi płytki z węglika powlekanego, oznaczone symbolem Vb 15/0,15, które polegają na określeniu prędkości, przy której zużycie powierzchni przyłożenia wynosi 0,15 mm po 15 minutach obróbki. Powyżej tej prędkości skrawania nie przewiduje się prowadzenia obróbki bez ryzyka, natomiast przy prędkości mniejszej możliwa jest obróbka na skalę przemysłową.

Z europejskiego opisu patentowego nr 403 332 znana jest stal austenityczna, nasiarczona o polepszonej obrabialności. Rozwiązanie według tego patentu opisuje sposób, w którym, aby polepszyć obrabialność proponuje się wprowadzenie do stali mającej na ogół następujący skład chemiczny: węgla mniej niż 0,15%, krzemu mniej niż 2%, manganu mniej niż 2%, molibdenu mniej niż 3%, niklu od 7 do 12%, chromu od 15 do 25% - pewną ilość siarki zawartą w proporcji od 0,1 do 0,4% z wapniem i tlenem o zawartościach odpowiednio wyższych od 0,0030% i 0,0070%, przy czym wapń i tlen spełniają zależność taką, że stosunek Ca/O mieści się w zakresie od 0,2 do 0,6.

W rozwiązaniu tym, założonym celem jest utworzenie z manganu, w małej proporcji z chromem, siarczku manganu i chromu (Mn, Cr)S, który powoduje, występując w postaci wtrąceń jednostkowych, stałe smarowanie narzędzia skrawającego podczas obróbki.

Stwierdzono również, że siarka ma niekorzystny wpływ na odporność stali na korozję i, że mimo to, dokonuje się wprowadzenia do stali nasiarczonej wtrąceń tlenków krzemoglinianowych wapnia, najczęściej połączonych z wtrąceniami siarczków. Taka stal austenityczna ma dobrą obrabialność w zakresie konwencjonalnych prędkości skrawania, a więc niższych od 500 m/min w czasie toczenia. Stal zawiera wtrącenia ze związków tlenków typu krzemoglinianowych, które korzystnie otaczają wtrącenia siarkowe. Te wtrącenia są większe i bardziej odkształcalne niż wtrącenia z siarki. W wyniku takiego stałego smarowania narzędzia obróbka skrawania ulega poprawie. Stal opisywana w cytowanym opisie patentowym odznacza się jednak pewną wadą. Otóż, w rzeczywistości siarka pogarsza zdecydowanie własności

184 056 stali z punktu widzenia odkształceń na zimno, powodując tym samym pęknięcia, na przykład, podczas operacji ciągnienia i przeciągania.

Celem niniejszego wynalazku jest uzyskanie stali o polepszonej obrabialności nadającej się do obróbki z bardzo dużymi prędkościami skrawania, która przy toczeniu mogłaby przekraczać nawet 700 m/min, oraz nadającej się do obróbki na automatach tokarskich z wydajnością większą o 30% od wydajności obróbki zwykłej nasiarczonej, austenitycznej stali nierdzewnej.

Zgodnie z wynalazkiem stal nierdzewna, austenityczna, nasiarczona, o dobrej obrabialności zwłaszcza do obróbki przy bardzo dużych prędkościach skrawania i na automatach tokarskich, zawierająca wagowo poniżej 0,1% węgla, poniżej 2,0% manganu, poniżej 2,0% krzemu, od 0,10 do 0,55% siarki, od 15,0 do 25,0% chromu, od 7,0 do 12,0% niklu, poniżej 3,0% molibdenu, powyżej 0,0035% wapnia oraz powyżej 0,0070% tlenu, przy czym stosunek zawartości wapnia do zawartości tlenu wynosi od 0,2 do 0,6, charakteryzuje się tym, ze wagowo zawiera od 1,0 do 5,0% miedzi, a resztę stanowi żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.

Korzystnie, zawartość miedzi wynosi od 1,2 do 3,0%, a najkorzystniej mieści się w zakresie od 1,4 do 1,8%.

Przedmiot wynalazku omówiony zostanie w nawiązaniu do załączonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres zużycia powierzchni przyłożenia narzędzia z nasiarczonych stali nierdzewnych, bez miedzi, to jest bez glinokrzemianu wapnia, i ze stali nasiarczonej według wynalazku, które to stale obrabiane są z bardzo dużymi prędkościami skrawania, a fig. 2 krzywe walcowania w odniesieniu do stali nasiarczonej bez miedzi i stali według wynalazku.

Przykładowa austenityczna stal nierdzewna według wynalazku ma skład, który wagowo zawiera 0,050% węgla, 1,50% manganu, 0,43% krzemu, 0,30% siarki, 17,04% chromu, 8,10% niklu, 1,50% miedzi, 0,0044% wapnia i 0,0118% tlenu, a resztę stanowi żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. W dalszej części opisu stal ta występuje jako stal C według wynalazku.

Przy stosowaniu stali według wynalazku, do obróbki z bardzo dużą prędkością skrawania, obrabialność stali zostaje polepszona w wyniku połączonego działania dużej ilości wtrąceń siarczków manganu i tlenków glinokrzemianów wapnia wynikającego ze stosunku wapnia i tlenu, oraz z uwagi na występowanie w jej składzie miedzi. Miedź ogranicza siłę konieczną do tworzenia wióra. Z powodu tej własności temperatura wierzchołka narzędzia jest taka sama jak jego trzonka. W tych warunkach liczne wtrącenia siarczku manganu i tlenków glinokrzemianów wapnia spełniają kompleksowo rolę smaru stałego zmniejszającego zużycia narzędzia. W stali według wynalazku, siarczki manganu są nieznacznie zastępowane chromem z powodu zawartości manganu dostosowanej do zawartości siarki, zatem ich ciągliwość, a w rezultacie skuteczność skrawania staje się ulepszona. Siarka może być także częściowo zastąpiona przez selen i/lub przez telur.

Stal nasiarczona według wynalazku, stosowana korzystnie do obróbki przy dużej prędkości skrawania, ze względu na dużą ilość wtrąceń ciągliwych o niskiej temperaturze topnienia siarki i ewentualnie jej tlenku, oraz ze względu na pewną zawartość miedzi, według wynalazku, umożliwia obróbkę z bardzo dużymi prędkościami skrawania oraz zachowanie trwałości narzędzia skrawającego.

W porównawczych próbach skrawalności przeprowadzonych przy dużej prędkości skrawania, to jest powyżej 500 m/min, zastosowano narzędzie z węglika pokrytego TiN. Porównano zmianę zużycia powierzchni przyłożenia narzędzia podczas obróbki trzech stali nasiarczonych, oznaczonych jako A, B i C. Stale A i B były stalami nasiarczonymi porównawczymi, przy czym stal A nie zawierała w swoim składzie wapnia i tlenu w żadnej określonej proporcji, zaś stal C według wynalazku w tych próbach zawierała 1,5% miedzi, 0,0044% wapnia i 0,0118% tlenu. Składy, w % wagowych, porównawczych stali A i B oraz stali C według wynalazku przedstawione zostały w tabeli 1.

184 056

Tabela 1

Stal	C	Si	Mn	Mo	Ni	Cr	S	Cu	Ca	O
A	0,048	0,42	1,50	0,29	8,05	17,03	0,30	1,5	0,0010	0,0053
B	0,051	0,38	1,49	0,29	8,03	17,05	0,30	0,5	0,0051	0,0110
C	0,050	0,43	1,50	0,31	8,10	17,04	0,30	1,5	0,0044	0,0118
D	0,049	0,45	1,48	0,28	8,02	17,11	0,39	1,5	0,0014	0,0057
E	0,052	0,39	1,51	0,30	8,07	17,03	0,30	1,5	0,0062	0,0134

Próby polegały na przeprowadzeniu obróbki toczenia bez smarowania, przy posuwie 0,25 mm/obr., głębokości przejścia 1,5 mm i prędkości skrawania 700 m/min, w trakcie których narzędzie było regularnie demontowane w celu dokonania pomiaru zużycia jego powierzchni przyłożenia. Na fig. 1 przedstawiono wykresy określające uzyskane wyniki.

Stwierdzono, że porównawcze stale A i B nie nadają się do tego typu obróbki. Po kilku minutach toczenia okazało się, że narzędzia wykonane z tych stali są zniszczone, co oznacza, że zużycie ich powierzchni przyłożenia było większe niż 0,15 mm czyli, że ich krawędź tnąca została wyłamana. Nie jest więc celowe stosowanie narzędzi z tych stali do tak wysokich prędkości skrawania. Natomiast w przypadku narzędzia wykonanego ze stali C według wynalazku stwierdzono, że narzędzie to jest jeszcze w stanie skrawać po 20 minutach toczenia. Jest to spowodowane występowaniem w składzie stali dużej ilości siarki, tlenków plastycznych o niskiej temperaturze topnienia, a także optymalnej zawartości miedzi. Podczas obróbki stali według wynalazku na automacie tokarskim, jej obrabialność polepszona jest dzięki miedzi wprowadzonej przy wytwarzaniu prętów, a następnie przez działanie wtrąceń siarczku manganu i tlenków glino-krzemianów wapnia podczas obróbki. Miedź zmniejsza podatność na umocnienie zgniotem, jak to pokazano na fig. 2, gdzie ponownie zestawiono porównawczą stal B ze stalą C według wynalazku. Ta mała podatność na umocnienie zgniotem prowadzi do otrzymania prętów ciągnionych mniej twardych, a zwłaszcza prętów mniej utwardzonych powierzchniowo. Wpływ wtrąceń ułatwia ponadto odcinanie wióra i smarowanie powierzchni styku narzędzia i metalu obrabianego.

Przy próbie wytwarzania elementów na automatach tokarskich porównano wydajność obróbki dla dwóch stali nasiarczonych D i E. Stal D była wówczas porównawczą stalą nasiarczonąnie zawierającą wapnia i tlenu w żadnej określonej proporcji, a stal E według wynalazku w tej próbie zawierała 1,5% miedzi, 0,0062% wapnia i 0,0134% tlenu.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że połączone działanie trzech składników to jest miedzi, tlenu i wapnia powoduje powstanie szczególnego efektu polegającego na polepszeniu skrawalności, nie do przewidzenia wówczas, gdy składniki te wprowadzone są do składu stali po dwa lub oddzielnie.

Składy porównawczej stali D oraz stali E według wynalazku podane są w tabeli 1.

Próba polegała na wytworzeniu z pręta ciągnionego o średnicy 5 mm elementu o długości 50 mm przez toczenie, przy głębokości przejścia od 0,5 do 1,5 mm. Tabela 2 przedstawia wyniki próby toczenia na automacie tokarskim jednowrzecionowym z krzywkami, narzędziami z węglika spiekanego i przy smarowaniu całości olejem. Wartości podane w tabeli 2 przedstawiają ilość przedmiotów obrobionych o dobrej jakości do chwili wymiany narzędzia skrawającego.

184 056

Tabela 2

Wydajność	Stal D	Stal E
1,82 szt/min	3200	8000
2,30 szt/min	1500	3200

Jak z powyższego wynika, w optymalnych warunkach skrawania dla stali porównawczej, można obrobić 2,5 razy więcej elementów ze stali według wynalazku, do chwili wymiany narzędzia, natomiast przy zwiększonej wydajności obróbki o 30%, trwałość narzędzia ze stali według wynalazku jest identyczna.

W innej próbie toczenia na automacie tokarskim takie same dwie stale D i E porównywane były podczas zwykłej operacji przecinania, polegającej na wykonaniu pręta o średnicy 4 mm z drutu maszynowego ciętego na maszynie do cięcia z pręta. Okazało się, że dla stali E według wynalazku wydajność obróbki została zwiększona o 28% w porównaniu z porównawczą stalą D, nie zawierającą wapnia i tlenu w odpowiedniej proporcji.

184 056

Zużycie powierzchni przyłożenia Vb w mm

♦
					i	k.	▲
			▲	▲
	▲	—A-				♦ Stal A StalB A StalC
II-

10 15 20

Czas w min.

FIG. 1

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Stal nierdzewna, austenityczna, nasiarczona, o dobrej obrabialności zwłaszcza do obróbki przy bardzo dużych prędkościach skrawania i na automatach tokarskich, zawierająca wagowo poniżej 0,1% węgla, poniżej 2,0% manganu, poniżej 2,0% krzemu, od 0,10 do 0,55% siarki, od 15,0 do 25,0% chromu, od 7,0 do 12,0% niklu, poniżej 3,0% molibdenu, powyżej 0,0035% wapnia oraz powyżej 0,0070% tlenu, przy czym stosunek zawartości wapnia do zawartości tlenu wynosi od 0,2 do 0,6, znamienna tym, że wagowo zawiera od 1,0 do 5,0% miedzi, a resztę stanowi żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.

2. Stal według zastrz. 1, znamienna tym, że zawartość miedzi wynosi od 1,2 do 3,0%.

3. Stal według zastrz. 2, znamienna tym, że zawartość miedzi wynosi od 1,4 do 1,8%.