SZYBKOTNĄCEJ SW3S2 NA SP ADEK TWARDOŚCI POD WPL YWEM TEMPERA TURY

Transkrypt

1 11/42 Solidification of Metais and Alloys, Year 2000, Volume 2, Book No 42 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 42 PAN-Katowice, PL ISSN BADANIE ODPORNOŚCI NISKOSTOPOWEJ STALI SZYBKOTNĄCEJ SW3S2 NA SP ADEK TWARDOŚCI POD WPL YWEM TEMPERA TURY JanJAWORSKI Politechnika Rzeszowska Katedra Technologii Maszyn I Organizacji Produkcji ul.w.pola 2, Rzeszów SUMMARY In the paper the measurement of yield point cr 0,2 for two grades of high speed steel has been done and it has been proven that intense decrease of cr 0,2 for the SW3S2 steel begins at the temperature of 150 K less than for the SW7M steel. WSTĘP Występujący na świecie deficyt wolframu (W), molibdenu (Mo), kobaltu (Co) i wanadu (V) powoduje, że zapewnienie kompleksu takich ważnych właściwości materiałów narzędziowych, jak twardość, wytrzymałość, odpuszczalność, przewodność cieplna i śc ieralność staje się co raz trudniejsze. Trudności te będą narastać wraz ze wzrostem prędkości skrawania, która to tendencja utrzymuje się w budowie maszyn i która stawia coraz ostrzejsze wymagania tym właściwościom. W tej sytuacji oszczędne gospodarowanie tymi pierwiastkami stopowymi jest ważnym zadaniem. Jednym ze sposobów rozwiązania tego zadania jest dalszy rozwój oszczędnościowyc h stali szybkotnących i stosowanie nowoczesnych obróbek powierzchniowych. Narzędzia skrawające ze stali szybkotnących wciąż stanowią -50% w ogólnej ilo ści narzędzi [1]. Dlatego obniżenie zawartości wymienionych dodatków stopowych w tej klasie materiałów mogło by dać najbardziej odczuwalny efekt. Stale szybkotnące stosowane od blisko stu lat początkowo wyłącznie na narzędzia skrawające z dużymi prędkościami skrawania mają obecnie znacznie szersze zastosowanie. Stosuje się je na elementy

2 106 konstrukcyjne, na narzędzia dla obróbki plastycznej oraz na formy do produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych. CEL l ZAKRES BADAŃ Jedną z ważniejszych charakterystyk stali szybkotnącej pokazującej jak stal zachowuje swoją twardość pod wpływem temperatury jest odpuszczalność. Badanie odpuszczalności polega na określeniu twardości próbek, uprzednio obrobionych cieplnie po wygrzaniu w temperaturze 893K przez okres czterech godzin. Polska norma nie przewiduje próby odpuszczalności. Wedłu g normy GOST stale szybkotnące powinny mieć twardość powyżej 58HRC po, odpuszczaniu w temperaturze 893K przez 4h. Wiadomo, że pomiar twardości w temperaturze otoczenia po wcześniejszym nagrzaniu w temperaturze 893K jest odbiciem tylko tych zmian w strukturze stali, które są spowodowane przemianami nieodwracalnymi /rozpad martenzytu i koagulacja węglików l [2]. W tym przypadku nie uwzględnia się przemian odwracalnych, które przy niewysokich temperaturach nie mają większego znaczenia. Jeżeli jednak, temperatura pracy narzędzia jest bliska granicy odpuszczalności danego gatunku stali to przemiany odwracalne zwiększają skłonność stali do deformacji plastycznej i wpływają na stabilność krawędzi skrawającej narzędzia [2,3]. Wiadomo, że kobaltowe stale szy bkotnące pozwalają zwiększyć trwałość ostrza narzędzia przy obróbce stali austenitycznych od dwóch do czterech razy [2,4], chociaż ich odpuszczalność w porównaniu ze stalą SW 18 jest niewiele większa. Ich zaletą jest zwiększona odporność na spadek twardości zarówno w zakresie przemian odwracalnych jak i nieodwracalnych [2,4]co jest szczególnie ważne przy obróbce materiałów trudnoobrabialnych, gdzie w strefie skrawania powstają wysokie temperatury i wysokie lokalne naprężenia [3]. Przedstawione w pracy [5] badania rozkładu pól temperatur w ostrzu skrawającym n oża z ni skostopowej stali szybkotnącej/ NSS l SW3S2 przy toczeniu stali 60 pokazały, że chociaż charakter rozkładu pól i ich wysokość są takie same jak w ostrzu noża ze stali SW7M., to trwałość ostrz noża ze stali SW3S2 jest prawie ośmiokrotnie niższa niż noża ze stali SW7M. Otrzymane wyniki wskazują, że przyczyny tak dużej różnicy trwałości ostrza n oża ze stali SW3S2 nal eży upatrywać w procesach zmian zachodzących w ostrzu pod wpływem temperatury skrawania. Dlatego celem pracy było: Badanie odporności stali SW3S2 na spadek twardości pod wpływem temperatury.

3 107 Jedną z najbardziej znanych metod pomiaru twardości w podwyższonej temperaturze /gorącej twardości/ jest pomiar według metody Vickersa, na specjalnie do tego celu zmodernizowanym aparacie posiadającym komorę próżniową. Pomiaru przekątnej dokonuje się po wyciągnięciu próbki z komory i ochłodzeniu [6]. Dla oceny gorącej twardości można również wykorzystać sposób pośredni. Z literatury[?] wiadomo, że w zależności od temperatury umowna granica plastyczności 0 02 zmienia się tak samo, jak twardość. Z rys.l na przykładzie stali ASP23 widać wyraźnie, że kształt krzywych w obu przypadkach jest jednakowy. Znając 0 02 w danej temperaturze, można sądzić co dzieje się z twardością w tej temperaturze. Zaletą tej metody jest również to, że istnieją standardowe urządzenia do pomiaru wytrzymałości w podwyższonych temperaturach eliminujące możliwość popełnienia błędów subiektywnych, które są przyczyną znacznych różnic w wartościach gorącej twardości podawanej przez różnych autorów [2,8]. N/mrrf HV Rys. l Zależność granicy plastyczności 0 02 i twardości HV5 stali szybkotnącej ASP23 od temperatury[?] METODYKA BADAŃ Granicę plastyczności 0 02 dla stali SW3S2 i SW7M mierzono na stanowisku Instron 1115 umożliwiającym pomiar w zakresie temperatur 293K K przy obciążeniu do l OOkN. Granicę plastyczności mierzono na specjalnie wykonanych do tego celu próbkach wstępnie obrobionych cieplnie. Próbki ze stali SW3S2 były hartowane z temperatury 1473K i 3x odpuszczane w temperaturze 823K, a próbki

4 108 ze stali SW7M. hartowano z temperatury 1230K i2x odpuszczano w temperaturze 873K. Badania cr 02 przeprowadzono w temperaturze :473K, 573K, 673K, 723K, 773K, 823K, 873K, 923K. W każdej temperaturze zerwano trzy próbki, a ao2 wyznaczono jako wartość średnią. Wyniki badań przedstawiono na rys2. ~2 (N'rrnf) ~r ~----~----~ ; -.- -, , ' '... Df iD SW? M o, ---0 SW3S2 an~~--~--~~--~--~~--~--~~~~ m m Rys.2 Zależność granicy plastyczności cr 02 od temperatury dla stali SW3S2 i SW7M. ANALIZA WYNIKÓW Analizując wyniki pomiarów przedstawione na rys2 można wyróżnić trzy charakterystyczne obszary spadku cr 02.

5 109 Obszar pierwszy - nieznacznego spadku a 0 r50n/mm 2 na każde l OOK.Obszar ten dla stali SW7M rozciąga się do temperatury 773K, a dla stali SW3S2 odpowiednio do 673K. Obszar drugi - w którym a 02 dla stali SW7M. spada o -350N/mm 2 nalook i obszar ten rozciąga się do 873K dla stali SW7M, natomiast dla stali SW3S2 w obszarze tym spadek a 02 jest bardziej intensywny -550N/mm 2 i ma miejsce w zakresie temperatur K. Obszar trzeci - bardzo intensywnego spadku a 02 powyżej 630N/mm 2 na50k dla obu stali. Uzyskane wyniki są porównywalne z wynikami pomiaru gorącej twardości stali szybkotnących prezentowanymi w literaturze [6]. Granice obszarów nieznacznego spadku twardości i intensywnego spadku twardości odpowiadają granicom intensywnego i nieznacznego spadku a 02, a z prac wielu autorów [6, 8] wynika również, że narzędzia ze stali szybkotnącejsw7m. mogą jeszcze pracować gdy temperatura w strefie skrawania wynosi K. Jak pokazały przeprowadzone badania stal SW7M w tym zakresie temperatur zachowuje jeszcze dostateczną twardość. Dla stali SW3S2 ten zakres temperatur wynosi odpowiednio K. Przeprowadzone badania pozwalają objaśnić różnicę w trwałości ostrza dla obu gatunków stali szybkotnącej przy tych parametrach skrawania dla których zbudowano pola temperatur. Wysoka trwałość ostrza noża ze stali SW7M nie wymaga uzasadnienia ponieważ temperatura w ostrzu jest o wiele niższa od tej, przy której rozpoczyna się spadek twardości materiału narzędziowego. W tych warunkach pracy głównym czynnikiem wpływającym na trwałość ostrza jest odporność na ścieranie stali SW7M.Natomiast przy toczeniu nożem ze stali SW3S temperatura w pobliżu krawędzi skrawającej ostrza osiąga już wartość przy której rozpoczyna się proces spadku twardości, czyli narzędzie pracuje już w warunkach dynamicznej rekrystalizacji. Jego zużycie będzie uwarunkowane postępującą utratą twardości i związaną z nią deformacją plastyczną [ 4]. Badania potwierdzają, że nie wskazane jest wykonywanie ze stali SW3S2 narzędzi, których temperatura pracy przekroczyła by K. Nie jest też możliwym aby NSS SW3S2 mogła być zamiennikiem stali SW7M. WNIOSKI Przeprowadzone badania pokazują, że dla NSS SW3S2 intensywny spadek twardości rozpoczyna się już przy temperaturze 723K,i ta temperatura jest o -!SOK niższa niż dla stali SW7M. Badania potwierdzają również, że przyczyną niższej trwałości ostrza noża ze stali SW3S2 jest rozpoczynający się proces postępującej utraty twardości i związana z nim deformacja plastyczna krawędzi skrawającej. Dla stali SW7M proces ten rozpoczyna się przy temperaturze o -100 wyższej. Z przeprowadzonych badaó wynika, że wykonane narzędzia ze stali SW3S2 mogą być efektywnie stosowane tylko przy temperaturze pracy niższej od 723K.

6 110 LITERATURA l. Wysiecki M. Nowoczesne materiały narzędziowe. Warszawa, WNT, Geller J.A. Instrumentalnyje stali.metałurgija Moskwa Akulincev E.W.,Sutyrin G.W.,ŁobickiW. G. Gotjacaja twiordost napławnogo instrumenta-metałłowedenije i termiceskaja obrabotka m e tałłow Nr ŁempickaM, Profelskal Odporność na odpuszczanie stali szybkotnących. Zeszyty naukowe los Kraków 1977 zeszyt Jaworski J. Rozkład temperatury w ostrzu skrawającym narzędzia z niskostopowej stali szybkotnącej SW3S2. Mechanika' 98 Rzeszów W estbrokl.h.animproyed mierohardness tesster for high temperature use ASTM Bulletin Helman P.Stora Kopparberg. Stale szybkotnące ASP Własno śc i i możliwości zastosowania. Warszawa GulajevA.P. Instrumenta1nyje stali Sprawocnik Masgiz Moskwa 1961