Nástrojová oceľ

Nástrojová oceľ je oceľ určená na výrobu náradia a obrábacích nástrojov. Rôzne druhy nástrojových ocelí sú optimalizované okrem iného na odolnosť proti opotrebeniu.

Rozdelenie podľa použitia

Rozdelenie a terminológiu nástrojových ocelí upravuje norma STN EN 10020. Ocele sa rozdeľujú do skupín:

1. A – ocele na rezné nástroje
2. B – ocele na nástroje na strihanie
3. C – ocele na nástroje na tvárnenie
4. D – ocele na formy
   1. pre tlakové liatie kovov
   2. pre lisovanie kovových a nekovových práškov
   3. pre spracovanie plastických hmôt
   4. pre tvárnenie gumy
   5. na sklo, porcelán a keramický materiál
5. E – ocele na nástroje na drvenie a mletie
6. F – ocele na ručné nástroje a náradie
7. G – ocele na meradlá
8. H – ocele na upínacie náradie

Ocele na rezné nástroje

Oceľový rezný nástroj

Základnou požiadavkou je zachovanie vysokej tvrdosti rezného klina pri teplote obrábania, reznosti a odolnosti proti opotrebovaniu. Na rezné nástroje sa používajú ocele v zakalenom a popustenom stave. Nelegované, nízkolegované a strednelegované ocele na rezné nástroje sú zvyčajne nadeutektoidné s veľkou časťou jemných karbidov. Vysokolegované ocele na rezné nástroje sú ledeburitické. Vysokolegované rýchlorezné ocele si zachovávajú tvrdosť rezného klina až do cca 600 °C.

Nelegované ocele

Nelegované ocele na rezné nástroje obsahujú 0,5 až 1,3 % uhlíka, najčastejšie však 1 až 1,2 %. Tvrdosť po zakalení závisí od obsahu uhlíka, pohybuje sa okolo 56 až 64 HRC. Nelegované ocele majú malú prekaliteľnosť (pri hrúbke nástroja 10 – 80 mm sa prekalia iba do hĺbky 2 – 5 mm). Je to výhodné pri malých nástrojoch, ktoré si zachovajú dostatočnú húževnatosť aj po kalení, na podporu tohoto efektu sa obsah sprievodných prvkov (mangán, kremík, chróm) udržiava na nižšej úrovni ako pri konštrukčných oceliach. Pri týchto oceliach prudko klesá ich tvrdosť za tepla s rastúcou teplotou, preto sa používajú hlavne na nástroje na obrábanie dreva, iba obmedzene na nástroje na obrábanie kovov (hlavne pre nízke rezné rýchlosti).

Legované ocele

Nízko- a strednelegované ocele obsahujú 0,6 až 1,3 % uhlíka. Legované sú najmä prísadami karbidotvorných prvkov (mangán, chróm, vanád, volfrám, molybdén) a kremíkom. Uvedené prísady zvyšujú prekaliteľnosť (15 - 100 mm), takže je možné kalenie do oleja, čo znižuje napätia a deformácie, najmä tvarovo zložitých nástrojov. Prísady tiež brzdia pokles tvrdosti za tepla.

Vysokolegované chrómové ocele majú obsah uhlíka pod 1 % a možno ich do priemeru 100 mm kaliť aj prúdom vzduchu pri vyšších kaliacich teplotách. Vysokolegované chrómové ocele s obsahom chrómu 12 %, uhlíka 1,5 až 2 % a prísadami (vanád, wolfrám, molybdén) majú ledeburitickú štruktúru s charakteristickou sieťovinou, ktorú treba rozrušiť tvárnením za tepla. Ich prekaliteľnosť je ešte vyššia – 150 až 200 mm pri kalení z teplôt nad 1000 °C. Legované nástrojové ocele sa používajú najmä na obrábanie a rezanie neželezných a nekovových materiálov.

Rýchlorezné ocele

Rýchlorezné ocele obsahujú 0,8 až 1,3 % uhlíka a 15 až 30 % prísadových prvkov (chróm, vanád, wolfrám, molybdén, kobalt). Od chemického zloženia výrazne závisí výkonnosť týchto ocelí. Štruktúra týchto ocelí po stuhnutí je eutektická, preto ju treba rozrušiť tvárnením za tepla. Tieto ocele majú nízku tepelnú vodivosť, na čo treba brať ohľad pri ich tepelnom spracovaní, aby sa nástroje vplyvom napätí nedeformovali. Rovnako je potrebné pri ohreve chrániť ich povrch od oduhličenia. Kaliace teploty týchto ocelí sú vyššie (1210 až 1280 °C) pretože je potrebné rozpustenie karbidov. životnosť nástrojov z rýchlorezných ocelí sa ďalej predlžuje nitridovaním, alebo sulfonitridovaním. Nástroje sa používajú na obrábanie rozličných kovových materiálov.

Výkonnejšie materiály na rezné nástroje už nie sú na báze ocelí, ale sú to zliatiny kobaltu, spekané karbidy, spekané nitridy a diamant.

Ocele na nástroje na strihanie

Tieto ocele sú vystavené abrazívnemu opotrebeniu na rezných hranách a bokoch nástrojov, ktoré sa trú o materiál, a únavovému opotrebeniu na ich čelách ktoré na materiál opakovane dopadávajú.

Ocele na prácu za studena

Tepelným spracovaním a zložením sú blízke oceliam na rezné nástroje. Nelegované a nízkolegované sa používajú na nože pre príležitostné strihanie materiálov s malou hrúbkou (do 6 mm), alebo na strihadlá pre tenké výstrižky (priemer 10 až 20 mm). Chrómované ocele s približne 5 % Cr sa používajú na strihanie materiálov strednej hrúbky, alebo strihanie tenkých plechov z tvrdých materiálov. Ledeburitická chrómová oceľ sa používa na nástroje na strihanie materiálov s vysokou pevnosťou (800 až 1400 MPa) malej hrúbky. Volfrámové ocele sa používajú na strihanie pevných materiálov väčších hrúbok.

Ocele na prácu za tepla

Tieto ocele majú nižší podiel uhlíka, mnohé sa používajú aj na nástroje na tvárnenie za tepla. Niklovo-chrómové ocele sa používajú na strižnice pre ostrihávanie výkovkov, alebo výliskov za tepla. Na nože nožníc sa používajú volfrámové ocele.

Ocele na nástroje na tvárnenie

Ocele na prácu za studena

Aj keď pracujú za studena, pri veľkých rýchlostiach tvárnenia sa môžu ohriať na 300 až 400 °C. Požaduje sa od nich vysoká pevnosť, odolnosť proti opotrebeniu a húževnatosť. Z podeutektoidných nelegovaných ocelí sa vyrábajú veľké nástroje na ťahanie, z nadeutektoridných malé jednoduché nástroje na ťahanie, pretláčanie a razenie. Nízkolegované a strednelegované mangánové a chrómové ocele sa používajú na ohýbacie, zakružovacie a ťahacie nástroje pre materiály s malou hrúbkou, alebo jednoduché veľké nástroje na ťahanie. Chrómové ocele s obsahom 5 % Cr a vysokým obsahom uhlíka sa používajú na razidlá, prieťažnice, prietlačnice a nástroje na tvárnenie závitov. Chrómové ocele s obsahom 12 % Cr sa používajú na malé a súmerné nástroje. Niklovo - chrómové ocele sa používajú na najviac namáhané a nesúmerné nástroje, ocele s vyššou pevnosťou na pretláčanie neželezných kovov.

Ocele na prácu za tepla

Popri podobných požiadavkách ako u vyššie uvedených oceliach na prácu za studena sa navyše požaduje odolnosť proti oxidácii pri vyšších teplotách, proti tepelnej únave a proti popúšťacej krehkosti. Ak je nástroj vystavený tepelným nárazom, nemal by mať tvrdosť vyššiu ako 50 HRC. Menšie plytké zápustky sa zhotovujú z nelegovaných podeutektoidných ocelí. Chrómové ocele s obsahom 2 % Cr sa používajú na malé a stredné zápustky. Chrómové ocele s obsahom 5 % Cr a stredným obsahom uhlíka sa používajú na nástroje, ktoré je možné počas práce ochladzovať vodou. Niklovo – chrómové ocele s vyššou pevnosťou na zápustky pre buchary. Najvýkonnejšie sú vysokolegované volfrámové ocele, ktoré sa používajú na kovacie lisy pre tvárnenie vysokolegovaných ocelí a zliatin neželezných kovov.

Ocele na formy

Tieto ocele musia odolávať abrazívnemu opotrebeniu a tepelnej únave. Formy na tlakové liatie musia mať zvýšenú žiaruvzdornosť, a odolnosť proti korózii roztavenými kovmi. Formy na lisovanie plastov musia mať zvýšenú odolnosť proti korózii a musia sa dať dobre leštiť. Nelegované ocele majú 0,1 až 1 % uhlíka. Formy na lisovanie plastov a gumy sa cementujú, kalia a popúšťajú na tvrdosť 58 až 60 HRC. Malé a jednoduché formy sa vyrábajú z nadeutektoidných ocelí. Formy na tvárnenie práškových materiálov sa vyrábajú z nízkolegovaných mangánových ocelí. Nízkolegované chrómové ocele sa používajú na malé a stredné formy pre plasty, gumy, stavebné zeminy a šamot. Strednelegované na veľké formy. Vysokolegované ocele s 5 až 10 % chrómu sú vhodné na namáhané časti foriem pre plasty a gumy, na malé formy pre plasty s abrazívnymi plnivami, sklo, porcelán, keramické materiály, alebo na formy pre tlakové liatie zliatin zinku a hliníka. Antikorózne ocele s 12 % Cr sa používajú na tlakové liatie kovových zliatin do teploty 750 °C. Vysokolegované volfrámové ocele sú vhodné na časti foriem pre tlakové liatie medi.

Ocele na ručné náradie

Požiadavky na tieto ocele sa líšia od typu náradia, ale celkovo sú nižšie ako na strojové obrábanie. Preto sa uplatňujú uhlíkové nástrojové aj konštrukčné ocele. Optimalizujú sa na pevnosť a oteruvzdornosť. Podeutektoidné nelegované ocele sa používajú na kamenárske, kováčske, montážne, zámočnícke a murárske náradie. Vyrábajú sa z nich napríklad: kliešte, vidlicové kľúče, gola kľúče, cvikačky atď. Nadeutektoidné ocele sú vhodné na vrtáky, výstružníky, jamkovače, rycie a nitovacie náradie, pilníky a pod. Nízkolegované mangánové a kremíkové ocele sa používajú na závitorezné nástroje. Nízkolegované chrómové ocele sú vhodné na pilníky, vrtáky, sekáče, skrutkovače a kľúče. Volfrámové ocele sa používajú na škrabáky a rydlá.

Ocele na meradlá

Oceľové meradlo

Požiadavkou na ocele na meradlá je odolnosť proti opotrebovaniu a stálosť rozmerov. Preto sa používajú ocele, ktoré majú po zakalení v štruktúre malý podiel zvyškového austenitu. Rozpadom zvyškového austenitu pri popúšťaní by sa zmenšovali rozmery meradla, pretože má väčší špecifický objem. Kvôli jeho zníženiu sa používa dodatočné zmrazenie nástroja na teploty -50 až -80 °C. Na odstránenie zvyškových napätí sa používa žíhanie na stabilizáciu rozmerov. Niektoré meradlá sa cementujú, chrómujú, alebo fosfátujú.

Ocele na upínané nástroje

Optimalizujú sa na tvrdosť a oteruvzdornosť. Patria medzi vysokolegované ocele. Zaraďujú sa medzi ne tiež rýchlorezné ocele.

Vyrábajú sa z nich

• Vrtáky
• Sústružnícke nože
• Výstružníky
• Frézy
• Obrážacie nože

Rozdelenie podľa legovania

Nelegované

Obsah uhlíka je od 0,35 do 1,4 %. Po dobrom tepelnom opracovaní bývajú tvrdé, s dobrými reznými vlastnosťami a húževnatým jadrom.

Legované pre prácu za studena

Chróm-vanád pre ručné náradie, chróm-vanád-kremík pre strižníky alebo chróm-wolfrám pre stopkové frézky.

Legované pre prácu za tepla

Externé odkazy

• Materiály foriem na spracovanie plastov.

Zdroje

• MACEK, Karel; ZUNA, Petr; ZILVAR, Václav. Náuka o materiáli 3 pre 4. ročník SPŠ strojníckych. Bratislava : Alfa, 1989.