Ocele pre komponenty. Úvod. Nástrojové ocele sa od kon trukãn ch lí ia v nasledovn ch. vìaka vy iemu legovaniu lep ie mechanické vlastnosti,

Transkript

1 Úvod Nástrojové ocele sa od kon trukãn ch lí ia v nasledovn ch bodoch: vìaka vy iemu legovaniu lep ie mechanické vlastnosti, napríklad medza klzu a pevnosè v Èahu a tlaku vy ia únavová pevnosè odolnosè proti opotrebovaniu odolnosè proti popú Èaniu vy ia pevnosè pri vy ích teplotách odolnosè proti korózii lep í substrát pre povrchové úpravy vìaka sekundárnej metalurgii a prípadne ìal ím peciálnym technikám (elektrotroskové pretavovanie, prá - ková metalurgia,...) väã ia izotropia vlastností NoÏe drviãa komunálneho odpadu, rozmery 43 x 43 x 20 mm. Pôvodné noïe vyrobené z akosti W-Nr s nitridovan m povrchom boli opotrebené a vymieàané 1 a viackrát t Ïdenne. NoÏe vyrobené z akosti UDDEHOLM VANADIS 10 vydrïia 20 dní. Ozubené koleso vo frézke Waldrich Siegen, priemer ca 200mm, vyroben z UDDEHOLM IMPAX SUPREME, povrch nitridovan. U kolesa z pôvodného materiálu do lo k prasknutiu, ktoré vyluãovalo ìal ie pouïitie a t m k dlhodobému v padku stroja. V priebehu posledn ch siedmych rokov pecializovan tím technikov z oceliarne UDDEHOLM TOOLING AB zozbieral rozsiahle know-how v oblasti vyuïitia nástrojov ch ocelí pre v robu komponentov z rôznych oblastí, napríklad: strojné súãiastky recyklácia odpadu telesá rezn ch nástrojov súãiastky pretekárskych peciálov (autá, motocykle) Tieto prednosti je moïné vhodne vyuïiè okrem nástrojov a foriem aj pre aplikácie, kde sa tradiãne pouïívajú kon- trukãné ocele, ale tieto z rôznych dôvodov nespæàajú po- Ïiadavky na súãiastku, dielec, ktor má byè z nej vyroben. Hnací hriadeº pretekárskeho automobilu, pôvodne vyroben z kon trukãnej ocele cementovanej kalenej na 60 HRC, dnes vyroben z akosti UDDEHOLM ORVAR SUPREME / 48 HRC má 3-6 x vy iu ÏivotnosÈ Teleso rezného nástroja vyrobené z akosti UDDEHOLM THG 2000 V prípade Vá ho záujmu Vám radi poradíme pre Va u aplikáciu vhodnú akosè, vhodnú tvrdosè a pevnosè, vhodné tepelné spracovanie a prípadne povrchové úpravy. 108

2 OdolnosÈ proti opotrebovaniu Opotrebovanie súãiastok môïe maè rôzny charakter: abrazívny, adhézny alebo zmie an. Abrazívny spôsob nastáva pôsobením tvrd ch ãastíc (napríklad pieskové zrnká, oxidy,...), ktoré zanechávajú stopu na povrchu t m, Ïe dochádza k úberu. Adhézny spôsob nastáva pri vzájomnom trení dvoch povrchov s prítlakom a pôsobením zv enej teploty dochádza k mikronávarom. Táto väzba je taká silná, Ïe dôjde k odtrhnutiu ãastíc z povrchu. OdolnosÈ proti opotrebovaniu teda závisí na tvrdosti substrátu, mnoïstve, veºkosti a tvrdosti karbidov. Povrchovú tvrdosè moïno ìalej zv iè nitridáciou, PVD-, CVD povlakovaním, karbonitridáciou a povrchov m kalením. Komponenty vystavené nadmernému opotrebovaniu: noïe pre fragmentáciu noïe noïníc kladivá kladky vodiace ãasti a pod. RELATÍVNE POROVNANIE ODOLNOSTI PROTI OPOTRE- BOVANIU UDDEHOLM VANADIS 10, 63HRC UDDEHOLM SVERKER 21, 58HRC UDDEHOLM ORVAR SUPREME, nitridovaná Nitridaãná oceº 41CrAlMo7-10, W-nr , nitridovaná UDDEHOLM IMPAX SUPREME, nitridovaná 34CrNiMo6, W-nr , zu ºachtená + nitridovaná Cementaãná oceº, cementovaná Uhlíková oceº C45, STN 12050, 200HB Cementaãná oceº, W-nr , STN 14220, 190HB PevnosÈ a húïevnatosè Ak je súãiastka plasticky deformovaná poãas pouïívania, znamená to, Ïe mechanické zaèaïenie prekroãilo medzu klzu zvoleného materiálu. PevnosÈ je definovaná ako schopnosè materiálu odolávaè tlakov m alebo Èahov m napätiam bez deformácie. HúÏevnatosÈ je schopnosè materiálu odolávaè krehkému poru eniu. RELATÍVNE POROVNANIE PEVNOSTI PevnosÈ a húïevnatosè sú v kontradiktívnom vzèahu, preto v praxi musíme hºadaè kompromisné rie enie. Ocele s vysokou mierou ãistoty truktúry (pretavovanie pod troskou) majú pri podstatne vy ej pevnosti porovnateºnú húïevnatosè, ako kon trukãné ocele. Súãiastky vyïadujúce kombináciu pevnosti a húïevnatosti: hriadele a ozubené kolesá t ne, svorníky, kolíky hydr. valce di t. krúïky UDDEHOLM HOTVAR, 58HRC UDDEHOLM UNIMAX, 56HRC UDDEHOLM ORVAR SUPREME, 48HRC UDDEHOLM THG 2000, 42HRC UDDEHOLM RAMAX HH, 36HRC Uhlíková oceº C45, STN 12050, 200HB W-Nr , STN 11500, 190HB 109

3 RELATÍVNE POROVNANIE HÚÎEVNATOSTI W-Nr , STN 11500, 190HB UDDEHOLM ORVAR SUPREME, 48HRC UDDEHOLM RAMAX HH, 36HRC UDDEHOLM HOTVAR, 58HRC UDDEHOLM THG 2000, 42HRC W-Nr , STN 12050, 200HB 34CrNiMo6, W-nr , STN 16343, 300HB UDDEHOLM MIRRAX ESR, 50HRC Únavová pevnosè Únavou materiálu rozumieme trvalú mikrodeformáciu, spôsobenú striedav mi Èahov mi a tlakov mi, alebo pulzujúcim Èahov m napätím a prejavujúcu sa vznikom trhlín.únavovú pevnosè je moïné zv iè vy ou tvrdosèou aï do 52-55HRC. Pri vy ích tvrdostiach zohrávajú v znamnej iu úlohu koncentrátory napätí, ako vnútorné defekty a vruby. OdolnosÈ proti únavov m trhlinám je moïné zv iè: pouïitím ocele s ãistej ou truktúrou, ESR alebo PM vy ou tvrdosèou vytvorením tlakov ch napätí v povrchovej vrstve, napríklad povrchov mi úpravami vhodnej ou kon trukciou, väã ie rádiusy kvalitnej ím povrchom, odstránením vrubov po opracovaní RELATÍVNE POROVNANIE ÚNAVOVEJ PEVNOSTI UDDEHOLM ORVAR SUPREME, nitridovan UDDEHOLM VANADIS 4 EXTRA, 62HRC UDDEHOLM IMPAX SUPREME, nitridovan 41CrAlMo7-10, W-Nr , nitridovan 12% Cr oceº, W-Nr Cementaãná oceº, cementovaná W-Nr , STN 12050, 200HB Niektoré príãiny únavov ch trhlín: ostré rohy kon trukãné vruby stopy po obrábaní otrepy po obrábaní neãistoty v truktúre materiálu Èahové napätia v povrchovej vrstve Vplyv kvality povrchu na odolnosè proti únave, od najvy ej po najniï iu, povrch: le ten brúsen hrubo opracovan s V- vrubom po valcovaní za tepla skorodovan povrch po elektroerozívnom hæbení 110

4 OdolnosÈ proti korózii OdolnosÈ proti korózii je schopnosè materiálu odolávaè reakcii s kyslíkom a tvoriè oxidy (Ïeleza v prípade ocele). Korózia komponentov je neïiadúca z viacer ch dôvodov: kozmetick ch - vzhºadov ch hygienick ch - v prípade styku s potravinami pevnostn ch - napadnuté miesta pôsobia ako vruby napadnuté miesta podliehajú zv enému opotrebovaniu Komponenty vystavené korozívnemu prostrediu: palivové vstrekovacie d zy diely ventilov a ãerpadiel diely v kontakte s potravinami a/alebo kvapalinami RELATÍVNE POROVNANIE ODOLNOSTI PROTI KORÓZII Austenitická nerezová oceº 18%Cr/10%Ni Austenitická nerezová oceº 18%Cr/8%Ni UDDEHOLM STAVAX ESR, 50HRC UDDEHOLM RAMAX HH, 36HRC UDDEHOLM ELMAX, 58HRC W-Nr , STN 12050, 200HB W-Nr , STN 11500, 190HB Mechanické vlastnosti pri vy ích teplotách Ak dochádza k strate tvrdosti a pevnosti materiálu komponentu vplyvom zv en ch prevádzkov ch teplôt, rie ením môïu byè vysokolegované ocele s rozvojom sekundárnej tvrdosti pri popú Èaní. Komponenty vystavené riziku popustenia: drïiaky nástrojov pre vysokor chlostné obrábanie ãasti prevodoviek pre vysokootáãkové motory ãasti pecí komponenty podliehajúce treniu RELATÍVNE POROVNANIE PEVNOSTI PRI VY ÍCH TEPLOTÁCH UDDEHOLM HOTVAR, 58HRC UDDEHOLM UNIMAX UDDEHOLM ORVAR SUPREME, 48HRC UDDEHOLM THG 2000, 42HRC W-Nr , STN 12050, 200HB W-Nr , STN 11500, 190HB Upínací prípravok v elektroerozívnom hæbiacom stroji, UDDEHOLM STAVAX ESR Prietlaãnica peletovacieho lisu pre cereálie, UDDEHOLM CALDIE 111

5 Recyklácia odpadu NoÏe pre fragmentáciu pouïit ch autobatérií boli pôvodne vyrábané z akosti W-Nr a podliehali silnej korózii, oslabeniu prierezu a v dôsledku toho sa lámali. ÎivotnosÈ tak chto noïov bola v priemere 2 dni. NoÏe vyrobené z UDDE- HOLM STAVAX ESR / 50-52HRC vydrïali v prevádzke 6 t ÏdÀov. NoÏe pre recykláciu odpadu vzniknutého pri v robe d h na báze dreva, sú vyrábané z ocele typu W- Nr a majú ÏivotnosÈ 3 t Ïdne medzi dvomi prebrúseniami. NoÏe vyrobené z UDDE- HOLM SVERKER 3 vydrïali 7 t ÏdÀov. Peletizaãné matrice pre v robu peliet z dreveného odpadu. BeÏne sa vyrábajú z cementaãn ch ocelí. Problémom b va opotrebovanie, vy tiepavanie a deformácia. ÎivotnosÈ matríc z pôvodného materiálu sa pohybuje v rozmedzí hodín. Matrica vyrobená z akosti UDDEHOLM ORVAR 2M dosiahla ÏivotnosÈ 4000 hodín. SústruÏenie na koneãn rozmer je moïné v kalenom stave. NoÏe pre recykláciu odpadu vyrobené z akosti UDDEHOLM SLEIP- NER, tepelne spracované na HRC, zv ili ÏivotnosÈ na 6 t ÏdÀov medzi dvomi prebrúseniami. Pôvodné noïe, vyrábané z akosti W-Nr / HRC mali ÏivotnosÈ v priemere 2 t Ïdne. NoÏe pre hydraulické demolaãné noïnice na rot boli pôvodne vyrábané z akostí W-Nr a / HRC a faktory, limitujúce ÏivotnosÈ noïov sú vy tiepavanie hrán, deformácia a lámanie noïov. NoÏe vyrobené z UDDEHOLM UNIMAX / HRC zv ili ÏivotnosÈ z 2 na 6 mesiacov. Komponenty motorov D zy vstrekovacieho systému v lodn ch motoroch, kde ako palivo slúïi zmes ropy a slanej vody, podliehajú veºkému opotrebovaniu a korózii. Ako substrát pre d zy sa osvedãili akosti UDDEHOLM VANADIS 4 EXTRA plus PVD povlak. Pre sedlá ventilov motorov na bezolovnat benzín je dôleïité, aby bol materiál odoln opotrebovaniu a únave a mal dobrú tepelnú vodivosè. UDDEHOLM VANADIS 23 má v bornú kombináciu odolnosti proti opotrebovaniu a únave. V prípadoch, kde je dôleïitá tepelná vodivosè je vhodnou voºbou MOLDMAX HH. Blok motora motocyklu, vyrobeného zo zliatiny ALUMEC 89 má pri rovnakej hmotnosti vy - iu pevnosè ako beïná hliníková zliatina. ALUMEC 89 sa dodáva s tvrdosèou ca 200HB, pevnosè platní do hrúbky 50mm je R m = 590 N/mm 2, medza klzu v Èahu R p0,2 = 550 N/mm 2 V motoroch pretekárskych peciálov na li uplatnenie vloïky valcov z akosti UDDEHOLM IMPAX SUPREME, ktoré lep ie odolávajú enormn m tlakom. Substrát je húïevnatej í, má vy iu odolnosè proti opotrebovaniu, ktoré je moïné zv iè indukãn m kalením. Piestny ãap vyroben z cementaãnej ocele s pochrómovan m povrchom sa zadiera voãi piestu kvôli problému s mazaním. Rie enie: piestny ãap s nízkym trením vyroben z UDDEHOLM VANC- RON 40, tepelne spracovan na 58HRC. Ojnice motocykla Andersa "Charley" Karlinga na European Champion in Drag Racing nemali dostatoãnú pevnosè na prenos plného v konu motora. Tieto poïiadavky splnil UDDEHOLM IMPAX SUPREME s pevnos- Èou 1020 N/mm

6 Komponenty strojov Prevod, ovládajúci uzáver legovacej pece v oceliarni Hagfors, vyrában pôvodne z SS 2541 / 300HB vyïadoval v menu 2x roãne, ão v ak znamenalo v luky v metalurgickom procese a t m ekonomickú stratu. Rie enie: UDDEHOLM IMPAX SUPREME s nitridovan m povrchom, tvrdosè v jadre ca 330HB, tvrdosè povrchovej vrstvy ca 750HV. Deliace noïe urãené na delenie biletov z C45 s teplotou ca 1000 C majú frekvenciu delenia 120 rezov / minútu. Pôvodné noïe boli vyrobené z W-Nr / 53HRC a mali ÏivotnosÈ 43tis rezov. NoÏe z akosti UDDEHOLM UNIMAX / 56HRC vydrïali 150tis rezov. Valec briketovacieho lisu vyroben z C45 (12050) s povrchom indukãne kalen m. ÎivotnosÈ takéhoto valca je 1000 ton do v meny. Valec vyroben z UDDE- HOLM ORVAR 2M vyrobil 3000 ton brikiet a predpokladaná ÏivotnosÈ je ton. Kladivá drviãa kôry podliehajú silnému abrazívnemu opotrebovaniu. Materiál UDDEHOLM SLEIPNER s 56HRC dosahuje v porovnaní s originálne pouïívan m materiálom DOMEX / 55HRC dvojnásobnú ÏivotnosÈ. Hriadele sú kritickou ãasèou ãerpadiel. Pôvodne vyrábané hriadele z AISI S-4140 vy- Ïadovali údrïbov zásah kaïd ch 20 dní na obnovenie rozmeru, ktor trval 16 hodín. ÎivotnosÈ hriadeºov bola 3,5 mesiaca. Hriadele vyrobené z UDDEHOLM NIMAX pracujú aj po 5 mesiacoch. Kon trukãná oceº typu SS2541 sa pouïíva na v robu razníkov strojov na údrïbu ciest. TvrdosÈ je asi 300HB. Problémom tohto materiálu je nadmerné opotrebovanie a strata priamosti. Razníky vyrobené z UD- DEHOLM ORVAR 2M, tepelne spracované na 43HRC vykazujú asi 2,5 násobne vy iu ÏivotnosÈ. âeºusè pre uchytenie ãastí prasacích tiel pri porcovaní je vyrábaná z austenitickej nerezovej ocele AISI 304. Proces je plne automatick 600 kusov / hodinu. Zmena na UDDE- HOLM CORRAX / 40HRC: Koncov uïívateº zaznamenal podstatné zv enie Ïivotnosti ãeºustí: tis kusov so 4-5 prebrúseniami. V robca komponentov ocenil bezproblémové zváranie bez predohrevu. neky drviãa na ãerstvé aj mrazené mäso do -20 C, vyrobené z Cr-Ni austenitickej ocele vykazujú dostatoãnú odolnosè proti korózii ale nedostatoãnú odolnosè proti opotrebovaniu. W-Nr / : dostatoãná odolnosè proti opotrebovaniu, nedostatoãná odolnosè proti korózii. Rie enie: UDDEHOLM CORRAX / 34HRC NoÏe, pouïívané pri v robe d h na báze dreva, vyïadujú kombináciu extrémnej odolnosti proti opotrebovaniu a stability striïnej hrany. Pôvodné noïe z r chlorezky mali ÏivotnosÈ 3 dni medzi naostreniami a 20 naostrení. UDDEHOLM VANADIS 10: 9 t ÏdÀov medzi naostreniami. 113

7 Fyzikálne a mechanické vlastnosti vybran ch materiálov AkosÈ DIEVAR IMPAX ORVAR ORVAR THG 2000 UNIMAX SUPREME SUPREME SUPREME Testovaná tvrdosè 48-50HRC HB 44-46HRC 48-50HRC 40-42HRC 54-56HRC Maximálna odporúãaná tvrdosè 53HRC v dodanom stave 54HRC 54HRC 50HRC 57HRC Hustota 7800 kg/m kg/m kg/m kg/m kg/m kg/m 3 PevnosÈ v Èahu, R m 1650 N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm 2 Medza klzu v Èahu, R p0, N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm 2 Pomerné predæïenie, A 5 13% 15% 13% 12% 12% 10% Pomerné zúïenie, Z 55% 50% 55% 50% 50%ˇ 40% Modul pruïnosti v Èahu N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm 2 Poissonovo ãíslo 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29 0,29 Modul pruïnosti v strihu N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm 2 Koef.tepel. rozèaï. ( C) 12,7 µm/m.k 12,6 µm/m.k 12,6 µm/m.k 12,6 µm/m.k 12,6 µm/m.k 11,5 µm/m.k pecifická tepelná kapacita J/kg.K 460 J/kg.K J/kg.K J/kg.K 460 J/kg.K J/kg.K Tepelná vodivosè 31 W/m.K 29 W/m.K 25 W/m.K 25 W/m.K 29 W/m.K 25 W/m.K Vybrané charakteristiky: vrubová húïevnatosè pri rôznych teplotách a medza únavy AkosÈ DIEVAR IMPAX ORVAR ORVAR THG 2000 UNIMAX SUPREME SUPREME SUPREME Testovaná tvrdosè 46HRC 320HB 44HRC 48HRC 41HRC 56HRC Vrubová húïevnatosè Charpy-V -40 C 20J 20J 18J 12J 20J 11J -20 C 23J 22J 20J 13J 23J 11J 0 C 26J 28J 22J 15J 28J 12J 20 C 30J 36J 26J 17J 35J 13J 40 C 33J 50J 30J 19J 43J 14J 60 C 39J 65J 34J 21J 53J 15J 80 C 43J 80J 38J 23J 62J 16J 100 C 48J 100J 42J 26J 78J 18J Testovaná tvrdosè 48HRC 320HB 45HRC 48HRC 41HRC 56HRC Medza únavy, σe 990 N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm N/mm 2 Vrtáky s vymeniteºn mi plátkami, materiál UDDEHOLM THG 2000, 42HRC NôÏ pre recykláciu pneumatík, UDDEHOLM UNIMAX 116