Ако някога сте стояли в машинен цех и гледали как перфоратор разбива метални заготовки на части с ослепителна скорост или сте виждали матрица да смила парче стомана, без дори да се изпоти, вероятно сте се чудили: какво пречи на тези инструменти да се напукат или износят по време на работа? Отговорът почти винаги е свързан с едно ключово свойство на стоманата, от която са направени: издръжливост. Като доставчик на инструментална стомана, който всеки ден разговаря с машинисти, производители на форми и екипи по поддръжката, мога да ви кажа, че това не е някакъв абстрактен металургичен термин – това е факторът „изработване или повреда“, който превръща евтиния скрап от стомана в инструмент, който издържа месеци, дори години.
Първо, нека бъдем реални: здравината на инструменталната стомана не е същата като здравината, която бихте използвали, за да опишете здрав диван или здрава бисквитка. От инженерна гледна точка това е способността на материала да абсорбира енергия, преди да се счупи, нали? По-конкретно, това е комбинация от две други свойства, които хората смесват през цялото време: здравина и устойчивост на удар. Помислете за това по следния начин: стоманата може да е супер здрава (трудна за огъване или изкривяване), но крехка, като изсъхнала клонка, която щраква, ако я изпуснете. Това не е инструментална стомана – инструменталната стомана трябва да се огъне само малко под натиск, да поеме този шок и да не се напука или да се отчупи, когато нещата се объркат (като неправилно подадена част в преса или внезапно скок на натоварване в мелница).
За да разберем защо това има значение, нека разбием компромисите. Инструменталната стомана трябва да е достатъчно твърда, за да реже или оформя други метали, нали? Но колкото по-трудно е, толкова по-податливо е на кракване – прост химичен факт. Например, високовъглеродните стомани стават твърди, когато ги охладите (охладете ги супер бързо след нагряване), но това бързо охлаждане създава вътрешно напрежение. Добавете внезапен удар и това напрежение се превръща в пукнатина, която се разпространява по-бързо, отколкото можете да натиснете бутона за аварийно спиране на машината. Издръжливостта е това, което балансира това: позволява на стоманата да се справи с този стрес, без да се счупи.
Сега не всяка инструментална стомана е създадена еднаква, що се отнася до издръжливостта. Класът, който избирате, зависи от това каква работа върши и съм виждал твърде много екипи да посягат към грешната стомана и в крайна сметка да имат счупени инструменти и загубено време за производство. Нека да разгледаме няколко често срещани оценки, с които се сблъсквам всеки ден, и как тяхната издръжливост отговаря на случаите на употреба в реалния свят.
Първо, високоскоростни инструментални стомани (HSS) – това са работните коне за режещи инструменти, свредла и челни фрези, които се въртят с хиляди обороти в минута. Ако имате нужда от стомана, която остава твърда, дори когато е гореща (от целия този режещ метал чрез триене), HSS е там, където е. Две от моите най-търсени оценки за HSS саT1 Високоскоростна инструментална стоманаиM35 Високоскоростна инструментална стомана. T1 е класически HSS с "общо предназначение" - има солидна издръжливост, така че се справя със средни удари без напукване, което го прави идеален за обща обработка на стомана, алуминий и дори някои закалени сплави. Това не е абсолютно най-здравият HSS, но е надежден за 90% от задачите за рязане, които моите клиенти му възлагат. След това има M35 – този има допълнителен добавен кобалт, така че запазва твърдостта си дори при по-високи температури, а здравината му е стъпка по-висока от T1. Това прави M35 идеален за по-трудни задачи при рязане, като обработка на неръждаема стомана или високотемпературни сплави, където топлината и ударите са много по-високи. Имал съм клиенти, които преминават от T1 към M35 за своите челни фрези и счупването на режещия инструмент с почти 30% – това не е малка печалба, когато престоят ви струва хиляди на час.
След това имаме инструментални стомани за студена работа, които се използват за матрици, щанци и инструменти за заготовки, които работят при стайна температура (без допълнителна топлина от рязане тук). Тези стомани са известни със своята устойчивост на износване, но якостта варира много между класовете.D2 прът от инструментална стоманае голямото име тук - има тонове хром, така че е безумно устойчив на износване, което означава, че може да щампова хиляди части, без да се износва. Но тук е уловката: D2 е по-крехък от някои други степени. Нуждае се от внимателна топлинна обработка (бавно, равномерно охлаждане), за да запази здравината си, защото ако бързате с охлаждането, може да се спука по средата на удара. Винаги казвам на клиентите, използващи D2 за тежки заготовки, да се уверят, че техният термообработващ механизъм няма да пропусне закаляването, стъпалото закаляване загрява отново стоманата след охлаждане, за да премахне вътрешното напрежение, което повишава якостта, без да губи твърде много твърдост. След това имаA2 Инструментална стоманена лента, което е нещо средно между D2 и нещо по-меко. A2 има по-малко хром от D2, така че не е толкова устойчив на износване, но здравината му е много по-добра. Това го прави идеален за работни места, при които получавате известно въздействиеиизносване, като матрици за формоване за по-дебела ламарина. Имах клиент, който използваше D2 за матрица за формоване, която продължаваше да се напуква поради неравномерна дебелина на частта - превключих на A2 и матрицата издържа 2 пъти по-дълго с нулеви пукнатини. Без майтап.
След това имаме инструментални стомани за гореща работа, които се справят с обратния проблем: екстремна топлина от работа с разтопен метал или горещо коване. Най-популярният тук еH13 пластина от инструментална стомана-това е основното средство за матрици за коване, инструменти за екструдиране и формовъчни вложки за леене под налягане на пластмаса. H13 е свързан с издръжливостта при висока температура - когато натискате нажежена стоманена заготовка във форма, инструментът трябва не само да се справи с този огромен удар, но и да устои на омекване от топлината. Виждал съм матрици H13 да издържат десетки хиляди цикли на коване, дори когато се охлаждат с вода между ударите. Издръжливостта тук е комбинация от съдържанието на сплав (хром, молибден, ванадий) и подходяща термична обработка, но ключът е, че не става крехка, когато е гореща, както другите стомани. Ето защо H13 е стандартът за всяка работа, където топлината и ударът вървят ръка за ръка.
Сега нека да разберем какво всъщност придава на инструменталната стомана нейната издръжливост, защото това не е магия - това е химия и микроструктура. Ако вземете полирано парче инструментална стомана и го погледнете под микроскоп, ще видите малки метални зърна плюс твърди частици, наречени карбиди (направени от метал и въглерод), разпръснати навсякъде. Размерът и формата на тези зърна и начина, по който са подредени карбидите, правят цялата разлика за здравината. По-малките зърна означават повече граници на зърната – тези граници поглъщат енергия, така че ако започне пукнатина, тя трябва да отскача наоколо, вместо да се разпространява направо. Ето защо финозърнестите стомани са по-здрави от едрозърнестите, при равни други условия. Карбиди: ако са твърде големи и остри, действат като малки прорези, от които могат да започнат пукнатини. Но ако са малки, кръгли и равномерно разпределени, те повишават устойчивостта на износване, без да убиват здравината. Добавете легиращи елементи като молибден, ванадий или никел и ще получите стомана, която е не само твърда, но и има правилния баланс на здравина и устойчивост на удар, за да се справи с напрежението в реалния свят.
Не мога да ви кажа колко пъти клиент ми се е обаждал паникьосан, защото инструментът им се е счупил, а когато се заровим в него, или са избрали грешния клас (твърде крехък за работата), или топлинната им обработка е объркала здравината. Например, имах производител на форми, който използваше евтина челна мелница HSS за обработка на твърда алуминиева сплав - те избраха най-евтиния клас, който можеха да намерят, който беше с ниско съдържание на сплав, така че беше твърд, но супер крехък. Челната фреза се счупи по средата на голяма работа, което им коства една седмица престой. Смених ги с М35, обясних му по-високата якост и сега не са се счупвали шест месеца. Това е проблемът, който издръжливостта решава.
Друго нещо, за което хората не говорят достатъчно: здравината не е свързана само със самата стомана, а как използвате инструмента. Стомана с голяма издръжливост все още може да се счупи, ако я движите твърде бързо, претоварите машината или не я смажете правилно, за да намалите триенето. Смазването намалява топлината и напрежението върху инструмента, което намалява вероятността от напукване. Също така, правилното проектиране на инструмента (като например да не правите щанца твърде тънко или остро) е много важно - дори здравата стомана не може да се справи с лошо проектирана част.
Така че, когато избирате инструментална стомана за следващата си работа, не гледайте само твърдостта или цената. Запитайте се: какъв е товарът? Колко въздействие ще има инструментът? Дали ще е топло или студено? Тук идва силата. Ако имате нужда от стомана за тежко рязане при високи температури, H13 или M35 са вашите момчета. Ако имате нужда от студена работа, D2 за силно износване с внимателна термична обработка, A2 за баланс на износване и удар. Ако не сте сигурни, обадете ми се. Независимо дали имате нужда от малък прът за прототип или масивна плоча за производство, мога да ви помогна да изберете правилния клас, за да получите необходимата якост без излишни разходи.
Ако искате да научите повече за класовете, които предлагаме, или да обсъдите вашите специфични нужди от инструменти, не се колебайте да се свържете и да се свържете за консултация за закупуване.
Референции
- ASTM International. (2020 г.). Стандартен метод за изпитване на якост на счупване при равнинна деформация на метални материали (E399-20). West Conshohocken, PA: ASTM.
- Budinski, KG (2016). Инженерни материали: свойства и избор (11-то издание). Pearson Education.
- Дейвис, JR (ред.). (2000). Инструментална стомана. ASM International.
- Thelning, KE (1983). Стомана и нейната топлинна обработка (2-ро издание). Бътъруърт-Хайнеман.
- Ashby, MF, & Jones, DRH (2012). Инженерни материали 1: Въведение в свойствата, приложенията и дизайна (4-то издание). Бътъруърт-Хайнеман.
