CARACTERISTICI DE BAZĂ ALE OȚELURILOR

DE SCULE

Funcție de operațiile de prelucrare pe care sculele le execută, se deosebesc în principal urmatoarele:

formare la cald sau la rece,executată cu scule de forjare, matrițare, laminare, ambutisare, refulare, extrudare, tragere etc.;

taiere executată cu scule de ștanțare, perforare, debavurare; prelucrare la rece cu degajare de așchii sau pilitura (strunjire, rabotare, frezare, daltuire,

pilire) si respectiv ferăstraie circulare, panglică etc.; operații de măsurare si verificare.

PROPRIETAȚI DE UTILIZARE ALE OȚELURILOR

DE SCULE

Dintre proprietățile de utilizare a oțelurilor de scule,trei sunt considerate de regulă,ca deosebit de importante pentru majoritatea tipurilor de scule si anume: rezistența la uzură, tenacitatea și duritatea la temperatura de lucru.

Rezistența la uzură a oțelurilor de scule este dependentă strâns de duritate, dar în aceeași masură este determinată și de alți factori: compoziția chimică, structura, natura, finețea și distribuția constituenților structurali, îndeosebi a carburilor. Rezistența la uzură a sculei depinde și de proprietațile de rezistență ale materialului de prelucrat, marimea tensiunilor dintre scula si material, coeficient de frecare dintre scula și piesa etc.

Dupa condițiile de lucru ale sculei, se deosebesc:

1) Uzura fara incalzire, specifică sculelor destinate operațiilor de prelucrare la rece (matrițare, tăiere, verificare etc.) sau chiar operațiilor de așchiere cu viteze foarte mici. La acest tip de uzură, gradul de aliere a oțelului are o influiența minoră, prioritară fiind duritatea acestuia.

2) Uzura cu incalzire, specifică sculelor destinate operațiilor de prelucrare la cald și respectiv in operații de așchiere cu viteze mari. De regulă, comportare buna la acest tip de uzură o vor prezenta oțelurile cu stabilitate ridicată a martensitei la încșlzire. Din acest punct de vedere, oțelurile carbon si respectiv slab aliate, la care încălzirea la temperaturi de peste 200-500°C provoacă descompunerea martensitei si respectiv scăderea durității, nu sunt indicate. Oțelurile rapide, la care procesul de descompunere al martensitei este

lent, producându-se numai la temperatură ridicată, vor fi indicate confecționarii sculelor la care rezistența la uzură cu încălzire, este determinantă.

Pentru aprecierea rezistenței la uzură a unui oțel, în care convențional oțelul de scule cu rezistența la uzură cea mai scazută a fost cotat la cifra 1 iar cel cu rezistența la uzură cea mai ridicată, a fost cotat la cifra 9. Evident ca aceasta clasificare are doar caracter calitativ, de cele mai multe ori diferențele cantitative ale comportarii la uzură,fiind mult mai mari, decat ar arata raportul direct al cifrelor calitative amintite (9:1).

Tenacitatea este una din caracteristicile complexe ale oțelurilor de scule, fiind o rezultantă a duritații si respectiv ductilitații unui oțel aflat intr-o anumită stare de tratament termic. Tenacitatea unui oțel este funcție de compozitia chimică, marimea sculei, structură si chiar de starea suprafeței acesteia.

La aceeași valoare a duritații, ductilitatea a două oteluri poate varia in limite largi. Aceasta este reprezentată prin datele înscrise in fig.... în care se compară sageata la rupere ca o componentă a tenacitații pentru oțelurile de tip 105CrW20; Rp3 si Rp5, în funcție de duritatea acestora.

Un alt factor care afectează tenacitatea este temperatura de lucru a sculei.

De asemenea, tenacitatea oțelurilor de scule este funcție directă de adancimea de călire obținută la o sculă dată. Astfel, în cazul sculelor din oțel carbon sau din unele oțeluri slab aliate care realizează doar o calire superficială, se vor înregistra tenacitați ridicate, cu toate că valoarea conținutului de carbon este ridicată. Evident că în cazul acestor oțeluri, în situația în care secțiunea sculei este mică iar prin tratament termic se obține o călire pătrunsă, tenacitatea devine mult inferioară.

Duritatea la temperatura de lucru, denumită si duritate la cald, este o măsură directă a capacitații oțelului de scule analizat de a-și păstra, la temperatura de lucru, structura și proprietațile corespunzătoare unei comportări normale a sculei. De regulă, este definită prin temperatura maximă, admisă de o marcă dată, de la care apar modificări însemnate de structură, care duc la scăderea vizibilă a duritații si respectiv si a altor caracteristici, care fac inutilizabile scopului, sculele realizate.

Stabilitatea la încălzire a unei structuri martensitice este funcție de gradul de aliere al acesteia. Din acest punct de vedere oțelurile carbon de scule, au cea mai mica stabilitate, fiind notate pe scara comparativă cu cifra 1. Oțelurile aliate cu crom, siliciu, nichel sunt situate de asemenea in partea inferioară a scării, fiind notate de regula cu cifrele 2 sau 3. Oțelurile aliate si respectiv înalt aliate cu crom ocupa o poziție intermediară, nivelurile 4-6, in timp ce oțelurile aliate cu wolfram, molibden sunt notate cu 6-8, uneori chiar sub 6, funcție de modul de realizare a călirii. Oțelurile rapide au stabilitatea cea mai ridicată, ocupând pe scara comparativă a duritații la cald, pozițiile cele mai ridicate, 8 sau respectiv 9.

Pentru a avea o imagine de ansamblu asupra variației duritații oțelurilor de scule funcție de temperatura, în fig... se redă, sub formă de schemă, comportarea la încălzire sub aspectul duritații –a celor patru clase principale de oțeluri de scule. De notat că în această schemă, oțelurile carbon si slab aliate de scule sunt cuprinse in clasa 1. Oțelurile mediu și puternic aliate pentru prelucrarea la rece sunt cuprinse în clasa 2, in timp ce oțelurile mediu și înalt aliate pentru lucru la cald sunt incluse în clasa 3. Oțelurile rapide, care prezintă fenomenul de durificare secundară, au fost incluse in clasa 4.

Schimbarea alurei curbei de variație a duritații funcție de temperatura, este urmarea firească a prezenței elementelor de aliere, care fie prin formarea unor carburi speciale , încetinirea proccesului de precipitare a acestora sau prin influiențarea transformării austenitei reziduale, fac ca funcție de elementele de aliere prezente si nivelul acestora, sa avem o trecere de la curba caracteristică unui oțel carbon la cea specifică oțelurilor rapide. Din acest punct de vedere, eficiența elementelor de aliere in ordine descrescătoare a influienței asupra durificării secundare, întarzierea procesului de înmuiere la revenire se prezintă astfel: vanadiu, crom, molibden, wolfram, siliciu, nichel si mangan (practic ultimele două elemente au o influiență nesemnificativă). Trebuie menționat că efectul elementelor de aliere este funcție de conținutul de carbon si gradul de aliere al austenitei, efectul fiind diminuat in prezența unor carburi în exces (la formarea carburilor aliate, pentru fiecare 0,5% crom, respectiv 8% molibden in Mo2C si 15,3% in W 2C). Graficele din fig ... redau influiența unor adaosuri de vanadiu, molibden, volfram, crom, asupra stabilității durității la cald si a unor oțeluri cu 0,5% carbon.

Alături de aceste trei proprietați principale de utilizare a oțelurilor de scule (rezistența la uzură, tenacitatea si duritatea la cald), analizate anterior, la unele scule mai pot interveni adâncimea de pătrundere a călirii, granulația si duritatea.

Adancimea de pătrundere a călirii, ca o marime ce caracterizeaza repartizarea duritații în corpul sculei, este o caracteristică ce se ia în considerare în strânsă legătură cu geometria și condițiile de exploatare a sculelor. Pentru analize comparative cu caracter global a oțelurilor de scule, vom folosi inițialele: S (superficial) pentru oțelurile cu adancime mică de patrundere a călirii, M (mediu) pentru oțelurile cu adâncime medie si respectiv Ad (adânc) pentru cele cu adâncime mare de pătrundere a călirii.

Granulația este o caracteristică importantă a oțelului de scule, influiențând comportarea la tratament termic, precum și nivelul unor caracteristici de exploatare a oțelului cum sunt: rezistența la încovoiere, tenacitatea, rezistența la deformații plastice mici. De regulă oțelurile carbon de scule si unele slab aliate cu vanadiu sunt caracterizate din punct de vedere al granulației pe baza punctajului rezultat din analiza suprafeței de rupere a unor epruvete Ǿ 10... 30 X 100mm, conform etaloanelor din STAS 7930-67. Oțelurile mediu si înalt aliate de scule sunt caracterizate din punct de vedere a granulației pe baza punctajelor din scara etalon cuprinsă în STAS 5490-80.

Granulația oțelului de scule este funcție directă de condițiile de elaborare si turnare practicate precum si de compoziția oțelului.

Duritatea este o caracteristică ce trebuie analizată pentru fiecare tip de oțel si tip de sculă în parte, funcție de destinația, condițiile de lucru, precum si forma si dimensiunile sculei. Pentru analizele comparative vor fi folosite valorile duritații HRC obținute după practicarea tratamentului termic complet (călire și revenire) caracteristic unei stări de utilizare a oțelului de scule.

PROPRIETAȚI TEHNOLOGICE ALE OȚELURILOR DE SCULE

A doua etapă importantă în alegerea unui oțel de scule o constituie analiza proprietaților sale tehnologice care trebuie sa dea imaginea completă a condițiilor și posibilitaților tehnice si economice ale realizării sculei propuse. Dintre proprietațile tehnologice ale oțelurilor de scule, în analiza pentru alegerea unei mărci necesare realizării unei scule date, se rețin îndeosebi urmatoarele:

Capacitatea de prelucrare prin așchiere, încadrată pentru comparație într-o scară cu 9 punctaje (punctaj 1 pentru oțelurile cu cea mai mică capacitate de prelucrare și respectiv 9 pentru oțelurile ușor prelucrabile prin așchiere);

Sensibilitatea la decarburare, definită prin litera R (sensibilitate redusă), M (sensibilitate medie) si respectiv P (sensibilitate puternică);

Sensibilitate la deformare la călire, definită in tabelul general de analiză comparativă a oțelurilor cu aceleasi litere R, M si P, avand aceeași semnificație ca mai înainte;

Temperatura de călire, definită prin intervalul temperaturilor necesare pentru călire, în °C;

Mediul de călire necesar care poate fi a (apă); u (ulei); A (aer) sau Bi (baie izoterma de săruri). Alături de acestea, mai pot interveni:

1) Capacitatea de șlefuire, îndeosebi la fabricarea cochilelor pentru turnat sub presiune. Aceasta caracteristică a oțelului este funcție de condițiile de elaborare, structura sa microscopică (oțelurile călite cu austenită reziduală ce se poate transforma în timpul șlefuirii, martensita instabilă, sau oțelurile călite și incomplet revenite sunt cele mai sensibile la apariția fisurilor) precum și de condițiile în care se efectuează șlefuirea.

2) Sensibilitatea la apariția fisurilor, caracteristică care poate fi influiențată printr-o proiectare corespunzătoare a sculei și o practică de călire adecvată, este definită pentru comparația oțelurilor cu litere R, M, P, cu semnificația precizată anterior.

3) Rezistenta la anumite medii corosive, caracteristică ce este functie de compoziția chimică a oțelului, îndeosebi de conținuturile de crom, nichel, molibden, precum și într-o anumită masură de modul în care a fost efectuat tratamentul termic.