Inne własności stali narzędziowych

W poprzednich artykułach omówiono te zasadnicze własności stali narzędziowych, które wpływają głównie na trwałość narzędzia i które dość łatwo dają się pomierzyć. Prócz nich istnieje jednak jeszcze wiele własności, częściowo o mniejszym znaczeniu, wpływających czy to na koszt wytwarzania narzędzia, czy również na jego zachowanie się w eksploatacji, których nie można pominąć przy doborze stali na określone narzędzia.

Należy do nich np. obrabialność (skrawalność). W dużym stopniu jest ona funkcją twardości i dlatego stale narzędziowe obrabia się niemal z zasady w stanie wyżarzonym, zmiękczonym. Trzeba jednak stwierdzić, że możliwości wyżarzania zmiękczającego są ograniczone i większe dla stali węglowych; tym mniejsze natomiast, im więcej zawiera stal pierwiastków stopowych. Stąd stale średnio- i wysokostopowe są w stanie zmiękczonym zawsze twardsze od stali węglowych o tej samej zawartości węgla. Istnie je ponadto pewna kategoria stali — zwłaszcza stale szybkotnące i wysokowolframowe — przy których zmiękczaniu nie, należy zanadto zmniejszać twardości. Połączone to jest bowiem albo z powstawaniem pewnych odmian węglików bardzo trudno rozpuszczalnych przy grzaniu do hartowania, albo z nadmiernym rozrostem węglików w zasadzie łatwo rozpuszczalnych. I jedno i drugie powoduje, że w normalnych warunkach hartowania takie „przeżarzone” stale nie przyjmują właściwej im dużej twardości; występujące niedobory twardości mogą być tak znaczne, że uniemożliwiają w ogóle pracę narzędzia. Wreszcie na skrawalność stali ledeburytycz nych wpływają ujemnie skupienia twardych i odpornych na ścieranie węglików. Powodują one, zwłaszcza przy takich operacjach jak np. wiercenie, szybsze zużywanie się narzędzia niż przy obróbce stali równie twardej, lecz nieledeburytycznej, a więc i uboższej w węgliki, i mającej je bardziej równomiernych nie rozłożone. Tak więc, jeżeli ze względu na wymaganą dużą trwałość narzędzia konieczne jest zastosowanie do jego wyrobu stali wysokostopowej, trzeba się liczyć z większą pracochłonnością, a więc i większym kosztem jego wykonania. Nie należy natomiast wywierać na dostawcę nacisku w kierunku nadmiernego zmniejszenia twardości stali.

Stal narzędziowa wysokostopowa, głównie gatunki ledeburytyczne, cechuje jeszcze jedna nieprzyjemna właściwość, związana w dużym stopniu z wymaganą od nich wysoką odpornością na ścieranie. Stale te sprawiają duże trudności przy obróbce szlifowaniem. Wymagają one nie tylko pieczołowitego doboru tarcz ściernych, ale również łagodnych warunków szlifowania. Inaczej grozi narzędziu zepsucie czy to wskutek pęknięć szlifierskich, czy wskutek zmniejszenia twardości powierzchniowej. Nieoględne szlifowanie stali szybkotnących np. może spowodować takie niewielkie nagrzanie warstw przypowierzchniowych, że zajdzie niepożądane ich odpuszczanie, albo też tak znaczne, że zajdzie ich ponowne zahartowanie, co jest również niepożądane. Wreszcie i same tarcze ścierne zużywają się więcej niż przy szlifowaniu stali niskostopowych lub węglowych. Szlifowanie stali wysokostopowych (odnosi się to głównie do stali szybkotnących, w nieco mniejszym stopniu do wysokochromowych) jest więc kosztowniejsze i wymaga więcej czasu. I to również warto wziąć pod uwagę przy wyborze stali.

Godne uwagi są jeszcze dwie własności charakterystyczne stali do pracy na gorąco. Jedną z nich jest skłonność do powierzchniowych pęknięć pochodzenia naprężeniowo-ciepinego. Zjawisko to zwane zmęczeniem cieplnym polega na tym, że na pracującej powierzchni narzędzia powstaje siatka początkowo drobnych i płytkich pęknięć. Z biegiem czasu pęknięcia te stają się liczniejsze i rozrastają w głąb i wszerz, tworząc charakterystyczną siatkę. Siatka ta odbija się na powierzchni wykonywanych elementów pogarszając ich jakość początkowo nieznacznie, później jednak w stopniu nie dającym się tolerować. Narzędzie musi wówczas być poddane — jeżeli na to pozwalają względy wymiarowe — odnowieniu przez obróbkę mechaniczną; w przeciwnym razie idzie na złom. W skrajnych przypadkach pęknięcia powierzchniowe mogą spowodować przedwczesne złamanie się narzędzia.

Zjawisko zmęczenia cieplnego jest rezultatem cyklicznych zmian naprężeń. Mechanizm powstawania pęknięć można sobie wyobrazić następująco. Powierzchnia narzędzia ulega na przemian nagrzaniu i ochłodzeniu. Rozgrzane do wysokiej temperatury warstwy zewnętrzne rozszerzają się, lecz spoczywając na zimniejszych warstwach głębiej położonych ulegają pod ich wpływem naprężeniom ściskającym. Jeżeli naprężenia te przekraczają granicę plastyczności, obniżoną wskutek nagrzania, wówczas ulegające im powierzchniowe partie narzędzia doznają odkształcenia plastycznego w postaci spęczenia, powodującego pewne zmniejszenie naprężeń. Przy następnym obniżeniu temperatury partie te okazują się zbyt krótkie, ulegają więc naprężeniom rozciągającym.