Szerszám acél: Fokozat, Tulajdonságok és alkalmazások

A szerszámacél a modern gyártás középpontjában áll, ahol a pontosság és a tartósság kívánatos és megkövetelt.

Ez egy speciális acélfajta, amelyet úgy terveztek, hogy ellenálljon a gyártási és ipari folyamatok szigorának.

Kivételes keménységéről ismert, kopásállóság, és erő, A szerszámacél kulcsfontosságú a különböző iparágakban, az autóipartól és a repülőgépipartól az elektronikáig és a fogyasztási cikkekig.

Ez a cikk a szerszámacél típusaival foglalkozik, tulajdonságok, és alkalmazások, betekintést nyújt annak jelentőségébe és az igényeinek megfelelő osztályzat kiválasztásakor figyelembe veendő tényezőkbe.

1. Mi az a szerszámacél?

A szerszámacél a szén- és ötvözött acélok speciális kategóriája, kifejezetten szerszámok gyártására tervezték. Íme, mi teszi egyedivé:

• Szén a szerszámacél gerince, hozzájárulva keménységéhez és szilárdságához. Jellemzően, szerszámacélok között tartalmaz 0.7% -hoz 1.5% szén.
• Ötvöző elemek mint a króm, volfrám, molibdén, és vanádiumot adnak a specifikus tulajdonságok javítására:

• • Króm fokozza a keménységet, kopásállóság, és korrózióállóság. Például, az olyan acélok, mint a D2, legfeljebb 12% króm.
  • Volfrám és molibdén növeli a szilárdságot és a hőállóságot, döntő fontosságú a nagy sebességű és forró munkákhoz. M2 acél, egy közönséges gyorsacél, körül van 6% volfrám.
  • Vanádium kemény karbidokat képez, kopásállóság javítása. AISI A11, például, tartalmaz 1.5% vanádium.

A szerszámacél története a 19. század végére nyúlik vissza, amikor a tartósabb szerszámok iránti igény a gyorsacélok kifejlesztéséhez vezetett..

Idővel, a szerszámacél evolúciója során számos minőséget vezettek be, mindegyik speciális alkalmazásra van szabva:

• W1, W2 (Vízedző acélok): Egyszerű, alacsony költségű lehetőségek az alapvető szerszámokhoz, gyakran tartalmaznak 0.90-1.40% szén.
• A2, D2, O1 (Hidegen megmunkált acélok): Olyan alkalmazásokhoz tervezték, ahol a szerszám nem melegszik fel, A2-vel, amely nagy kopásállóságot kínál annak köszönhetően 5% krómtartalom.
• H13, H19 (Melegmunka acélok): Ezek akár 1200 °F hőmérsékletet is képesek ellenállni, H13 tartalmú 5% króm és 1.5% molibdén.

2. Szerszámacél fajták

A szerszámacél sokoldalú acélkategória, mindegyik típus egyedi ipari igények kielégítésére készült, ötvözőelemek és hőkezelések egyedi kombinációjával.

Itt található a különböző típusok részletes feltárása:

Összehasonlító táblázat: Szerszámacél típusok

Beír	Kulcsfontosságú jellemzők	Alkalmazások
W-típus (Vízkeményedés)	Költséghatékony, nagy keménységű	Kéziszerszámok, famegmunkáló szerszámok
Hideg munka (O, A, D)	Magas kopásállóság, méretstabilitás	Bélyegzés meghal, vágószerszámok, vágó kések
S-típusú (Ütésálló)	Magas szívósság, ütköző ellenállás	Vésők, légkalapács bitek, ütéseket
H-típusú (Forró munka)	Termikus fáradtságállóság, nagy szilárdság	Présöntő formák, melegkovácsoló szerszámok
HSS (M, T)	Hőállóság, nagy vágási sebesség	Fúrók, végmalmok, precíziós vágószerszámok
Különleges cél	Konkrét feladatokra szabva	Műanyag formák, niche ipari szerszámok

3. A szerszámacél tulajdonságai

A szerszámacél tulajdonságai miatt nélkülözhetetlen a gyártás és a szerszámgyártás világában. Íme egy alapos áttekintés a legfontosabb tulajdonságokról:

Keménység és szívósság:

• • Keménység: A szerszámacél keménysége a benyomódásnak ellenálló képessége, vakarózás, vagy deformáció. Ez a tulajdonság kritikus fontosságú azoknál a szerszámoknál, amelyeknek éles vágóélt kell fenntartaniuk vagy ellenállniuk a kopásnak. Például:

• • • D2 acél Rockwell C keménységet érhet el 57-62, így ideális a nagy kopásállóságot igénylő alkalmazásokhoz.

• • Szívósság: Bár a keménység elengedhetetlen, A szívósság biztosítja, hogy az acél repedés nélkül képes elnyelni az energiát. A keménység és a szívósság közötti egyensúly kulcsfontosságú:

• • • A2 acél jó egyensúlyt kínál, keménységgel 55-59 HRC temperálás után, de a D2-hez képest nagyobb szívóssággal, így alkalmas olyan szerszámokhoz, amelyek ütési terhelésnek vannak kitéve.

Kopásállóság:

• • Ez a tulajdonság létfontosságú azoknál a szerszámoknál, amelyek kopásnak vannak kitéve, mint a vágószerszámok, elhuny, és ütéseket.
    Kemény karbidok jelenléte, olyan elemek alkotják, mint a króm, vanádium, és volfrám, jelentősen növeli a kopásállóságot:

• • • Gyorsacélok mint az M2, -vel 6% volfrám és 5% molibdén, tartós használat után is megtarthatják élüket, mivel a hőkezelés során kemény karbidok képződnek.

Hőállóság:

• • Magas hőmérsékletű környezetben működő szerszámokhoz, a hőállóság kulcsfontosságú a lágyulás vagy torzulás megelőzése érdekében:

• • • Melegmunkaszerszám-acélok mint a H13 karbantartani 90% keménységük 1100°F-on, présöntésre alkalmassá téve őket, kovácsolás, és extrudálás, ahol a szerszám magas hőmérséklettel találkozik.

Megmunkálhatóság:

• • Egyes szerszámacélokat viszonylag könnyű megmunkálásra terveztek, csökkenti a szerszámkopást az alakítási folyamatok során:

• • • O1 acél jó megmunkálhatóságáról ismert, megkönnyítve a keményedés előtti összetett formákká formálást.

Dimenziós stabilitás:

• • A precíziós szerszámokhoz olyan anyagokra van szükség, amelyek megőrzik alakjukat feszültség vagy hőmérsékletváltozás hatására:

• • • A2 acél kiváló méretstabilitással rendelkezik, biztosítva, hogy az olyan eszközök, mint a műszerek és mérőműszerek idővel megőrizzék pontosságukat.

További tulajdonságok:

• Korrózióállóság: Néhány szerszámacél, különösen a magasabb krómtartalmúak, mint például a rozsdamentes szerszámacélok, rozsdával és korrózióval szemben ellenálló,
  ami döntő fontosságú a nedves vagy korrozív környezetben használt szerszámok esetében.
• Hővezető képesség: Ez a tulajdonság befolyásolja a hőátadást a szerszámon keresztül, befolyásolja a hűtési sebességet és a hőtágulást:

• • H13 acél viszonylag magas hővezető képességgel rendelkezik, amely elősegíti a hő elvezetését a forró munkák során.

• Fáradtság ellenállás: A ciklikus terhelésnek kitett szerszámok előnye a nagy fáradtságállóságú acél:

• • S7 acél jeleskedik ebből a szempontból, alkalmassá téve ismétlődő ütésnek kitett szerszámokhoz.

• Rugalmassági modulus: Ez az acél merevségét méri, jelzi, hogy terhelés hatására mennyire deformálódik:

• • Gyorsacélok általában nagyobb rugalmassági modulusúak, lehetővé téve számukra, hogy megőrizzék alakjukat vágóerők hatására.

Kiegyensúlyozó tulajdonságok:

• Kompromisszumok: E tulajdonságok közötti optimális egyensúly elérése gyakran kihívást jelent. Például:

• • A keménység növelése általában csökkenti a keménységet, ridegebbé téve az acélt.
  • A kopásállóság növelése veszélyeztetheti a megmunkálhatóságot.

• Hőkezelés: A szerszámacél tulajdonságai a hőkezeléssel jelentősen megváltoztathatók:

• • Eloltás növeli a keménységet, de törékennyé teheti az acélt, ha nem követi a temperálás.
  • Edzés csökkenti a ridegséget azáltal, hogy lehetővé teszi, hogy a martenzit egy része keményebb mikrostruktúrákká alakuljon, de bizonyos keménység árán.

• Ötvöző elemek: Speciális elemek, például króm hozzáadása, volfrám, molibdén, és a vanádium szabja az acél tulajdonságait:

• • Króm fokozza az edzhetőséget, kopásállóság, és korrózióállóság.
  • Vanádium kemény karbidokat képez, kopásállóság javítása.
  • Volfrám és molibdén növeli a szilárdságot és a hőállóságot.

Összefoglaló táblázat: A szerszámacél legfontosabb tulajdonságai

Ingatlan	Leírás	Kulcs fokozatok
Keménység	Nyomás alatti deformációval szembeni ellenállás	D2, O1, H13
Szívósság	Képesség repedés nélkül ellenállni az ütéseknek	S7, A2
Kopásállóság	Hosszú élettartam koptató körülmények között	D2, M2
Hőállóság	Magas hőmérsékleten is megőrzi tulajdonságait	H13, H21
Megmunkálhatóság	Könnyű vágás és formázás	O1, A2
Dimenziós stabilitás	Minimális torzulás használat vagy hőkezelés során	A2, H13
Korrózióállóság	Oxidációval és rozsdával szembeni ellenállás	A2, D2
Ütköző ellenállás	Ellenáll az erős mechanikai ütéseknek	S1, S7
Hővezető képesség	Hatékony hőelvezetés működés közben	H-sorozat
Fáradtság ellenállás	Teljesítmény ismételt stresszciklusok alatt	O-sorozat, S-sorozat

4. Szerszámacél hőkezelése

A hőkezelés kritikus folyamat a szerszámacélgyártásban, az acél mikroszerkezetének átalakítása a kívánt mechanikai tulajdonságok kialakítása érdekében.

Itt van egy részletes áttekintés a hőkezelési folyamatokról:

A hőkezelés jelentősége:

• • A hőkezelés növeli a szerszámacél keménységét, szívósság, és kopásállóság, ezeknek a tulajdonságoknak a konkrét alkalmazásokhoz igazítása.
    Például, egy fúrófejnek nagy keménységre van szüksége a hatékony vágáshoz, míg a kalapácsnak szívósságra van szüksége ahhoz, hogy ellenálljon az ütéseknek.

Alapvető hőkezelési eljárások:

• • Eloltás: Ez magában foglalja az acél felmelegítését a kritikus átalakulási pontja feletti hőmérsékletre, ezt követi a gyors hűtés oltóközegben, például vízben, olaj, vagy levegőt.
    A gyors hűtés megköti a szenet egy kemény, rideg martenzit szerkezet. Például, Az O1 acél keménysége elérése érdekében olajban hűthető 60-64 HRC.
  • Edzés: Kioltás után, az acél törékeny. A temperálás az acél újramelegítését jelenti alacsonyabb hőmérsékletre, jellemzően 300°F és 600°F között van, a ridegség csökkentése, miközben a keménység egy része megmarad.
    Edzés 400°F-on A2 acélhoz, például, keménységet eredményezhet 55-59 HRC javított szívóssággal.
  • Case Hardening: Ez a folyamat hozzáteszi a kemény, kopásálló külső réteg, miközben a mag kemény marad.
    Karburizálással történik, nitriding, vagy ciánozás, ahol a szén- vagy nitrogénatomok a felszíni rétegbe diffundálnak. Az M2-es acél felületi keménysége több mint 70 HRC ezzel a módszerrel.
  • Kriogén kezelés: A hagyományos hőkezeléseken túl, a kriogén kezelés magában foglalja az acél nagyon alacsony hőmérsékletre történő hűtését (gyakran -300°F alatt)
    a keménység és a kopásállóság további fokozására a visszatartott ausztenit csökkentésével, lágyabb fázis az acélban.

A hőkezelés hatásai:

• • Keménység: A hőkezelés jelentősen növeli az acél keménységét, így képes megőrizni az éles élt vagy ellenállni a benyomódásnak.
    Például, A D2 acél Rockwell C keménységét érheti el 57-62 megfelelő hőkezelés után.
  • Szívósság: Miközben a keménység nő, a szívósság veszélybe kerülhet, ha nincs megfelelően kiegyensúlyozva.
    A temperálás itt döntő fontosságú, mivel csökkenti a ridegséget azáltal, hogy lehetővé teszi, hogy a martenzit egy része keményebb mikrostruktúrákká alakuljon át, mint például a temperált martenzit.
  • Kopásállóság: Kemény karbidok képződése a hőkezelés során, különösen a gyorsacéloknál, nagymértékben javítja a kopásállóságot,
    lehetővé teszi a szerszámok számára anyagok vágását vagy formázását hosszabb ideig.
  • Dimenziós stabilitás: A megfelelő hőkezelés biztosítja, hogy a szerszámok megőrizzék alakjukat feszültség vagy hőmérsékletváltozás hatására,
    ami létfontosságú az olyan precíziós szerszámokhoz, mint a műszerek és mérőműszerek.

Kulcsfontosságú megfontolások:

• Hőkezelési légkör: A hőkezelés során fellépő légkör befolyásolhatja az acél tulajdonságait.
  Például, a nitrogénben gazdag atmoszféra nitridálással növelheti a felület keménységét.
• Oltóközeg: Az oltóközeg megválasztása befolyásolja a hűtési sebességet és, következésképpen, az acél végső tulajdonságai.
  A víz biztosítja a leggyorsabb hűtést, de olajat vagy levegőt lehet használni a kisebb torzítás és repedés érdekében.
• Hőmérséklet szabályozás: A fűtési és hűtési hőmérséklet pontos szabályozása elengedhetetlen a kívánt tulajdonságok eléréséhez anélkül, hogy olyan hibák lépnének fel, mint a repedés vagy vetemedés.
• Utóhőkezelés: Hőkezelés után, Az eszközök gyakran további folyamatokon, például stresszoldáson mennek keresztül,
  amelyek csökkenthetik a belső feszültségeket, vagy felületkezelések, például bevonat vagy polírozás a teljesítmény további fokozása érdekében.

5. A szerszámacél alkalmazásai

Vágószerszámok

• Fúrók: Különböző anyagokban lyukak készítésére használják. Gyorsacél (HSS) fúrók, mint például az M2, általában keményfémek fúrására használják.
• Dörzsárak: Meglévő lyukak nagyítására és kisimítására szolgál. A HSS dörzsárak pontos és sima felületet biztosítanak.
• Fűrészlapok: Fa vágására használják, fém, és más anyagok. A hideg megmunkálású szerszámacélokat, például a D2-t, gyakran használják fűrészlapokhoz, nagy kopásállóságuk miatt.

Halálok és ütések

• Bélyegzés: A fémlemez meghatározott formák kialakítására szolgál. A hidegmegmunkálású szerszámacélok, mint a D2 és az A2, ideálisak sajtolószerszámokhoz nagy keménységük és kopásállóságuk miatt.
• Kovácsolás: Fém formázására használják nagy nyomás alatti összenyomással. Az olyan forró szerszámacélok, mint a H13, kiváló hőállóságuk miatt alkalmasak kovácsolószerszámok készítésére.
• Extrudálás: A fém szerszámon való áteresztésére szolgál, hogy meghatározott keresztmetszeti profilokat hozzon létre.
  A forró munkaszerszám-acélokat gyakran használják extrudáló szerszámokhoz, mivel képesek ellenállni a magas hőmérsékletnek.

Formák

• Fröccsöntés: Műanyag alkatrészek előállítására használják olvadt műanyag öntőformába fecskendezésével.
  Speciális szerszámacélok, mint a P20 és 718 jó polírozhatóságuk és korrózióállóságuk miatt általában fröccsöntőformákhoz használják.
• Casting: Fémalkatrészek előállítására használják olvadt fém öntőformába kényszerítésével. Az olyan forró munkaszerszám-acélok, mint a H13, ideálisak présöntőformákhoz nagy szilárdságuk és hőállóságuk miatt.

Mérőműszerek és mérőműszerek

• Körző: Objektumok méretének mérésére szolgál. A hidegmegmunkáló szerszámacélokat, például az A2-t, méretstabilitásuk miatt gyakran használják féknyergekhez.
• Mikrométerek: Pontos távolságok mérésére szolgál. A nagy méretstabilitású hidegmegmunkáló szerszámacélok ideálisak mikrométerekhez.
• Mérők: Az alkatrészek méretének ellenőrzésére szolgál. A hidegmegmunkálású szerszámacélokat, például a D2-t, nagy kopásállóságuk miatt gyakran használják mérőeszközökhöz.

Bányászati ​​és olajkút-eszközök

• Fúrószárak: Kőzetben és talajban történő lyukak fúrására szolgál. A gyorsacélokat, például az M2-t gyakran használják fúrókhoz, mivel képesek nagy sebességgel vágni..
• Fúrólyuk szerszámok: Olaj- és gázkitermelésben használják. Az olyan melegmunkaszerszám-acélok, mint a H13, kiváló hőállóságuk és szilárdságuk miatt alkalmasak fúrószerszámokhoz.

Egyéb eszközök

• Kések: Különféle anyagok vágására használják. A hideg megmunkálású szerszámacélokat, mint a D2 és A2, gyakran használják késekhez nagy keménységük és kopásállóságuk miatt..
• Olló: Papír vágására használják, szövet, és egyéb vékony anyagok. A hidegen megmunkáló szerszámacélok, mint például az A2, ideálisak ollóhoz a keménység és a szívósság egyensúlya miatt.
• Vésők: Fa és kő faragására és formázására használják. Az olyan ütésálló szerszámacélok, mint az S7, nagy szívósságuk és ütésálló képességük miatt alkalmasak vésőkhöz.

6. A megfelelő szerszámacél kiválasztása

Figyelembe veendő tényezők

• A művelet típusa: Vágás, alakítás, vagy más konkrét műveleteket.
• Üzemeltetési feltételek: Hőmérséklet, feszültség, és környezeti tényezők.
• Feldolgozás alatt álló anyag: A feldolgozott anyag tulajdonságai.
• Költség vs. Teljesítményelemzés: A szerszámacél költségének és a teljesítménykövetelményeknek a kiegyensúlyozása.

Útmutató a konkrét igények szerinti választáshoz

1. Azonosítsa az alkalmazást: Határozza meg az eszköz konkrét felhasználását.
2. Mérje fel a működési feltételeket: Értékelje a hőmérsékletet, feszültség, és környezeti tényezők.
3. Vegye figyelembe az anyag tulajdonságait: Ismerje meg a megmunkálandó anyag tulajdonságait.
4. Értékelje a költségeket és a teljesítményt: Hasonlítsa össze a különböző szerszámacélok költségét teljesítménybeli előnyeikkel.
5. Konzultáljon szakértőkkel: A legjobb választás érdekében kérjen tanácsot kohászoktól vagy szerszámacél beszállítóktól.

8. Kihívások és megfontolások

Költség

• Drága Anyag: A szerszámacél költséges lehet, különösen a nagy teljesítményű osztályokhoz.
  Viszont, a kezdeti befektetés gyakran megtérül a hosszabb szerszámélettartam és a rövidebb állásidő miatt.
• Gazdasági hatás: Vegye figyelembe a szerszámacél alkalmazásának általános költséghatékonyságát.
  Például, míg a D2 acél drágább lehet, mint a W1 acél, kiváló kopásállósága idővel alacsonyabb karbantartási költségekhez vezethet.

Karbantartás

• Rendszeres ellenőrzés: A váratlan meghibásodások elkerülése érdekében rendszeresen ellenőrizze a szerszámokat, hogy nincs-e rajta kopás és sérülés.
• Megfelelő tárolás: Tárolja a szerszámokat száraz helyen, ellenőrzött környezet a rozsda és korrózió megelőzése érdekében. A megfelelő tárolás meghosszabbíthatja a szerszámok élettartamát.
• Tisztítás és kenés: Tisztítsa meg és kenje meg a szerszámokat teljesítményük megőrzése érdekében. A rendszeres karbantartás jelentősen megnövelheti szerszámai élettartamát.

Környezeti hatás

• Újrafeldolgozás: Fontolja meg a régi szerszámacél újrahasznosítását a hulladék és a környezeti hatás csökkentése érdekében. Számos szerszámacél-gyártó kínál újrahasznosítási programokat.
• Ártalmatlanítás: Kövesse a megfelelő ártalmatlanítási irányelveket a környezeti ártalmak minimalizálása érdekében. A megfelelő ártalmatlanítás biztosítja a veszélyes anyagok biztonságos kezelését.

9. Jövőbeli trendek

Előrelépések a szerszámacélkohászatban

• Új ötvözetek: Fokozott tulajdonságokkal rendelkező új ötvözetek fejlesztése, mint például a jobb kopásállóság és hőállóság.
  Például, kutatók a nanotechnológia felhasználását kutatják szerszámacélok ultrafinom szemcsés szerkezeteinek létrehozására.
• Mikrostruktúra szabályozás: Fejlett technikák a szerszámacél mikroszerkezetének szabályozására a teljesítmény optimalizálása érdekében.
  Mikroötvözeteket és szabályozott hűtési sebességeket alkalmaznak bizonyos mikrostruktúrák eléréséhez.

Új ötvözetek vagy kezelések fejlesztése

• Felszíni kezelések: Új felületkezelések a kopásállóság és a korrózióállóság fokozására. Plazma nitridálás és gyémántszerű szén (DLC) a bevonatok egyre népszerűbbek.
• Additív gyártás: A 3D nyomtatás használata összetett szerszámacél alkatrészek létrehozásához, pontos geometriával.
  Az additív gyártás lehetővé teszi olyan bonyolult minták létrehozását, amelyeket a hagyományos gyártási módszerekkel nehéz elérni.

10. Következtetés

Szerszámacél létfontosságú anyag a gyártásban és az iparban, kivételes keménységet kínál, kopásállóság, és erő.
A különböző típusú szerszámacélok megértése, tulajdonságaik, és ezek alkalmazása döntő fontosságú az Ön speciális igényeinek megfelelő anyag kiválasztásához.
Olyan tényezők figyelembevételével, mint például a művelet típusa, üzemeltetési feltételek, és az anyag tulajdonságait, megalapozott döntéseket hozhat, amelyek biztosítják az optimális teljesítményt és költséghatékonyságot.
Ahogy a technológia folyamatosan fejlődik, a szerszámacél jövője ígéretesnek tűnik, új ötvözetekkel és kezelésekkel, amelyek még tovább erősítik a képességeit.

Reméljük, hogy ez a cikk értékes betekintést nyújtott a szerszámacél világába, és arra ösztönzi Önt, hogy fedezze fel a benne rejlő lehetőségeket projektjei során..
Ha bármilyen kérdése van, vagy további segítségre van szüksége, nyugodtan forduljon hozzánk.