1

1

ALATNI ČELICI

- za izradu alata kojima se obrađuju ili oblikuju metalni inemetalni materijali

a) alati za obradu odvajanjem čestica

e) mjerni alati

d) alati za oblikovanje nemetala

c) alati za toplo oblikovanje metala

b) alati za rezanje i hladno oblikovanje metala

2

ALATI ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA

2

3

4

- zbog zakaljivosti i prokaljivosti → viši %C od konstrukcijskih čelika

- najčešće su nadeutektoidnog ili čak podeutektičkog sastava

- kod strožih zahtjeva su legirani

Alternativno ili dodatno se provode i neki od postupaka za oplemenjivanje površine

Svi alatni čelici primjenjuju se u zakaljenom i popuštenom stanju

- modificiranjem mikrostrukture ili nanošenjem novih slojeva

- povisuje se otpornost na abrazijsko i adhezijsko trošenje te

korozijska postojanost

3

5

2 - Prema radnoj temperaturi:

- alatni čelici za hladni rad (Tr < 200 ºC);

- alatni čelici za topli rad (Tr > 200 ºC);

- brzorezni čelici (Tr > 200 ºC).

PODJELA ALATNIH ČELIKA

1 - Prema kemijskom sastavu (zajamčen sastav):

- nelegirani (ugljični),

- niskolegirani,

- visokolegirani.

6

ZAHTJEVI NA ALATNE ČELIKE I

TRAŽENA SVOJSTVA

a) PRIMARNI

- OTPORNOST TROŠENJU- abrazija- adhezija

- OTPORNOST POPUŠTANJU

- ŽILAVOST

4

7

b) Proizvodni i ekonomski (sekundarni) zahtjevi i svojstva:

- mogućnost obrade alata -obradljivost odvajanjem čestica (rezljivost),

- što viša zakaljivost i prokaljivost,

- što manja sklonost pogrubljenju zrna prilikom austenitiziranja,

- što manje deformacije pri kaljenju,

- što manja promjena mjera u radu,

- sigurnost protiv pojave napuklina i lomova tijekom topl. obrade,

- što manja sklonost razugljičenju prilikom toplinske obrade,

- mogućnost prebrušavanja u radu,

- prikladnost za poliranje,

- dovoljna otpornost na koroziju,

- mogućnost nabave i što niža cijena.

8

Oko 90 % alata dotrajava zbog trošenja,pretežno abrazijom → “mikrorezanjem”.

Trošenje izaziva zatupljivanje oštrice reznog alata, odnosno oštećenje glatkih radnih površina, npr. kalupa, ukovnja i sl.

OTPORNOST TROŠENJU

Otpornost ABRAZIJSKOM trošenju alata primarno je funkcija mikrostrukturnog stanja čelika, tj. traži se:

– martenzitna mikrostruktura,

– što viši udio kvalitetnih karbida.

5

9

10

Martenzit služi kao dobro vezivo za karbide→ nema opasnosti od “čupanja” karbida

Također utječu: vrsta, veličina, oblik i prostorna razdioba karbida.

Alatni čelici su nadeutektoidnog ili čak podeutektičkog sastava

→ u kaljenom stanju mikrostruktura im je:

M + K”+ Az (nadeutektoidni sastav)

ili M + K" + Ke + Az (podeutektički sastav)

Adhezija → naljepljivanje (navarivanje) obrađivanog metala na alat

- površina alata mora biti inkompatibilna s obrađivanim materijalom

Legirani su s jakim karbidotvorcima – Cr, W, V, Mo...

6

11

Čelici visoke žilavosti ne mogu istodobno imati i visoku otpornostna trošenje, jer veći % krhkih faza u mikrostrukturi (karbida)nepovoljno djeluje na deformabilnost.

ŽILAVOST

Otpornost na pojavu pukotina ili loma uz zadržavanje ostalih svojstava

Posebno je važno kod udarno opterećenih alata:

čekići, dlijeta, dijelovi štanci, ukovnji i sl.,

-> čelici približno eutektoidnog sastava imaju bolju žilavost.

12

Bitno za alate koji rade pri visokim temperaturama, npr. kokile i ukovnji, ili za visokoopterećene rezne alate.

OTPORNOST NA POPUŠTANJE

Povišena temperatura uzrokuje veći ili manji pad čvrstoće i tvrdoće i otpornosti na trošenje, već prema tome o kojoj se vrsti čelika radi.

7

13

Dijagram popuštanja

Najveću otpornost na popuštanje pokazuju alatni čelici za toplirad i brzorezni čelici, odnosno općenito oni čelici koji su legirani

barem s jednim od sljedećih elemenata: W, Mo, Co i V.

14

OZNAKA ČELIKA OCJENE ZA SVOJSTVA *

Sku

pina

čel

ika

EN

stara HRN

otpo

rnos

t na

troš

enje

žila

vost

otpo

rnos

t na

popu

št.

zaka

ljivo

st, H

g,

HR

C

prok

aljiv

ost

tvrd

oća

nako

n po

pušt

anja

(ra

dna)

, H

RC

obra

dljiv

ost

odva

janj

em č

estic

a

sigu

rnos

t pri

kalje

nju

osje

tljiv

ost n

a ra

zugl

jičen

je

defo

rmac

ije p

ri ka

ljenj

u

cije

na

100V2 Č1941 3 5 1 66 N 66...56 9 N N V 1 C80U Č1840 2 6 1 64 N 49...44 9 N N V 1 C105U Č1940 3 5 1 65 N 65...56 9 N N V 1 C125U Č1943 4 4 1 66 N 66...57 9 N N V 1 C45U Č1540 1 8 1 60 N 60...51 9 N N V 1 C110U Č1946 4 4 1 65 N 65...55 9 N N V 1 N

eleg

irani

za

hlad

ni r

ad

C135 Č1948 4 3 1 65 N 65...56 9 N N V 1 115CrV3 Č4141 4 4 2 65 N 65...60 9 N S V 1 140Cr3 Č4143 5 4 2 66 N 65...60 9 N S V 1 100Cr6 Č4145 3 4 2 65 S 65...56 8 N S V 1 120WV4 Č6840 5 3 2 64 N 65...61 7 N S V 2 110WCrV5 Č6441 5 3 3 64 N 64...58 7 N S V 2 142WV13 Č6850 7 2 3 64 N 66...62 6 N S V 3 90MnCrV8 Č3840 4 3 3 64 S 64...55 8 V S N 2 105WCr6 Č6440 4 3 3 64 S 65...57 8 V S N 2 45WCrV7 Č6443 3 5 5 56 S 58...50 8 S S S 2 N

isko

legi

rani

za

hlad

ni

rad

60WCrV7 Č6444 4 4 5 61 S 60...50 8 S S S 2 X210Cr12 Č4150 8 1 6 64 V 64...57 3 V V N 3 X210CrW12 Č4650 8 1 6 65 V 64...56 2 S V N 2 X165CrMoV12 Č4750 8 2 6 64 V 64...57 3 V V N 3 X155CrVMo12-1 Č4850 8 2 7 63 V 64...55 4 V V N 4 X20Cr13 Č4172 1 8 6 44 V 44...42 8 S S S 3 X42Cr13 Č4175 2 6 6 58 V 56...54 6 S S S 3 V

isok

oleg

. za

hlad

ni r

ad

X45CrMoV15 Č4770 3 6 6 53 V 58...52 6 S S S 3 55NiCrMoV6 Č5741 2 7 3 54 S 50...25 6 S S S 2 56NiCrMoV7 Č5742 2 7 3 54 S 50...30 6 S S S 2 X38CrMoV5-1 Č4751 3 9 6 52 V 50...30 8 V V N 3 X40CrMoV5-1 Č4753 3 9 6 54 V 52...30 8 V V N 3 X30WCrV4-1 Č6450 4 7 7 46 S 44...33 8 S S S 3

Za

topl

i rad

X30WCrV9-3 Č6451 4 6 8 48 V 40-33 6 S S S 4 HS18-0-1 Č6880 7 3 8 64 V 65...63 5 S S S 4 HS18-1-2-5 Č6980 7 2 8 64 V 66...63 3 N V S 5 HS18-1-2-10 Č9682 7 1 9 63 V 67...63 2 N V S 5 HS12-1-2-5 Č6981 8 2 8 64 V 66...63 3 N V S 5 HS12-1-4 Č6881 8 1 8 64 V 67...63 1 N V S 3 HS12-1-2 Č6882 7 2 8 64 V 66...63 3 N S S 3 HS12-1-4-5 Č9681 9 1 9 63 V 67...63 1 N V S 5 HS10-4-3-10 Č9683 9 1 9 64 V 68...64 1 N V S 5 HS6-5-2 Č7680 7 3 8 64 V 66...63 5 N V S 4 HS6-5-2-5 Č9780 7 2 8 64 V 66...63 3 N V S 4

Brz

orez

ni

HS2-9-1 Č7880 7 3 8 63 V 66...63 6 N V S 3

OCJENE ZA SVOJSTVA

ALATNIH ČELIKA

8

15

ALATNI ČELICI ZA HLADNI RAD

1. NELEGIRANI - ugljični

2. NISKOLEGIRANI

- visokougljični W-V čelici

- nisko i srednjeugljični W-Cr-(Si)-V čelici

- Cr-čelici

- Mn-Cr-V i Mn-Cr-W čelici

3. VISOKOLEGIRANI

16

maseni udio ugljika: 0,5...1,3 %

Što je viši %C u čeliku to je viša tvrdoća, a niža žilavost i obratno.

Kod nadeutektoidnih čelika → mreža Fe3C” po granicama zrna

→ manja žilavost.

Nelegirani alatni čelici za hladni rad

Niska prokaljivost (< 10 mm) → bolja žilavost.

Najjeftiniji su od svih alatnih čelika.

9

17

Primjena: dlijeta, čekići, svrdla za drvo, kliješta, ručne škare,sjekire, mesarski noževi, noževi za kožu, srpovi, kose, nareznice,razvrtala, probijači, sjekači, pile za drvo, turpije...

Dijagram popuštanja

18

- povišenje prokaljivosti,

- dobivanje kvalitetnijih i toplinski postojanijih karbida (M23C6),

koji imaju višu tvrdoću i otpornost na trošenje od Fe3C.

Niskolegirani alatni čelici za hladni rad

Osnovni cilj legiranja je:

10

19

a) visokougljični W-V čelici

- povišen % C (1,0...1,45 %) i W (1,0...4,0 %)

→ čelici su nadeutektoidni, sadrže tvrde karbide tipa M23C6

Cr → povišenje prokaljivosti

W → snizuje toplinsku vodljivost → nužno predgrijavanje prilikom austenitiziranja.

20

b) nisko i srednjeugljični W-Cr-(Si)-V čelici

Otporni na udarna opterećenja zbog nižeg %C (0,45...0,80).

W (~2%) i Cr (~1,1%) djeluju na otpornost na trošenje i prokaljivost.

45WCrV7, 60WCrV7 i 80WCrV8

Primjena: žigovi i rezne ploče za hladno i toplo štancanje limova, dlijeta, noževi za obradu drva, noževi za obrezivanje limova, probijači za kožu, čeljusti za raskivanje i sl.

11

21

c) Niskolegirani Cr- čelici

1...1,5 %C i 0,5...1,5 %Cr

Nadeutektoidni, pa nakon kaljenja postižu:

M + (Fe,Cr)3C + Az

Otporni na trošenje i visoke specif. pritiske (do 5000 MPa).

Za alate: 100Cr6 , 115CrV3 i 140Cr3

Za kuglice, valjčiće i prstenove kotrljaju ćih ležaja :

105Cr4, 100Cr6 i 100CrMn6

22

d) Niskolegirani Mn-Cr-V i Mn-Cr-W čelici

Vrste: 90MnCrV8 i 105WCr6 - nadeutektoidni.

Mikrostruktura nakon kaljenja:

M + (Fe,Mn)3C ili (Fe,Mn,W)3C + Az.

Oko 15 %Az kompenzira porast volumena uslijed Mpretvorbe → ne dolazi do većih promjena dimenzija nakon kaljenja.

90MnCrV8 → “bezdeformacijski”.

12

23

Visokolegirani alatni čelici za hladni rad

Tri karakteristične podskupine čelika:

1. Čelici s oko 5 %Cr; npr. X100CrMoV5-1

2. Visokougljični ledeburitni s 12 %Cr, npr. X210Cr12,

X210CrW12; X65CrMoV12, X55CrVMo12-1

3. Martenzitni nehrđajući, npr. X20Cr13, X42Cr13,

X45CrMoV15, X5CrMo14, X1CrMoV18

> 5 %Cr + V, Mo i/ili W.

Cr → (Fe,Cr)3C, Cr7C3 ili Cr23C6 - ovisno o %C i %Cr.

24

Mikrostruktura nakon kaljenja: M + K" + Ke + Az

Tijekom popuštanja: Az → Mp

Visok udio (do 18 %) kvalitetnih Cr-karbida (Cr7C3) tvrdoće oko 1800 HV→ vrlo otporan trošenju.

X210Cr12: 2 %C; 12 %Cr; 0,1 %V - podeutektički (ledeburitni)

Teško obradljiv odvajanjem čestica i u meko žarenom(sferoidiziranom) stanju.

13

25

ŽARENO STANJEZAKALJENO I

POPUŠTENO STANJE

26

Pseudobinarni dijagam za 12% Cr

14

27

Mikrostruktura kaljenja: M + Az (mali %)

Vrlo mala razlika potencijala tih faza.

Primjena: kirurški instrumenti (skalpeli, škare i dr.), noževi za jelo, žileti i britve, krojačke škare, zubarska klješta i pincete, kalupi za injekcijsko prešanje agresivnih polimera, žigovi i matrice za prešanje kemijski agresivnih duromera i za tabletiranje lijekova…

X42Cr13: 0,42 %C; 13 %Cr – eutektoidni martenzitni nehrđajući čelik

28

ALATNI ČELICI ZA TOPLI RAD

Niskim %C postiže se dobra žilavost i dobra otpornost toplinskom umoru.

Kabidotvorci (W, Mo, Cr i V) omogućuju stvaranje Kp

→ povisuje se otpornost trošenju i otpornost popuštanju.

- vrlo dobra otpornost popuštanju

15

29

- pojava "sekundarne tvrdoće".

Nakon kaljenja imaju 20...30 %Az, koji se tijekom popuštanja pri 500...580 °C raspada na Kp i M".

X30WCrV9-3

30

Povišen %C (0,7...1,3) i legiranje jakim karbidotvorcima (Cr, W, V) - slobodni karbidi postojani i pri višim temperaturama, te neki legirani s Co.

Izvrsna otpornost trošenju i

otpornost popuštanju pri Tr = 500...600 °C,

ali niska žilavost.

BRZOREZNI ČELICI

16

31

Mikrostruktura brzoreznog čelika u kaljenom i popuštenom stanju

32

Pseudobinarni dijagram brzoreznog čelika

17

33

Dijagram postupka toplinske obrade brzoreznog čelika

34

pojava "sekundarne tvrdoće" brzoreznog čelika HS 1-0-1

Mikrostruktura nakon kaljenja je: M + Az (20…40%) + K" + Ke

Az popuštanjem pri 500...600 °C prelazi u M" i Kp

18

35

PRIMJENA:

ALATI ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA:

SVRDLA, GLODALA, TOKARSKI NOŽEVI,

UREZNICE, RAZVRTALA I SL.