1

ALATNI ČELICI

Za izradu alata kojima se obrađuju ili oblikuju metalni i nemetalni materijali

a) alati za obradu odvajanjem čestica

b) alati za rezanje i hladno oblikovanje metala

c) alati za toplo oblikovanje metala

d) alati za oblikovanje nemetala

e) mjerni alati

2

ALATI ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA

3

4

Alatni čelici se primjenjuju u zakaljenom i popuštenom stanju.

Zbog zakaljivosti i prokaljivosti → viši %C od konstrukcijskih čelika – najčešće nadeutektoidnog ili čak podeutektičkog sastava.

Kod strožih zahtjeva, su legirani.

Alternativno ili dodatno se provode i neki od postupaka za

oplemenjivanje površine.

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,

- niskolegirani,

- visokolegirani.

6

ZAHTJEVI NA ALATNE ČELIKE I

TRAŽENA SVOJSTVA

1. PRIMARNI

- OTPORNOST TROŠENJU- abrazija- adhezija

- OTPORNOST POPUŠTANJU

- ŽILAVOST

7

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

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

– što viša zakaljivost,

– što viša prokaljivost,

– što manja sklonost pogrubljenju zrna prilikom austenitiziranja,

– što manja promjena mjera u radu,

– što manje deformacije pri kaljenju,

– 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.

9

10

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

Također utječu: vrsta, veličina i oblik te prostornarazdioba karbida.

Nadeutektoidnog ili čak podeutektičkog sastava →

u kaljenom stanju:

M + K”+ Az ¸(nadeutektoidni sastav)

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

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

Adhezija → naljepljivanje (navarivanje) obrađivanog metala na alat.

Površina alata mora biti inkompatibilna s obrađivanim materijalom.

11

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

Čelici približno eutektoidnog sastava.

ŽILAVOST

Posebno važno kod udarno opterećenih alata: čekići, dlijeta, dijelova štanci, ukovnja i sl.,

Otpornost na pojavu pukotina ili loma uz zadržavanje ostalih svojstava.

12

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

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

OTPORNOST NA POPUŠTANJE

13

DIJAGRAM POPUŠTANJA

Najveću otpornost na popuštanje pokazuju alatni čelici za topli rad i brzorezni čelici, odnosno općenito oni čelici koji su legirani barem s jednim od sljedećih elemenata: W, Mo, Co i V.

15

ALATNI ČELICI ZA HLADNI RAD

1. NELEGIRANI

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

0,5...1,3 %C

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.

ALATNI ČELICI ZA HLADNI RAD

Nelegirani alatni čelici za hladni rad

Niska prokaljivost (< 10 mm) → bolja žilavost

Najjeftiniji su od svih alatnih čelika.

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

Osnovni cilj legiranja je:

– povišenje prokaljivosti,

– dobivanje kvalitetnijih i toplinski postojanijih karbida u odnosu na Fe3C (M3C6 karbidi) viša tvrdoća i otpornost na trošenje.

Niskolegirani alatni čelici za hladni rad

23

Visokolegirani alatni čelici za hladni rad

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

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

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

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.

25

ŽARENO STANJE ZAKALJENO I POPUŠTENO STANJE

26

PSEUDOBINARNI DIJAGAM ZA 12%Cr

28

ALATNI ČELICI ZA TOPLI RAD

Vrlo dobra otpornost popuštanju

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.

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

31

MIKROSTRUKTURA BRZOREZNOG ČELIKA

U KALJENOM I POPUŠTENOM STANJU

32

PSEUDOBINARNI DIJAGRAM BRZOREZNOG ČELIKA

33

DIJAGRAM POSTUPKA TOPL. OBRADE BRZOREZNOG ČELIKA

34

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

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

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

35

PRIMJENA:

ALATI ZA OBRADU ODVAJANJEM ČESTICA:

SVRDLA, GLODALA, TOKARSKI NOŽEVI,

UREZNICE, RAZVRTALA I SL.