Obróbka mechaniczna stali nierdzewnych

Stal nierdzewna jest materiałem, który jest trudny do obróbki mechanicznej. Obróbka mechaniczna wiąże się z ryzykiem hartowania na zimno. Ponadto błędy obróbki mechanicznej mogą powodować powierzchnie ataku korozji. Poniższy artykuł odpowiada na często zadawane pytanie "Czy stal nierdzewna może rdzewieć?", zawiera przegląd problemów podczas obróbki, różnych metod obróbki i kryteriów wyboru właściwego narzędzia do obróbki stali nierdzewnej.

Czym jest stal nierdzewna?

Termin stal nierdzewna odnosi się do stali stopowych lub niestopowych o specjalnym stopniu czystości. Mówiąc potocznie, stal nierdzewna odnosi się do wszystkich stali odpornych na korozję; jednak w sensie technicznym stal nierdzewna może z pewnością rdzewieć. Norma DIN EN 10020 definiuje terminologię dla stali, w tym stali nierdzewnych.

Stale nierdzewne są popularnymi materiałami ze względu na ich dostępność i właściwości. Stal nierdzewna ma następujące właściwości:

• Trwałość
• Atrakcyjność wizualna
• Duża zmienność

Wszechstronność w szczególności jest bardzo atrakcyjna: Stal nierdzewna ma różne właściwości w zależności od jej składu. Na przykład chrom zapewnia odporność na korozję, podczas gdy nikiel promuje kwasoodporność. Ze względu na pozytywne właściwości, które mogą być regulowane przez różne stopy, różne stale nierdzewne są często używane do produkcji znormalizowanych części do inżynierii mechanicznej.

Poniższy rysunek przedstawia porównanie właściwości stali, podając oznaczenie zgodnie z normą JIS i powiązanymi kodami materiałów obowiązującymi w Europie:

Porównanie właściwości różnych stali

• A = Odporność na korozję
• B = Polerowalność
• C = Obrabialność
• D = Spawalność
• E = Magnesowalność
• Im dalej na zewnątrz wyświetlana jest wartość parametru, tym bardziej jest wyraźna.

Następujące stale są kodowane przez numer materiału: X5CrNi18-10 (1.4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1.4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1.4305 / SUS 303) i 100Cr6 (1.3505 / SUJ 2).

Problemy przy posługiwaniu się stalą odporną na korozję i jej obróbce

Błędnie przyjmuje się, że stal odporna na korozję jest w 100% nierdzewna. Nie jest to prawdą: warstwa pasywna lub warstwa tlenkowa, która chroni stal przed korozją, tworzy się pod wpływem tlenu na powierzchni stali nierdzewnej stopowej z chromem.   Warstwa ta jest bardzo cienka na 0,06 - 0,08 mikrometra. Jednak potrzeba trochę czasu, aby ta warstwa się uformowała i aktywnie chroniła przed korozją. Typowe problemy podczas obróbki to brak czasu na uformowanie warstwy lub zniszczenie warstwy pasywnej przez zadrapania, w tym podczas obróbki. Jednak kontakt z innymi mniej cennymi metalami może również prowadzić do rdzy (korozja kontaktowa) stali, która jest rzeczywiście sklasyfikowana jako nierdzewny. Mniej cenny metal reaguje na kontakt, na przykład z wodą i tlenem. I koroduje. Pozyskuje tlen niezbędny do utleniania z bezpośredniego otoczenia. Pasywna warstwa chromowej stopowej stali nierdzewnej składa się z tlenku chromu, związku chemicznego chromu i tlenu. W punkcie styku warstwa tlenku chromu jest zatem pozbawiona tlenu, a w rezultacie warstwa ochronna ulega zniszczeniu. Wtedy niezabezpieczona powierzchnia stali nierdzewnej może również ulec korozji.

Różne środki ostrożności dotyczące obchodzenia się ze stalą nierdzewną i jej obróbki

Ze względu na wyżej wymienione problemy, należy zwrócić szczególną uwagę przy obchodzeniu się ze stalą odporną na korozję i jej obróbce. Na przykład narzędzia używane do obróbki stali nierdzewnej powinny być używane wyłącznie do tego celu i nie powinny mieć wcześniejszego kontaktu z innymi stalami. Dotyczy to także przechowywania tych narzędzi.

Jednak wszystko może pójść nie tak, nawet po tym, jak stal bezkorozyjna przeszła przez proces obróbki. Jeśli stal nierdzewna zetknie się podczas transportu, na przykład z żelazem wideł wózków widłowych lub narzędzi, powstałe plamy mogą stanowić nowe ryzyko korozji. Należy zatem zachować szczególną ostrożność, aby zapewnić stosowanie wyłącznie odpowiednich środków transportu.

Przyjrzyjmy się teraz samemu procesowi obróbki: Poniżej opisano różne metody obróbki, co należy obserwować i jakich narzędzi używać.

Cięcie i rozcinanie stali nierdzewnej

Ze względu na powyższe problemy, należy zwrócić dużą uwagę podczas rozcinania i cięcia stali nierdzewnej. Proces cięcia może generować ciepło lub tworzyć rdzę lotną. Metody obróbki, takie jak wiercenie i frezowanie, często stanowią wyzwanie podczas obróbki stali nierdzewnej. Na przykład nikiel jako składnik stopowy ma negatywny wpływ na łatwość skrawania i obrabialność stali. Oprócz stosowania specjalnych wysokowydajnych wierteł i narzędzi frezarskich ważne jest również zastosowanie parametrów obróbki, które pasują do danego materiału. Z reguły podczas przycinania stali nierdzewnej na wymiar dodaje się zatem środek ścierny. Poniżej podano krótki przegląd popularnych metod cięcia stali nierdzewnej:

• Cięcie strumieniem wody: Wyjątkowo cienki strumień wody jest skierowany pod wysokim ciśnieniem (do 6000 barów) na metal za pomocą dyszy wraz z materiałem ściernym, takim jak piasek. Piasek jednocześnie poleruje powierzchnię, zapewniając w ten sposób niską chropowatość powierzchni. Ta metoda cięcia nie wytwarza ciepła. Ta metoda nadaje się również do grubej blachy. Jednak w porównaniu z innymi metodami jest stosunkowo powolna, a koszty dodatkowego materiału ściernego mogą być wysokie w zależności od grubości arkusza.
• Cięcie plazmowe: Gaz przewodzący elektrycznie (plazma) jest również skierowany na metal za pomocą dyszy, gdzie między elektrodą a przedmiotem obrabianym powstaje łuk, który silnie się nagrzewa i topi powierzchnię. Jednak powstaje stosunkowo szerokie połączenie szczelinowe w porównaniu z cięciem laserowym lub strumieniem wody. Jednak zaletą jest to, że można zastosować szeroką gamę konturów, grubą blachę można ciąć i że metoda jest na ogół bardzo szybka.
• Cięcie laserowe: Bardzo skupiona wiązka lasera jest skierowana na metal, który jest następnie dokładnie topiony / odparowywany. Obszar dotknięty ciepłem jest bardzo ograniczony. Cięcie laserowe może być stosowane do produkcji złożonych konturów; oddziela części stali nierdzewnej bez zużycia i jest bardzo precyzyjne i szybkie. Jednak cięcie laserowe jest mniej odpowiednie dla grubej blachy.

Łączenie i połączenia stali nierdzewnej

Stale odporne na korozję można łączyć na różne sposoby. Odpowiednie metody w dużym stopniu zależą od materiału i jego właściwości. Możliwe metody łączenia to:

• Spawanie
• Lutowanie
• Klejenie

Oprócz tego, że nie wszystkie stale nierdzewne mogą być spawane, spawanie w szczególności stwarza największe ryzyko korozji. Powstałe silne ciepło może prowadzić do tworzenia się węglików chromu, wewnętrznych naprężeń rozciągających lub hartowania (utleniania). Jeśli pojawią się pęknięcia, prawdopodobieństwo korozji szczelin jest wysokie. Kulki spawalnicze należy układać wyłącznie przy użyciu odpowiednich materiałów i metod spawania i zawsze należy je pasywować po zakończeniu procesu spawania. Jest to jedyny sposób na zapewnienie odporności na korozję. Ponieważ powierzchnia stali nierdzewnej jest pasywowana, podczas lutowania wymagany jest środek topnikowy. Jeśli stal nierdzewna ma być klejona, jej powierzchnię trzeba najpierw szorstkować. Im gładsza powierzchnia, tym słabsze wiązanie materiału klejącego. Ponieważ jeśli jest wysoka twardość, do wiercenia stali nierdzewnej wymagane są specjalne narzędzia. Na przykład MISUMI ma następujące narzędzia do obróbki różnych materiałów:

• Tarcze do pił tarczowych
• Frez do otworów
• Frezy trzpieniowe

Obróbka powierzchniowa i obróbka powierzchni skrawaniem: Szlifowanie i pasywowanie chemiczne stali nierdzewnej

Powierzchnia ze stali nierdzewnej może być na przykład szczotkowana, szlifowana, polerowana lub żłobiona. Zmienia to chropowatość powierzchni stali nierdzewnej. Im bardziej chropowata powierzchnia, tym bardziej podatna na korozję staje się stal nierdzewna. Szlifowanie jest zatem popularną metodą obróbki powierzchniowej metalu.

Typowe metody szlifowania stali nierdzewnej obejmują szlifowanie taśmowe i szlifowanie precyzyjne. Szlifowanie taśmowe tworzy szczególnie gładkie i wysokiej jakości wykończenia i można tak usuwać większe ilości materiału. Jednak różne chropowatości powierzchni można również osiągnąć, stosując różne wielkości ziarna w ścierniwie. Wysokiej jakości taśmy szlifierskie mają kluczowe znaczenie dla zapobiegania zanieczyszczeniu obcą rdzą. Z tego powodu MISUMI ma szeroką gamę różnych materiałów ściernych do obróbki stali nierdzewnej.

Precyzyjne szlifowanie jako kolejna metoda ma na celu osiągnięcie maksymalnej dokładności; w szczególności proces szlifowania na mokro jest bardzo precyzyjny. Powstałe powierzchnie są szczególnie płaskie i równoległe. Na przykład, może to odgrywać ważną rolę w odniesieniu do tolerancji, patrz również artykuł na blogu Limity obróbki i standardy dokładności dla części blaszanych, a także klasy tolerancji zgodnie z normami ISO 22081 i DIN ISO 2768: Zoptymalizowane wykorzystanie tolerancji ogólnych. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na portalu meviy.

Wybór narzędzia

Aby zapewnić wydajną i skuteczną obróbkę, wiele czynników można wziąć pod uwagę już przy wyborze narzędzi. Narzędzia do obróbki stali nierdzewnej powinny być same w sobie twarde, ale nie zbyt twarde. Zbyt twarde narzędzie może szybko stać się kruche i łatwiej pęknąć w wyniku obróbki. Ponadto podczas obróbki mogą wystąpić zwiększone wibracje, które wpływają na wykończenie powierzchni. Określenie prawidłowej twardości narzędzia jest zatem niezbędne do obróbki stali nierdzewnej. Twardość stali nierdzewnej i narzędzi skrawających jest zazwyczaj oparta na skali Rockwella (HRC). Typowe wartości HRC dla narzędzi do obróbki stali nierdzewnej mieszczą się w zakresie od 58 do 65 HRC.

Obowiązują inne zakresy twardości, w zależności od klasy obróbki (np. piła, wiercenie, frezowanie, szlifowanie precyzyjne). Poniższa tabela zawiera przegląd narzędzi, które są odpowiednie dla poszczególnych twardości:

Odporność narzędzia na zużycie jest ściśle związana z twardością. Stal nierdzewna jest zwykle materiałem bardzo ściernym, dlatego używane narzędzia ścierne muszą mieć wysoką odporność na zużycie. Na przykład powłoka wykonana z azotku tytanu może poprawić odporność na zużycie. Ponadto narzędzia powinny mieć wysoką odporność na ciepło, ponieważ podczas obróbki stali nierdzewnej można wytwarzać znaczne ciepło. Cięcie może wytwarzać ciepło o temperaturze od ok. 800°C do 1200°C, które jest skoncentrowane bezpośrednio na krawędzi skrawającej narzędzia ze względu na niskie przewodnictwo cieplne.

W MISUMI, oprócz obróbki i narzędzi do usuwania materiału, znajdziesz również inne narzędzia specjalnie przystosowane do stali nierdzewnej, takie jak giętarki do rur.

Instrukcje dotyczące pomyślnej obróbki

Poniższe instrukcje mogą służyć jako wskazówki, aby wykluczyć wiele błędów podczas obróbki. Czystość jest najwyższym priorytetem: przenoszenie cząstek (rdza lotna) z innych stali zwiększa ryzyko korozji stali skądinąd nierdzewnych. Ale czystość wpływa nie tylko na środowisko pracy, ale także na materiały robocze, takie jak materiały ścierne. Ważne jest również, aby dać czas na utworzenie warstwy pasywnej. W normalnych temperaturach otoczenia 20°C może to zająć 24-48 godzin, a nawet dłużej w obecności wilgoci. Należy to uwzględnić przy określaniu okna czasowego obróbki.