21 października 2021


Współcześnie stosowane w technice materiały konstrukcyjne, posiadają coraz lepsze właściwości, takie jak np. wytrzymałość mechaniczna, twardość, odporność na ścieranie, odporność na korozję, żaroodporność i żarowytrzymałość. Te ich zalety umożliwiają wytwarzanie wysokiej jakości części maszyn i innych wyrobów, ale jednocześnie powodują, że materiały te  zwykle bardzo trudno poddają się obróbce wiórowej.


Kazimierz Czechowski, Jerzy Stós, Iwona Wronska

Do materiałów trudnych do obróbki wiórowej należą m.in. stale stopowe i narzędziowe ulepszone cieplnie, stale nierdzewne austenityczne i austenityczno-ferrytyczne (typu duplex), żeliwa zabielone, sferoidalne hartowane izotermiczne i stopowe, superstopy żaroodporne na bazie niklu i kobaltu, tytan i jego stopy, kompozyty aluminiowe z cząstkami węglika krzemu, a także węgliki spiekane. Zagadnienia obróbki wiórowej materiałów trudnoobrabialnych, przedstawione w cyklu artykułów [1-3], obejmującym skrawanie na sucho stali i żeliw w stanie twardym, kontynuujemy w tym artykule w zakresie trudnej obróbki wiórowej materiałów żaroodpornych i żarowytrzymałych; przy czym omawiana obróbka stali, żeliw i nadstopów o tych właściwościach zwykle wymaga stosowania chłodziwa, nierzadko intensywnie podawanego. 
W normie PN-EN 10095:2002 zamieszczono składy chemiczne i właściwości stali i stopów niklu żaroodpornych, a z kolei w normie PN-EN 10302:2009 podano ww. dane dla stali oraz stopów niklu i kobaltu żarowytrzymałych. Należy dodać, że nie ma jednoznacznych kryteriów podziału stopów na żaroodporne i żarowytrzymałe (na co w literaturze. [4] zwrócił uwagę L.A. Dobrzański), co powoduje, że stopy o podobnym składzie chemicznym zaliczane są do jednej lub drugiej grupy. 

rozklad-temperatury
Rys. 1  Orientacyjny rozkład temperatury w ostrzu skrawającym, wiórze i przedmiocie obrabianym podczas toczenia stali z głębokością skrawania ap = 0,32 mm  [4] 

Żaroodporność (zwana też dawniej żarotrwałością) jest to odporność materiału na utleniające i korodujące działanie czynników chemicznych, przede wszystkim gazów, w wysokich temperaturach (powyżej 500 °C); w atmosferach utleniających określana może być szybkością narastania na powierzchni metalu cienkiej warstwy tlenków (Cr2O3, Al2O3, SiO2) chroniącej metal przed dalszym utlenianiem (hamującej dyfuzję). Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym żaroodporność. Dodatek ok. 5% Cr zapewnia żaroodporność w temperaturze do ok. 650 °C; zwiększenie stężenia chromu do ok. 30% powoduje wzrost żaroodporności do ok. 1100 °C. Żaroodporne stale, staliwa, żeliwa i stopy niklu stosowane są w budowie m.in. kotłów grzewczych, pieców przemysłowych i aparatury chemicznej. Z kolei żarowytrzymałość to cecha materiałów oznaczająca ich odporność na odkształcenia pod długotrwałym obciążeniem mechanicznym w temperaturach wyższych niż 500 ºC; żarowytrzymałe stale i stopy niklu lub kobaltu charakteryzują się przede wszystkim wysoką wytrzymałością na pełzanie w wysokich temperaturach. Dodatki stopowe takie jak: Mo, W, V, Cr i Ni podnoszą żarowytrzymałość. Żarowytrzymałe stale i stopy niklu lub kobaltu stosowane są w budowie m.in. turbin gazowych i silników odrzutowych [5].

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 5 (68) maj 2013