Toolox®44 jako stal do pracy na gorąco

W ramach spływających do nas zapytań dotyczących stali do pracy na gorąco, często spotykamy się ze zdziwieniem, gdy klient dowiaduje się, że taką stalą jest również Toolox®44. Wszyscy znają Toolox® jako dobrze polerujące się stale na formy. Niektórzy wykorzystują wysoką udarność Toolox®a przy produkcji noży lub wykrojników. W tym numerze jednak wraz z zestawieniem wielu częściej lub rzadziej spotykanych stali do pracy na gorąco zwrócimy uwagę na fakt, że Toolox®44 nie traci znacząco swych właściwości aż do 580°C, co na tle innych gatunków wydaje się plasować go w czołówce. Czy jednak na pewno Toolox® to jedna ze stali do pracy na gorąco?

Czym się charakteryzują? Jak mówi nam nazwa tej grupy stali, stosowane są one do pracy w podwyższonych temperaturach. Podwyższonych, czyli od 300°C do 600°C. W dolnej granicy przedziału temperaturowego pracują noże do cięcia na gorąco, a w górnej granicy przedziału formy do odlewania i matryce kuźnicze.

Składy chemiczne wybranych materiałów (można je również znaleźć na stronach www.oberonrd.pl oraz na www.oberon.pl) zebrałem w tabeli (Tabela. 1.). Informacje na temat stali na gorąco można również znaleźć na naszym plakacie gatunkami stali. O tym zaś, jak go odczytywać pisałem w Forum Narzędziowym OBERON w numerze 2/2011 (do przeczytania w archiwum na stronie www.forumnarzedziowe.pl).

Co zauważamy na „pierwszy rzut oka”, to stosunkowo niskie zawartości węgla wśród wymienionych gatunków. Zawartość węgla w stopach waha się od 0,1% do 0,6%. Dzięki temu są one bardziej odporne zmęczenie cieplne i obciążenia dynamiczne. Stale te możemy podzielić (ze względu na skład chemiczny) na stale chromowo-wanadowe i chromowo-niklowe (1.2782 i 1.2787, które są używane do produkcji form do szkła).

Stale chromowo-wanadowe dzielą się z kolei na stale o wyższej zawartości pierwiastków stopowych, jak np. 1.2343, czy 1.2367 i o niższej zawartości pierwiastków stopowych, jak np. 1.2713 i 1.2714.

Na uwagę zasługuje stop 1.2999, który dzięki wysokiej na tle innych gatunków do pracy na gorąco zawartości molibdenu ma podwyższoną żarowytrzymałość. Stop ten nadaje się do odlewania metali ciężkich, a podwyższona wytrzymałość predestynuje go do stosowania na narzędzia w młotkownicach (kowarkach).

Tabela. 1. Skład chemiczny wybranych gatunków stali do pracy na gorąco (% wagowo) (opracowanie własne na podst. [źródło: oberonrd.pl, http://matweb.com)

Właściwości wybranych gatunków

Choć wyszczególnione na stronach internetowych, to dla wygody Czytelników Forum Narzędziowego OBERON zostały również zebrane i przytoczone również w niniejszym artykule.

TOOLOX®44 - Stal TOOLOX® 44 produkowana przez szwedzką hutę SSAB jest stalą wstępnie ulepszoną cieplnie do twardości ok. 45 HRC (410 HB do 475 HB). Takie rozwiązanie pozwala uniknąć wad przy samodzielnej obróbce cieplnej oraz przyspiesza produkcję narzędzi/detali. TOOLOX 44® jest innowacyjną stalą inżynierską dostarczaną w stanie ulepszonym z wysoką udarnością oraz bardzo niskimi naprężeniami szczątkowymi, co pozwala na uzyskanie dobrej stabilności wymiarów podczas obróbki skrawaniem. TOOLOX® 44 z huty SSAB ma dużą wytrzymałość w podwyższonej temperaturze i jest odpowiedni do odlewania i kucia matryc, narzędzi i elementów maszyn w hutach, przemyśle cementowym, elektrowniach i innych obszarach, w których materiały są przetwarzane w bardzo wysokich temperaturach. Toolox® 44 jest stosowany również w matrycach do kucia na gorąco do produkcji łańcuchów. Stal łańcuchowa jest podgrzewana do około 890°C przed kuciem, a matryca pracuje nieprzerwanie w temperaturze 400-500°C.

Wytrzymałość Toolox® na odpuszczanie sprawia, że jest to idealna stal do odlewania i kucia matryc, narzędzi i elementów maszyn w hutach, przemyśle cementowym, elektrowniach i innych obszarach, w których materiały są przetwarzane w bardzo wysokich temperaturach. (Fot. SSAB)

1.2343 - Stal 1.2343 EFS to stopowa stal narzędziowa do pracy na gorąco. Przeznaczona na formy do odlewania pod ciśnieniem, na bardzo obciążone części pras, narzędzia do wyciskania oraz na wkładki do formowania tworzyw sztucznych, kiedy konieczna jest trwałość większa niż 1.2311 i dobrze wypolerowana powierzchnia. Stal o dużej hartowności i odporności na odpuszczanie podczas pracy. Odporna na szok termiczny, odpowiednia do azotowania. Kiedyś oznaczana jako WCL (stara PN).

Toolox® 44 jest stosowany w matrycy do kucia na gorąco do produkcji łańcuchów. Stal z której wykonywane są detale jest podgrzewana do około 890°C przed kuciem, a matryca pracuje nieprzerwanie w temperaturze 400-500°C. (Fot. SSAB).

1.2344 - Stal 1.2344 to stopowa stal narzędziowa do pracy na gorąco o wysokiej twardości, wytrzymałości na rozciąganie i ścieranie w wysokich temperaturach. Dobra przewodność cieplna i odporność na pęknięcia w wysokich temperaturach. W ograniczonym zakresie może być chłodzona wodą. Przeznaczona na formy do odlewania pod ciśnieniem (małe gabaryty), na bardzo obciążone części pras, narzędzia do wyciskania profili z metali lekkich. Na wkładki do formowania tworzyw sztucznych, ślimaki i cylindry do przetwórstwa tworzyw sztucznych, nożyce i gilotyny do cięcia na gorąco. Hartowany i odpuszczany ma twardość wyższą od 1.2343 w górnym zakresie temperatur. W dawnej PN oznaczana jako WCLV.

1.2365 - Gatunek 1.2365 to stopowa stal narzędziowa do pracy na gorąco o dobrej wytrzymałości w wysokich temperaturach. Dobra przewodność cieplna i odporność na odpuszczenie. Na wkładki do odlewania miedzi, brązów, metali lekkich. Matryce do kucia, do produkcji gwintów i nitów. Na narzędzia do wyciskania stopów miedzi. Może być chłodzona wodą. Odpowiednia do skrawania obwiedniowego. Oznaczenie SUPRA - dotyczy przetopu elektrożużlowego ESR. Według dawnej PN stal była oznaczana symbolem WLV.

1.2367 - Stal 1.2367 to stopowa stal narzędziowa do pracy na gorąco o dobrej wytrzymałości w wysokich temperaturach, dobrej odporności na odpuszczenie, wysokiej hartowalności. Małe tendencje do deformacji po obróbce cieplnej. Na matryce do kucia, narzędzia do wyciskania metali. Wymieniana w nowej PN-EN jako X38CrMoV5-3.

1.2713 - Stal 1.2713 to popularna stal na stemple i matryce do kucia na gorąco, kowadła do młotów i pras o dużych wymiarach i głębokich wykrojach. Na wkładki matrycowe o niższej wydajności niż w przypadku WNLV (1.2714). Dawniej w normie PN oznaczana jako WNL, obecnie (od 2004 roku) 5CrNiMo.

Mosiężne uchwyty są prasowane w matrycy Toolox® 44 jednym skokiem w temperaturze 730-750 °C. (Fot. SSAB)

1.2714 - Stal 1.2714 to popularna stal na stemple i matryce do kucia na gorąco, kowadła do młotów i pras o dużych wymiarach i głębokich wykrojach. Na wkładki matrycowe, gdy potrzebna jest większa wydajność niż WNL (1.2713). Dostarczana w stanie zmiękczonym lub na życzenie ulepszonym do 350 – 400 HB (1300 N/mm2). Dawniej w normach oznaczana jako WNLV, obecnie (od 2004 roku) 55NiCrMoV7.

1.2782 - Stal 1.2782 po przetopie elektrożużlowym (ESR) staje się odpowiednikiem stali żaroodpornej 1.4841 ale przetopionym elektrożużlowo dla uzyskania bardziej jednorodnej, drobniejszej struktury stali. Austenityczna stal o wysokiej odporności na korozję i odporności na tworzenie zgorzeliny w powietrzu aż do 1150˚C. Dobra do kształtowania na zimno. Na formy do szkła o najwyższym połysku, a także o skomplikowanych kształtach (np. przewężenia, jak w przypadku kieliszków, gdzie konieczna jest wysoka przewodność cieplna) dla bardzo dużych serii, na rolki transportujące, ustniki, dysze.

Łyżki wykonane z Toolox® 44 mogą znosić zarówno zużycie, jak i ciepło podczas nabierania gorącego żużla, nie tracąc przy tym swoich właściwości. (Fot. SSAB)

1.2787 - Stal 1.2787 do pracy na gorąco to stal stosowana w przetwórstwie szkła. Gatunek jest odporny na korozję, nie tworzy zgorzeliny na powierzchni. Może być ulepszany cieplnie. Stal tańsza od wymienionej 1.2782. Z powodzeniem stosowany na formy do szkła, do naczyń stołowe o estetyczniejszej powierzchni, do produkcji szkła technicznego i hartowanego, dla dużych serii.

1.2885 - Stal 1.2885 to stopowa stal narzędziowa do pracy na gorąco, podobna do 1.2365, ale zawierająca oprócz chromu i molibdenu także kobalt. Poprawiona została dzięki temu wytrzymałość na wysokie temperatury i ich zmiany. Lepsza odporność na odpuszczenie. Na formy ciśnieniowe do odlewania metali, narzędzia do wyciskania profili i na matryce do pras na gorąco. W wykonaniu ESR (przetop elektrożużlowy) trwalsza niż stal wykonana w EFS.

1.2999 - Stal 1.2999 to gatunek stali do pracy na gorąco produkowany w przetopie elektrożużlowym (ESR). Charakteryzuje się maksymalną wytrzymałością w wysokich temperaturach, dobrą odpornością na zużycie w wysokich temperaturach, połączonej z wysoką przewodnością cieplną w całym zakresie zastosowań. Stal stosowana na wkładki form ciśnieniowych, narażone na zużycie narzędzia do szybkich kowarek. Stal do odlewania metali ciężkich, na narzędzia do pracy w najwyższych temperaturach.

Jak sprawa wygląda w praktyce?

Gatunek gatunkowi nierówny, ale mając do wyboru „zwykły” i EFS (Extra Fine Structure) – poleca się wybrać ten drugi, ze względu na lepszą strukturę spowodowaną jej bardziej homogeniczną strukturą. Jeszcze lepszym materiałem jest ten, który po nazwie stopu ma dopisek ESR (Electroslag Remelting), który to skrót oznacza przetop elektrożużlowy. Na składzie w Inowrocławiu, poza zwykłym asortymentem dostępne „od ręki” posiadamy również 1.2343ESR oraz 1.2344ESR (oprócz stali na formy 1.2083ESR) właśnie już po przetopie.

Y = Rp0.2 (MPa) X = Temperatura badania (°C) Toolox® 44 ma lepszą granicę plastyczności w podwyższonych temperaturach w porównaniu ze standardową stalą 1.2344.

W trakcie tego procesu wytopu stali używa się zużywalnej elektrody wykonanej z materiału, który pragniemy ulepszyć i silnie reagującego żużlu (którego głównym składnikiem są zazwyczaj fluorki wapnia, tlenki wapnia i tlenki glinu). Proces ten odsiarcza stop oraz ogranicza znacznie ilość niemetalicznych wtrąceń (siarczki i tlenki). Dzięki przetopowi elektrożużlowemu osiągamy:
- głębokie odsiarczenie;
- ograniczenie niemetalicznych wtrąceń;
- równomierne rozłożenie niemetalicznych wtrąceń;
- równomierniejsze ziarno;
- bardziej powtarzalny materiał;
- o wiele lepszą jakość powierzchni przy polerowaniu (dzięki mniejszej zawartości związków siarki).

Y = Udarność w teście Charpy-V (J) X = Temperatura badania (°C) Toolox® 44 ma znacznie lepszą udarnosć w porównaniu z konwencjonalnymi stalami narzędziowymi do pracy na gorąco

Tu pojawia się ponownie nasz Toolox® - jak widać w tabeli jego zawartość siarki w składzie jest „przesunięta” o jedno miejsce po przecinku i nie jest to sprawka drukarskiego chochlika. Dodatek złomowy Toolox® to też stal Toolox® dzięki czemu możliwe jest zachowanie szczególnej czystości stopu. Stąd znana wszystkim doskonała polerowalność Toolox®. Natomiast warto przyjrzeć się jego granicy plastyczności Rp0,2 (Wykres 1.) w porównaniu z 1.2344 oraz udarności (Wykres 2.), które to parametry pokazują, iż jest stalą zdecydowanie wartą zwrócenia uwagi i wypróbowania w zastosowaniach do pracy na gorąco. Zwłaszcza udarność rosnąca wraz z temperaturą użytkowania narzędzia może sprawić, że matryce z niego wykonane posłużą dłużej dzięki mniejszemu ryzyku pęknięcia.

Jan Dyrda
tel. 52 354 24 18, j.dyrda@oberon.pl