Gépészeti szakismeretek 3. | Sulinet Tudásbázis

Tananyag választó:

Szerszám és gyorsacélok

Az ötvözetlen szerszámacélok kizárólag 0,8-1,5 % szenet tartalmazó anyagok. Helyes edzéssel 66…67 HRc keménység is elérhető így alkalmas forgácsolásra. A széntartalom növelésével ugyan nő az anyag keménysége és kopásállósága, de az alacsony széntartalom kedvezőbb szívóssága miatt jobb ütésállósággal rendelkezik. Szilárdságuk kielégítő, jól köszörülhetők, és olcsók.. Az igen alacsony hőállóságuk miatt 200 C° fölött kilágyulnak, elvesztik forgácsoló-képességüket. Felhasználási területük: kéziszerszámok és alacsony forgácsolási sebességgel dolgozó szerszámok, mint például reszelő, dörzsárak, menetfúrók, menetmetszők, hántolók és vésők.
Ötvözéssel szerszámacélokkal néhány tulajdonsága javítható. A jellemző ötvözőelem alapján besorolható legfontosabb alaptípusai: • Mangán ötvözésű szeszámacélok (legkisebb hőállóságú, de nem vetemedik), • Volfram ötvözésű szeszámacélok (hőállósága 300-350 C°), és • Króm ötvözésű szeszámacélok (a legjobb forgácsolhatósági tulajdonságú).
A gyorsacél olyan, különleges tulajdonsága miatt külön csoportba sorolt ötvözött acél, amely a megfelelő széntartalom mellett nagy mennyiségű speciális ötvöző elemet is tartalmaznak. Ez jelentősen megnöveli az anyag hőállóságát. (550-600 C°) és kitűnő termelékenységet eredményez. Alakos esztergakések, csigafúrók, süllyesztők, dörzsárak, menetfúrók, menetmetszők, különféle marók, fogazó szerszámok és üregelő szerszámok anyaga. Változatai: szabványos gyorsacélok, öntött gyorsacélok, porkohászati úton előállított gyorsacélok, bevonatolt gyorsacélok. A gyorsacél széleskörű alkalmazhatóságára jellemző, hogy belőle elkészíthető valamennyi szabályos élgeometriájú szerszám.

Keményfémek, kerámiák

A keményfémek 100 %-ban ötvözőkből állnak. Az anyag keménységét a fémkarbidok, szilárdságát és szívósságát a kötőanyagok adják. A kobalt tartalom növekedésével nő a keményfém szívóssága de csökken a kopásállósága és hőállósága (750-900 C°). Az összetételen kívül a keményfémek fizikai-mechanikai tulajdonságai a karbidszemcsék méretétől is függenek. A méret csökkenésével növekszik a keménysége, kopásállósága, de csökken a hajlító szilárdsággal jellemezhető szívóssága. A növekvő szemcseméret javítja az ütésállóságot. A jó kopás és hőállóság általában alacsony szilárdsággal és szívóssággal párosul és fordítva.
A keményfémek keménysége:

.
A szabványos keményfémek három csoportját ismerjük:
K csoportba tartozó egykarbidos (volfram-karbid) keményfémek tört forgácsot adó, rideg anyagok (öntöttvas) forgácsolására alkalmas (jelölési színük: vörös). A forgácsolandó anyag

tartománya:

.
P csoport kétkarbidos (titán-volfram alapú) keményfémeit folyó forgácsot adó acél forgácsolására alkalmazzák (jelölési színük: kék). A forgácsolandó anyag

tartománya:

.
M csoport háromkarbidos (titán-tantál-volfram alapú) keményfémei ötvözött acélokhoz (rozsdamentes ausztenites, ferrites és martenzites acélok) és acélöntvényekhez használhatók (jelölési színük: sárga). A forgácsolandó anyag

tartománya:

. Az anyag igen magas ára és bonyolult előállíthatósága miatt a keményfém szerszámok szinte kizárólag összetett kivitelbe készülnek. A dolgozó és a hordozó rész összeerősítésének két alapvető módja van: forrasztás (esetenként ragasztás), illetve mechanikus szerelés. Felhasználási területük: a forgácsoló szerszámok jelentős hányada keményfémből készül. Elsősorban esztergakések, fúrók, dörzsárak, marók. A nehéz megmunkálhatósága miatt csak egyszerűbb alakú szerszámokat állítanak elő.

Kerámia rendkívül kemény (

), rideg és rendkívül magas hőállóságú anyag (1400 C°). Kristályos szerkezetű alumíniumoxidot (

) alapul véve sajtolással és zsugorítással állítják elő. A kerámia szerszámanyag kis méretű lapkák formájában kerül alkalmazásra. A lapkákat forrasztással, ragasztással vagy mechanikus úton rögzítik a szerszámtesthez. A kerámia hőállóságát tekintve jobb az összes többi szerszámanyagnál de nagy hátránya, hogy hajlító szilárdsága és ütőmunkája igen alacsony. Ezért lágy színesfémek megmunkálására alkalmas, illetve általában a simító megmunkálás szerszáma.

Kerámia, cermet

A cermet (keramikus fém) új típusú simításra használatos szerszámanyag. Molibdén, nikkel (esetleg kobalt) alapanyagba ágyazott titán-karbidból (TiC), titán-nitritből (TiN), főként pedig titán-karbonitritből (TiCN) áll. A cermet a kerámia hátrányos tulajdonságain a szívósság növelésével tudott javítani.

A keményfém szerszámanyagokkal rokon, oxidok (

), illetve karbidok (TiC, WC, TaC), és/vagy nitridek (

, TiN) kötőanyag nélküli, sajtolással és magas hőfokon való zsugorírással előállított keveréke.

Szuperkemény szerszámanyagok, gyémántm, köbös bórnitrid

A szuperkemény szerszámanyagok a legkeményebb és legdrágább szerszámanyagok: természetes és mesterséges gyémánt és a köbös bórnitrid.
A gyémánt rendkívüli nagy keménységű (

) szerszámanyag. A forgácsoló szerszámokba 0,3-0,8 karátos (1 karát=0,2 gramm) gyémántkristályt építenek be forrasztással vagy mechanikus rögzítéssel. A gyémánt hővezető képessége igen magas, ezért forgácsolásnál alacsonyabb hőfok alakul ki. Az alacsony súrlódási tényező (μ=0,15-0,05) igen jó minőségű felület kialakítását teszi lehetővé.
A gyémánt nagy hátránya, hogy igen kicsi a hajlítószilárdsága (

). Hőállósága alacsony (700 C° felett a gyémánt szénné alakul át). Rendkívül drága: a hasonló rendeltetésű keményfém szerszámok árának több mint ötvenszeresét is eléri. A nagy ridegség és a viszonylag alacsony hőállósága miatt nem célszerű vasalapú ötvözetek (acél, öntött vas) forgácsolására használni. Ugyanakkor hatékonyan lehet alkalmazni színesfémek, nagy szilárdságú műanyagok megmunkálására. A gyémántszerszámok választéka igen szűk: elsősorban simító esztergakést, finom fúrószerszámot és esetenként fúrót készítenek belőle. A köbös bórnitrid hasonló rendeltetésű, mint a gyémánt, annak hátrányos tulajdonságai nélkül. Felhasználási területe jóval nagyobb.

A gyémánt a tiszta szén kristályosodott tetraéderes formája, ahol a szénatomok a legerősebb kémiai kötésben kapcsolódnak egymáshoz. Létrehozásához legalább

nyomás és 1400 °C szükséges. Ezek a feltételek bizonyos esetekben a földkéreg alatt 100-200 km mélységben alakulhatnak ki, ami ideális környezet a gyémánt születéséhez. A természetben található legkeményebb, de rideg anyag. A gyémánt mesterségesen is előállítható grafitból fémkatalizátorok (pl. Pt, Ta, Rh, Ni) jelenlétében, 1300-1500 C°-on és

kPa (50.000 atm) nyomáson. Az így keletkező kristályok aprók, de ipari célra kiválóan megfelelnek. A szén és a gyémánt közötti további különbség, hogy míg a grafit kristályrácsában a szénatomok lazábban helyezkednek el, vagyis egymástól távolabb fekszenek, és a kristályok rendkívül kicsinyek, addig a gyémánt -kristályban a szénatomok elhelyezése rendkívül tömött.

Keménység - hőmérséklet függvény

Felhasználási területek

Különböző szerszámanyagok jellegzetes felhasználási területei

Szerszámok anyagai