TECHNOLOGIA METALI II

MATERIAŁY W OBRÓBCE PLASTYCZNEJ

dr inż. Robert Skoblik

Politechnika Gdańska
Wydział Mechaniczny

Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania

Literatura
1.Dobrucki W.: Zarys obróbki plastycznej metali. Katowice: Śląsk 1975
2.Dobrzanski L.A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności

fizycznych. Warszawa: WNT 1987.

3.Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna. Warszawa: PWN 1986.
4.Erbel S., Kuczyński K., Olejnik L.: Technologia obróbki plastycznej. Laboratorium. Ofic.

Wyd. Pol. Warszawskiej.Warszawa 2003

5.Kuczyński K., Erbel S.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Warszawa: Wyd.

Politechniki Warszawskiej 1984.

6. Marciniak Z.: Mechanika procesów tłoczenia blach. Warszawa: WNT 1961.
7.Marciniak Z.: Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa: WNT 1971.
8.Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o,

Warszawa 2002

9.Marciniak Z., Kołodziejski J.: Teoria procesów obróbki plastycznej. cz.II. Tłoczenie

blach. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej 1983.

10. Mazurkiewicz A., Kocur L.: Obróbka plastyczna. Laboratorium. Wyd. Pol. Radomskiej.

Radom 2006

11. Praca zbiorowa. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania.

Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Gdańsk: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1984.

12. Praca zbiorowa pod redakcją Erbla J.: Encyklopedia technik wytwarzania

stosowanych w przemyśle maszynowym Ofic. Wyd. Pol. Warszawskiej.Warszawa 2001.

13.Praca zbiorowa pod redakcją Sińczaka J.: Procesy przeróbki plastycznej – ćwiczenia

laboratoryjne. Podstawy teoretyczne i wykonawstwo ćwiczeń. Kraków: Wydawnictwa
Naukowe AKAPIT 2001

14. Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. Warszawa: WNT 1976.
15.Skoblik R., Wilczewski L.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna. Laboratorium. Gdańsk:

Wyd. Politechniki Gdańskiej 1997

Projektowanie procesów tłoczenia

Tłoczenie - szereg różnorodnych procesów obróbki
plastycznej metali, realizowanych przede wszystkim na
zimno,

stosowanych

do

rozdzielania

i kształtowania materiałów w postaci blach i innych
elementów metalowych.

Tłoczenie przeprowadza się za pomocą oprzyrządowania
zwanego

tłocznikami,

przeważnie

na

prasach

mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z
wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od
dwóch pozostałych - stan naprężenia (poza pewnymi
wyjątkami) można uważać za płaski. Procesy tłoczenia,
podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału
stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie - kształtowanie).

Cięcie – jest to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana
jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego
na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie
stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która
polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym
miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego
przedmiotu.

Punktem wyjścia do projektowania są następujące dane:
• rysunek konstrukcyjny przedmiotu oraz stawiane mu
warunki techniczne,
• funkcja przedmiotu i jego ewentualne współdziałanie w
zespole,
• wielkość produkcji,
• dysponowany park maszynowy z wyposażeniem,
• możliwości kooperacyjne.

Opracowanie procesu tłoczenia można podzielić na
następujące etapy:
• analiza technologiczności konstrukcji przedmiotu,
• określenie kształtu i wymiarów półwyrobu wyjściowego,
• wyznaczenie liczby i kolejności zabiegów przy tłoczeniu
złożonym oraz krotności tłoczenia (rozmieszczenia wykrojów),
• określenie wymiarów i tolerancji półwyrobów po każdej
operacji,
• wybór materiału wyjściowego i jego wykorzystanie,
• dokonanie podstawowych obliczeń,
• wybór maszyn do operacji tłoczniczych.

Technologiczność przedmiotu - jest to zespół cech,
które pozwalają na osiągniecie najniższego kosztu
wykonania, przy jednoczesnym zachowaniu wymagań
kształtu,

wymiarów,

wytrzymałości,

wykończenia,

przydatności itp.

Poprawy technologiczności dokonuje się na drodze zmian
konstrukcyjnych przedmiotu, zmniejszających koszt jego
wykonania.
Można to osiągnąć przez:
• zmniejszenie zużycia materiału wyjściowego,
• obniżenie pracochłonności wykonania (zmniejszenie
liczby operacji, maszyn, tłoczników, oraz wprowadzenie
mechanizacji lub automatyzacji).

Materiały stosowane na wyroby tłoczone i wyoblane

Materiał stosowany do wykonania przedmiotów tłoczonych
powinien odpowiadać:

-przeznaczeniu,

-warunkom eksploatacyjnym,

- wymogom technologicznym, wynikającym z charakteru
odkształcenia.
Na własności technologiczne materiałów walcowanych na
zimno
i wykorzystywanych w tłocznictwie, ma:

- wielkość odkształcenia przy walcowaniu,

- charakter obróbki cieplnej,

- strukturalna postać węgla (ujemny wpływ strukturalnie
swobodnego cementytu),

- wielkość i kształt ziaren ferrytu,

- stan powierzchni (brak linii poślizgu przy odkształceniu)
decydujący o jakości powierzchni - braku pasów na blasze.
Szczególnie w odniesieniu do materiałów poddawanych
głębokiemu ciągnieniu i o strukturze gruboziarnistej, gdzie na
powierzchni powstaje tzw. „skórka pomarańczowa".

Własności technologicznych materiałów do tłoczenia można

scharakteryzować wyznaczając wskaźniki plastyczności:
• przewężanie względne Z podczas rozciągania (rzadko
stosowane w przypadku blach, z powodu trudnego określenia,
częściej parametry n i R);
• równomierne wydłużenie względne e

r

, lub odpowiadające mu

równomierne przewężenie względne Z

r

;

• stosunek granicy plastyczności R

e

do wytrzymałości na

rozciąganie R

m

(im mniejszy jest stosunek R

e

/R

m

tym większe

jest przewężenie Z

r

.

).

Biorąc pod uwagę zdolność do odkształceń plastycznych
materiały stosowane do tłoczenia klasyfikuje się na grupy:
- materiały małoplastyczne - bardzo mało umacniające się; Z

r

=

0,10-0,15 (np. stal o średniej zawartości węgla typu (35) do (50),
stal 12HMN i inne);
- materiały średnioplastyczne - mało umacniające się; Z

r

= 0,15-

0,20 (stale typu (20) do (30), stale chromowo-niklowe, aluminium
o znacznym stopniu umocnienia);
- materiały plastyczne - średnio umacniające się; Z

r

= 0,20-0,25

(stale niskowęglowe typu (08), (10), (15), mosiądz, wyżarzone
aluminium);
materiały bardzo plastyczne - silnie umacniające się; Z

r

= 0,25-

0,30 (stal 1H18N9T po przesycaniu, wyżarzona miedź, stopy
tytanu, stopy permalloy i kowar).

Tablica 1 Przykłady technologicznego zastosowania blachy stalowej i jej własności mechaniczne [3]

Zastosowanie

Wytrzymałość

na rozciąganie

R

m

(MPa)

max

Wydłużenie

A

O

(%)

min

Twardość

HB

max

Głębokość

wytłoczenia

(tłoczność

wg Erichsena)

(mm)

min

Wykrawanie płaskich

przedmiotów

650

l -5

84-96

6-7

Wykrawanie, proste
gięcie pod kątem 90°
w poprzek włókien
z dużym promieniem
gięcia
(r>29)

500

4-14

75-85

7-8

Płytkie ciągnieni i wy

gniatanie. Gięcie o kąt 180° w
poprzek włókien lub o kąt 90°
wzdłuż włókien z promieniem
gięcia r>0,5g

420

13-27

64-74

8-9

Głębokie ciągnienie

(dopuszczalne linie pośli zgu).
Gięcie o kąt 180° we wszystkich
kierunkach

z promieniem gięcia
r < 0,5g

370

24-36

52-64

9-10

Głębokie ciągnięcie (nie

znaczne linie poślizgu).

Gięcie o kąt 180° we
wszystkich kierunkach
z promieniem gięcia
r<0,5g

330

33-45

38-52

10-12

Do najczęściej stosowanych materiałów metalowych
należą blachy i taśmy z miękkiej stali węglowej, miedzi i
jej stopów, stopów aluminium, cynku, niklu i tytanu.
Oprócz tego przez tłoczenie na zimno obrabia się mniej
rozpowszechnione metale i stopy jak:
• molibden i jego stopy;
• tantal i jego stopy;
• specjalne stopy Ni - Co (inwar, platynit, kowar i inne);
• beryl, cyrkon i ich stopy;
• metale szlachetne (złoto, srebro).

Stal. Stal węglowa o małej zawartości węgla (0,05% -
0,15%) nadaje się dobrze do tłoczenia za pomocą
gięcia, ciągnięcia, wygniatania i innych procesów, w
których wymagane są dobre własności plastyczne
materiałów.
Do tłoczenia stosuje się cienkie blachy stalowe (o
grubości do 4,75 mm) wg PN-EN 10130+A1:1999.
Wymiary tych blach podane są w normie PN-EN
10131:1998.
W zależności od jakości powierzchni rozróżnia się 4
rodzaje blach cienkich, stalowych do tłoczenia: I, II,
III, IV. Rodzaj I odpowiada najwyższej jakości
powierzchni.
Ze względu na możliwość wykorzystania powierzchni
arkusza norma PN-81/H-92131 rozróżnia dwie klasy
jakości blach:
• blachy całkowicie odpowiadające wymaganiom
normy;
• blachy z wadami powierzchni skupionymi na 1/4
powierzchni arkusza. [10]

Ze względu na przydatność do tłoczenia rozróżnia się sześć
kategorii cienkich blach (PN-EN 10130+A1:1999):
P - blacha płytko tłoczna;
T - blacha tłoczna;
G - blacha głęboko tłoczna;
B - blacha bardzo głęboko tłoczna;
SB - blacha na trudne wytłoczki o złożonym kształcie;
SSB - blacha na bardzo trudne wytłoczki, złożonym kształcie,
dużym odkształceniu podczas tłoczenia.
Na wyroby tłoczone stosowane też są blachy ze stali
nierdzewnej wg normy PN-EN 10088-1-3:1998.
Bednarka stalowa, stosowana na wyroby tłoczone, jest
wytwarzana ze stali St0S lub St2S. Grubość bednarki wynosi
1,5-5 mm, a szerokość 20 - 300 mm. Wymiary podaje norma
PN-76/H-92325.
Taśmy stalowe do tłoczenia są walcowane na (PN-92/H-92327)
ze stali nisko-węglowej w trzech klasach (klasa I, II, III)
określających dopuszczalne wady powierzchni (wgniecenia,
zadrapania, chropowatość itp.). Klasie I odpowiada najwyższa
jakość powierzchni. [10]

Ze względu na stan powierzchni rozróżnia się taśmy stalowe:
Cl, C2 - powierzchnia ciemna;
S l - powierzchnia jasna;
S2 - powierzchnia czyszczona;
S3 - powierzchnia polerowana;
S4 - powierzchnia szlifowana;
S5 - powierzchnia szlifowana i polerowana.
Ze względu na stan utwardzenia lub obróbki cieplnej taśma
stalowa może być:
G - głęboko tłoczna;
M. - miękka;
PM - półmiękka;
PZ - półtwarda;
Z - twarda.
Wytwarzane są taśmy o grubości 0,1-4,0 mm i szerokość 44-300
mm.

Do produkcji tłoczeniem wprowadzono również blachy
stalowe

lakierowane

lub

pokryte

tworzywem

sztucznym. Blachy te nadają się do produkcji płaskich
wyrobów, oraz przestrzennych nie wymagających
głębokich tłoczeń. Należy również wspomnieć o
blachach

nierdzewnych

polerowanych

charakteryzujących

się

mniejszymi

oporami

kształtowania wyrobu. Nowym materiałem jest również
blacha stalowa lub aluminiowa pokryta kolorowym
tworzywem PCV. Powłoka o gru bości 0,36 mm
charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie,
korozję, działanie kwasów. Materiał ten tłoczy się w
zwykłych tłocznikach bez uszkodzenia powłoki.[10]

Ze względu na dokładność wykonania wymiarów grubości
wymienić należy trzy grupy:
1) blachy zwykłej dokładności wykonania grubości - bez
wyróżnika - dla grubości 0,8 mm dopuszczalna odchyłka
grubości ±0,09 mm,
2) blachy o podwyższonej dokładności wykonania grubości - z
wyróżnikiem „pg" - dla gru bości 0,8 mm dopuszczalna
odchyłka grubości ±0,07 mm,
3) blachy o wysokiej dokładności wykonania grubości - z
wyróżnikiem „wg" - dla grubości 0,8 mm dopuszczalna
odchyłka grubości ±0,06 mm. Przykładowe oznaczenie blachy
przeznaczonej na nadwozia samochodów
la-m-SSB 0.8 wgX1500X3000.
Jest to blacha w arkuszach, rodzaju i jakości powierzchni (la), o
matowym

(m)

stopniu

wykończenia

powierzchni,

z

przeznaczeniem na szczególnie trudne wytłoczki (SSB),
pierwszej jakości, o grubości 0,8 mm, wysokiej dokładności
wykonania wymiaru grubości (wg), o szerokości 1500 mm i
długości 3000 mm.

Tabela . Własności mechaniczne i technologiczne blach

stosowanych w procesach tłoczenia wg PN-87/H-92143 i PN-
81/H-92121 [13]

Kategori
a blach

Gruboś
ć
blachy

Własności mechaniczne i technologiczne

R

0,2

R

m

A

50

(dla g < 2

mm, lo = 50

mm,

bo= 12,5

mm)

R

min

.

n

min.

IE

20

(min.)

(dla

g =

0,8

mm)

mm

MPa

%

-

-

mm

USB

0,6 -
2,0

-

-

-

1,5-1,4

0,2

-

SSB

0,5-2,5

>150

280 -

340

38

-

-

10,40

SB

>150

280-350

35

-

-

10,20

B

-

250-390

32

-

-

10,00

G

-

250-410

28

-

-

9,50

T

-

250-410

25

-

-

9,30

P

-

do 490

23

-

-

7,80

Miedź i jej stopy nadają się dobrze do tłoczenia.
Blachy, pasy i taśmy wykonuje się z prawie czystej
miedzi ojej zawartości 99,96%; 99,7%; 99,5% wg
PN-EN 1652:1999.
Własności mechaniczne i tłoczność blach i pasów
mosiężnych podaje normę PN-EN 1652:1999.
Spośród różnych gatunków mosiądzów podanych w
normie do obróbki plastycznej najbardziej nadają się
mosiądze oznaczone M60 i M63.

Aluminium i jego stopy bardzo dobrze nadają się
do obróbki plastycznej. Stosowane są szeroko do
produkcji

sprzętu

gospodarstwa

domowego,

zwłaszcza do tłoczenia i wyoblania naczyń
kuchennych.

Rodzaje,

gatunki

i

własności

mechaniczne blach i taśm aluminiowych opisują
normy

PN-87/H-92741

i PN-87/H 92833. Spośród bardzo wielu stopów
aluminium jako bardzo podatne do obróbki
plastycznej

należy

wymienić

stopy:

PA l, PA 2, PA 4, PA 11.

Materiały niemetalowe. W tłocznictwie przerabia się
wiele

materiałów

nieme

talowych

i

tworzyw

sztucznych. Ogólnie materiały te dzieli się na dwie
grupy:
l. materiały przekładkowe: papier, karton, preszpan,
skóra, filc, wojłok, guma, tkaniny gumowane, tkaniny
bawełniane i tkaniny wełniane;
2.

materiały

konstrukcyjne

elektroizolacyjne

i

cieplnoizolacyjne:
a) tworzywa sztuczne warstwowe np.: tekstolit,
laminaty;
b) tworzywa sztuczne lite np.: celuloid, PCV, PE;
c) tkaniny i wyroby azbestowe;
d) mika

Znaczny rozwój przetwórstwa blach, związany z rozwojem
motoryzacji,

nowych

technologii

i

materiałów

stosowanych do tłoczenia, wyznacza kierunki nowych
badań i poszukiwań. Kryteria jakim muszą odpowiadać
nowoczesne materiały, można ująć następująco:
- tłoczność,

- możliwość stosowania w automatycznych liniach
produkcyjnych,

- odporność na korozję,

- wytrzymałość,
- estetyka i funkcjonalność.

Typ blachy

Charakterystyka

Blachy głęboko tłoczne, karoseryjne

Rm< 400 MPa; A5o> 45 %; r„> l .75

Blachy tłoczne ze stali o podwyższonej
wytrzymałości

O8JNb - stal mikrostopowa (R

m

ok. 450 MPa)

Stale umocnione roztworowo i dyspersyjnie:
08JVN - stal mikrostopowa (R^ ok. 500 MPa)
08JNbVN - stal martenzytyczno-ferrytyczna (R

m

, ok.

800MPa)
Stal ze zwiększonym dodatkiem manganu: 08G3A - stal
martenzytyczno-ferrytyczna (R

m

ok. 900 MPa)

Blachy z materiałów typu IF i BH
oznaczone jako: DQ-R=1.5,n=0.21,
DDQ-R =1.8, n =0.23, EDDQ-
R=2.2,n=0.25, S-EDDQ-
R=2.7,n=0.27 Przykładowe własności
w tabeli 12.2: ULC BH180; IF180;
IF220; IF260

Blachy do elektrolitycznego i ogniowego cynkowania;
szczególne mała zawartość (C) (ULC) już od 20 ppm, do
0.003 - 0.006% max. do 0.08%; bardzo dobra tłoczność,
zdolność pochłaniania energii przy dynamicznym
odkształceniu, umocnienie przy wypalaniu lakieru;
umocnienie roztworowe i dyspersyjne

Blachy głęboko-tłoczne, pokrywane
powłokami metalicznymi, foliami lub
lakierami

Trudności przy kształtowaniu - nietrwałość powłok
ochron nych lub dekoracyjnych

Blachy platerowane, wielowarstwowe,
z przekładkami z tworzyw sztucznych

Do specjalnych zastosowań, zarówno o specjalnych
wymaganiach wytrzymałościowych jak również
specjalnych wa runkach pracy

Blachy perforowane

Na specjalne konstrukcje - ażur

Blachy łączone - Tailored Blanks

Łączone blachy o różnych grubościach i różnych
własnościach

Tabela. Materiały do tłoczenia i ich charakterystyka

[13]

Metody oceny przydatności blach do tłoczenia

Tłoczność

-

terminem

tym

określa

się

plastyczną

odkształcalność blachy, rozumianą jako technologiczną jej
przydatność

do

plastycznego

kształtowania

i stanowiącą o zdolności blachy do odkształceń plastycznych i
łatwości przyjmowania żądanego kształtu w określonej
operacji.

Jako pierwszy w roku 1900 K. Musiol opisał mechanizm
odkształceń

występujących

przy

tłoczeniu

blach

bez

pocienienia i podał granice odkształcenia dla określonego
materiału.
Granicę, do jakiej można dokonywać tłoczenia próbki określił
za pomocą tzw. granicznego współczynnika tłoczenia:

m

mim

= d

st

/D

max

gdzie:
D

max

to maksymalna średnica krążka wyjściowego, z której

można otrzymać miseczkę bez kołnierza przy tłoczeniu
stemplem o średnicy d

st

.

Własności

technologiczne

blach

tłocznych

i

głębokotłocznych są w określone przez ich własności
mechaniczne, zależne od składu chemicznego,
struktury i wielkości ziarna, stopnia odkształcenia i
rodzaju obróbki cieplnej.

Spośród cech materiałowych, które mogą wywierać
wpływ na tłoczność blachy za najważniejsze uważa się:
1. zdolność do umacniania,
2. czułość na prędkość odkształcenia,
3. jednorodność,
4. anizotropię normalną.

Wpływ umocnienia

Krzywe umocnienia dla różnych materiałów [10]

Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnym współczynniku wzmocnienia [10]

Krzywe umocnienia dla dwóch materiałów o różnej czułości na prędkość odkształcania [10]

Wpływ anizotropii normalnej

Anizotropia

płaska

jest

stosunkiem

ekstremalnych

odkształceń w dwóch kierunkach leżących w płaszczyźnie
blachy. Mała anizotropia płaska jest korzystna, gdyż umożliwia
przy głębokim tłoczeniu uniknięcie tzw. „uch", powstających w
wyniku anizotropii odkształcenia.

Anizotropia normalna jest stosunkiem odkształcenia w
dwóch kierunkach wzajemnie prostopadłych, (normalnych do
działającego naprężenia rozciągającego, jeden z nich jest
prostopadły do powierzchni blachy). Korzystna jest natomiast
duża anizotropia normalna, ponieważ tłoczenie odbywa się
przy niewielkim, lokalnym pocienieniu blachy i tym samym
opóźnia pojawienie się pęknięcia. Można więc powiedzieć, że
blacha przeznaczona do głębokiego tłoczenia powinna mieć
dużą ciągliwość, zdolność do umocnienia i anizotropię
normalną. Własności takie uzyskuje się przez wytworzenie
odpowiedniej

tekstury;

np.

dla

blach

karoseryjnych

najkorzystniej byłoby wytworzyć teksturę {110}, najczęściej
jednak występuje tekstura {111}, również korzystna.

Przykład figury anizotropii płaskiej
blachy [l0]

Elipsy plastyczności dla materiału izotropowego R=l i
anizotropowego R>1

Tablica. Wpływ różnych cech materiału na tłoczność blachy w różnych operacjach

[10]

Nazwa operacji

Umocnienie Anizotropia

normalna

Jednorodno

ść

Czułość na
prędkość
odkształcan
ia

Jednoosiowe
rozciąganie

+

+

+

Dwuosiowe

rozciąganie

+

-

+

+

Wytłaczanie

+

+

+

-

Pr

z

etłaczanie

-

+

+

-

Stale narzędziowe

Stal narzędziowa – stal do produkcji narzędzi, elementów
przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów.
Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością,
odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i
niewrażliwością na przegrzanie. Cechy te osiąga się przez
wysoką zawartość węgla i odpowiednią obróbkę cieplną przy
narzędziach mało odpowiedzialnych oraz użycie odpowiednich
dodatków stopowych połączone z odpowiednią obróbką
cieplną w przypadku odpowiedzialnych narzędzi. Stale
narzędziowe dzieli się na:
- stale narzędziowe węglowe
- stale narzędziowe stopowe

- stale do pracy na zimno
- stale do pracy na gorąco

- stale szybkotnące

Stal narzędziowa węglowa

Stal narzędziowa węglowa – stal narzędziowa, która nie
posiada większej ilości dodatków stopowych oprócz węgla,
którego zawartość mieści się w granicach 0.5% - 1.3%.
Innymi cechami odróżniającymi stale węglowe narzędziowe
od stali konstrukcyjnej jest zmniejszona zawartość
manganu i drobnoziarnistość. Od większości stali
narzędziowych

węglowych

wymaga

się,

by

były

płytkohartujace. Na mniej odpowiedzialne narzędzia
stosuje się tańszą stal głęboko hartującą się. Płytkie
hartowanie jest pożądane, gdyż zapewnia twardość
powierzchni narzędzia, przy jednoczesnej wytrzymałości
rdzenia narzędzia na uderzenia. Polska Norma PN-XX/H-
85020 podaje szereg stali narzędziowych węglowych: N5,
N6, N7, N7E, N8, N8E, N9, N9E, N10, N10E, N11, N11E,
N12, N12E, N13, N13E. Litera N jest ogólnym
oznaczeniem stali narzedziowych, liczba koduje średnią
zawartość węgla z mnożnikiem 10 (np. dla N11, zawartość
węgla leży w granicach 1.05% - 1.14%). Symbol E na końcu
oznacza, że stal jest płytko hartujaca się.

Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno

Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno – stal stopowa
narzędziowa stosowana na narzędzia do obróbki skrawaniem i
plastycznej, które mogą się tylko nieznacznie nagrzewać w czasie
pracy. Tego rodzaju stali używa się także do produkcji przyrządów
pomiarowych. Od stali do pracy na zimno wymaga się, by
zachowała swoje właściwości do temperatury +200 °C.
Stale te dzieli się następujące grupy:

Stal do hartowania w wodzie NW1 posiada wysoką zawartość
węgla (1.1% - 1.25%) oraz dodatek wanadu (1.0% do 1.5%),
przeznaczona jest na narzędzia tnące do cięcia papieru, gumy,
noże krążkowe, wiertła, rozwiertaki, frezy, punktaki, przebijaki,
gwintowniki, narzynki, piły tarczowe, piły ręczne, stemple do
bicia monet, narzędzia grawerskie.
Stale do hartowania w oleju NC10, NC11, NWC, NWM, NC6,
NC4 o dużej zawartości węgla, w niektórych do ponad 2.0%
oraz chromu (od 1% do 13%). Charakteryzują się niewielkimi
odkształceniami podczas hartowania i wysoką odpornością na
ścieranie. Używane do wytwarzania pierścieni do przeciągania,
noży do nożyc, kowadeł, wykrojników, rolek do walcowania na
zimno, narzędzi do cięcia kamienia, narzędzi do ciągnięcia
drutu, gratownic, narzędzi do wyrobu gwoździ, przymiarów,
form do tłoczenia i wtryskiwania tworzyw sztucznych.

Stale na narzędzia pneumatyczne NZ3 i NZ2 o
niskiej zawartości węgla (od 0.2% do 0.6%),
podwyższonej zawartości krzemu (0.8% do 1.0%) oraz
z dodatkami chromu, wanadu i wolframu. Wymagana
duża twardość powierzchniowa i odporność na
ścieranie lecz przy tym odporność na uderzenia.
Używane na ostrza młotów pneumatycznych lub inne
podobne urządzenia.
Stal na piły NCV1 używana na wszelkiego rodzaju piły.

Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco

Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco - stal
stopowa narzędziowa stosowana na narzędzia do obróbki
plastycznej na gorąco i do budowy form odlewniczych
narażonych na bardzo wysokie temperatury w czasie pracy.
Wymaga się, by stale te zachowały swoje właściwości do
temperatury +600°C. Osiąga się to poprzez zastosowanie
wolframu i molibdenu jako dodatków stopowych nawet do
8% - 10%, jak to ma miejsce przy stali WWV. Polska Norma
wymienia szereg stali do pracy na gorąco, miedzy innymi
WCMB, WNL, WCL, WCLV, WLV, WLK, WWS1 i WWV.
Zawartość w nich węgla należy do zakresu 0.25% - 0.6%,
chromu 1.5%– 4.0%, molibdenu i wolframu 1.0% do 10.0%,
manganu w zakresie 1.0%, krzemu 0.2% - 1.2%, są także
obecne pewne dodatki wanadu, berylu, kobaltu i niklu.
Najczęstszymi zastosowaniami stali narzędziowych do pracy
na gorąco jest wytwarzanie: matryc do pras i kuźniarek,
stempli do spęczniania, trzpieni i ciągadeł do przeciągania
na gorąco rur i prętów, bębnów walcarek, noży, przebijaków
do gorących blach itp.

Stal szybkotnąca

Stal szybkotnąca - stal stopowa narzędziowa używana
do wytwarzania narzędzi do obróbki skrawaniem przy
dużych prędkościach skrawania. Wymaga się od nich
zachowania twardości i kształtu, aż do temperatury
+600°C. Cechę tę realizuje się przez zastosowanie
dodatków stopowych - węgla 0.75% - 1.3%chromu 3.5 % -
5.0%, wolframu 6% - 19%, wanadu 1.0% - 4.8%,
molibdenu 3.0% do 10%, a w niektórych gatunkach także
i kobaltu 4.5% - 10.0%, oraz odpowiednią obróbkę
cieplną. W jej czasie dokonuje się wyżarzania, tak by
dodatki stopowe utworzyły związki z węglem, tzw.
węgliki, które w znacznym stopniu muszą się rozpuścić w
ferrycie. Wymaga to bardzo uważnej i długotrwałej
obróbki.
Polska Norma wymienia szereg stali szybkotnących,
miedzy innymi SW18, SW7M, SW12C, SKC, SK5V, SK5M,
SK8M,

SK10V.

Stal szybkotnącą używa się do wytwarzania noży
tokarskich,

frezów,

wierteł

i

innych

narzędzi

skrawających nagrzewających się w czasie pracy do
wysokich temperatur.

PN

EN

W.nr

AISI

NC6

-

-

-

NC10

-

-

-

NC11

X210Cr12

1.2080

~D3

NC11LV

X160CrMoV1
2 1

1.2379

D2

NMV

90MnV8

1.2842

O2

NW1

-

1.2414

F1

NZ2

45WCrV8

1.2542

S1

NZ3

55WCrV8

1.2550

~S1

N8E

CT80

1.1525

~W1-8A

N9E

CT90

1.1830

W1-81/2A

N12E

CT120

1.1663

W1-111/2A

WCL

X37CrMoV51 1.2343

H11

WCLV

X40CrMoV51
1

1.2344

H13

WNL

~55NiCrMoV
7

1.2713

~L6

WLV

30CrMoV121
1

1.2365

H10

SW7M

HS6-5-2

1.3343

M2

SW18

HS18-0-1

1.3355

T1

SK10V

HS10-4-3-10 1.3207

-

STAL NARZĘDZIOWA

NMV - stal narzędziowa przeznaczona na noże,
stemple, wykrojniki, płyty tnące o złożonym
kształcie, rozwiertaki, przeciągacze, gwintowniki,
narzynki, szczęki do nacinania gwintu, frezy do
drewna oraz noże talerzowe do cięcia papieru i
skóry.
NZ3 - stal narzędziowa przeznaczona na
przebijaki, przecinaki, matryce, stemple, noże do
cięcia drewna i metali, dłuta pneumatyczne,
przecinaki, matryce do pracy na zimno, formy do
gięcia, rolki do prostownic.
N8E - Stal narzędziowa niestopowa na matryce i
stemple do pracy na zimno, dłuta i piły taśmowe do
drewna, przebijaki, noże do nożyc do cięcia na
zimno.
N9E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia
do obróbki twardego drewna i niektórych stopów o
dobrej skrawalności, np. gwintowniki i rozwiertaki,
oraz niektóre matryce do pracy na zimno.
N10E - Stal narzędziowa niestopowa. Narzędzia
skrawające z małą szybkością, niezbyt obciążone:
wiertła, frezy, rozwiertaki, narzynki, gwintowniki,
piłki do metali, matryce, stemple, znakowniki, płyty
okrojnikowe, wykrojnikowe, oraz narzędzia do
obróbki kamieni.

Współcześnie stale narzędziowe, szczególnie te
wysokiej jakości, wypierane są przez stellit i węgliki
spiekane.
Stellit
Stellit - stop odlewniczy kobaltu – do 10%, chromu -
25 %do 30% i wolframu 35% - 50% zawierający
często także domieszki węgla – 2% do 4%, żelaza i
molibdenu. Stellity charakteryzują się bardzo wysoką
twardością, do 60HRC, a zarazem kruchością,
wykazują dużą odporność na ścieranie i na wysokie
temperatury (do 900°C).
Produkty ze stellitu odlewa się i nie wymagają one
żadnej obróbki cieplnej.
Stellity wykorzystuje się do produkcji najwyższej
jakości narzędzi, części silników spalinowych oraz
innych elementów pracujących w ekstremalnych
warunkach ciepłych.
Stellity wzięły swoją nazwę od stelle, co w łacinie
oznacza "gwiazda". Badacze struktur zauważyli
bowiem

charakterystyczne

gwiazdy

o

ostro

zarysowanych

kształtach

w strukturze

mikro

badanych przekrojów stopów kobaltu.

Węglik spiekany

Węglik

spiekany

–

materiał

konstrukcyjny uzyskany z węglików takich
metali jak wolfram, tytan, rzadziej tantal,
niob, cyrkon, chrom metodami metalurgii
proszkowej. Rozdrobnione węgliki ulegają
sprasowaniu,

przy

wysokich

temperaturach

i

ciśnieniu.

Spoiwem

węglików spiekanych jest kobalt, czasem
nikiel lub wanad. Elementy wykonane z
węglików spiekanych charakteryzują się
wysoką

odpornością

na

ścieranie,

twardością i są mniej kruche od stellitów.
Węgliki

spiekane

zachowują

swoje

charakterystyki do temperatury 1000°C.
Zastosowane jako narzędzia do obróbki
skrawaniem pozwalają na wielokrotne
zwiększenie prędkości skrawania. Nadają
się

do

obróbki

skrawaniem

takich

materiałów jak porcelana, stal hartowana,
żeliwo białe itp. Używane są także do
zbrojenia narzędzi górniczych.

Wadą węglików jest ich kruchość oraz wysoka cena,
co powoduje, że z reguły nie wykonuje się z tego
materiału całego narzędzia a tylko niewielkie płytki
przytwierdzone do korpusu narządzi skrawających
w miejscu ostrza i do tego celu są używane
najczęściej. Z korpusem mogą być łączone:
trwale, przez lutowanie – po zużyciu płytki są wtedy
ostrzone,

co

jest

operacją

czasochłonną

i

kosztowną;
rozłącznie, przez różnego rodzaju mechaniczne
mocowanie (płytki wieloostrzowe) – po zużyciu
zmienia się ostrze lub wymienia płytkę.
Płytki wieloostrzowe najczęściej powleka się
warstwami TiC, TiC i Al

2

O

3

, TiC i Al

2

O

3

i dodatkowo

trzecia warstwa TiN lub wielowarstwowo w różnych
kombinacjach tych materiałów. Istnieje metoda
dodatkowego zwiększenia trwałości płytki przez
nagniatanie.
Węglików

spiekanych

używa

się

także

do

wytwarzania

oczek

przeciągarek

i

głowic

wiertniczych.

Gatunek

Skład
chemiczny
± 0,2 %

Twardość
HV

Wytrzymałoś
ć
MPa

K10

WC 94%, Co
6 %

1 600

1 800

K20

WC 94 %, Co
6 %

1 500

2 000

K30

WC 91%, TaC
1%, Co 8 %

1 500

2 300

B25

WC 90,5 %,
Co 9,5%

1 250

2 500

P10

WC 78%, TiC
16%, Co 6%

1 600

1 450

Własności węglików

spiekanych

Stale szwedzkie

nazwa stali

Polska
norma (PN)

norma
AISI

DIN

zastosowanie

ARNE

NMWV

O1

1.2510

do pracy na
zimno

RIGOR

NCLV

A2

1.2363

do pracy na
zimno

SVERKER 21

NC11LV

D2

1.2379

do pracy na
zimno

SVERKER 3

NC11 + W (D6)

(1.2436,1.2
080)

do pracy na
zimno

SLEIPNER

do pracy na
zimno

CALMAX

1.2358

do pracy na
zimno

CARMO

1.2358

do pracy na
zimno

COMPAX

S7

do pracy na
zimno

ROLTEC (semi
proszkowa)

do pracy na
zimno

WEARTEC
(semi
proszkowa)

do pracy na
zimno

VENADIS 4
(stal
proszkowa)

do pracy na
zimno

VENADIS 6
(stal
proszkowa)

do pracy na
zimno

VENADIS 10
(stal
proszkowa)

do pracy na
zimno

VENADIS 23
(stal
proszkowa::
ASP2023)

(SW7M)

M3:2

1.3344

do pracy na
zimno

VENADIS 30
(stal
proszkowa)

M3:2+Co

do pracy na
zimno

VENADIS 60
(stal
proszkowa)

(SK10V)

do pracy na
zimno

FERMO

do pracy na
zimno

CHIPPER

(1.2631)

do pracy na
zimno

TGH 2000

do pracy na
zimno

W ostatnich latach, obok różnych metod obróbki cieplnej,
chemicznej i elektrochemicznej stosowanych do modyfikacji
powierzchni narzędzi, polepszających ich odporność na
ścieranie i duże naciski powierzchniowe, rozwijane są
metody fizyczne, w których wykorzystuje się strumienie
jonów generowanych w próżni, zarówno do modyfikacji
warstwy wierzchniej jak i do wytwarzania warstwy nowego
materiału na powierzchni narzędzi.
Do tych propozycji, coraz częściej stosowanych w warunkach
przemysłowych, zaliczyć można:
- technikę inplantacji jonowej, która polega na
wprowadzeniu do warstwy wierzchniej atomów obcych w
postaci jonów o energii rzędu kilkudziesięciu keV, technikę
znaną pod nazwą platerowanie jonowe, w której strumień
jonów, generowanych w dziale jonowym jest wykorzystywany
do wytworzenia warstwy nowego materiału i/lub zmiany
struktury powierzchni,
- technikę jonowego rozpylania, gdzie strumień jonów
bombardujący tarczę powoduje rozpylenie jej materiału,
który następnie kondensuje się na powierzchni obrabianego
deta lu, ulepszanego narzędzia,
- technikę łukową, w której stałoprądowy łuk elektryczny
powoduje odparowanie materiału, źródła katody a następnie
osadzenie tego materiału na powierzchni obrabianego
narzędzia.

Wymienione

techniki

modyfikacji

powierzchni stosuje się często z
udziałem reagentów chemicznych,
takich jak: tlen, węgiel czy azot, co
umożliwia

wytworzenie

na

powierzchni związków chemicznych
tych pierwiastków, takich jak: tlenki,
węgliki czy azotki, a nawet po włoki
diamentopodobne.

Prezentowane

metody

mają

już

częściowe

zastosowanie

przemysłowe.

Oczywiście różnią się znacząco
kosztami ich wprowadzania. Należy
oczekiwać,

że

pojawią

się

rozwiązania

łączące

zalety

poszczególnych metod, a eliminujące
ich niedogodności.