POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA 
INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ 
ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA 
 

PRZEDMIOT: PODSTAWY NAUKI O MATERIAŁACH II 

(TWORZYWA METALICZNE) 

ĆWICZENIA LABORATORYJNE 

 
 
Temat ćwiczenia:

 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH 
 
Cel ćwiczenia 
Celem  ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, właściwościami i 
zastosowaniem stali narzędziowych. 
 
 
Wstęp 

Stale narzędziowe są przeznaczone do wyrobu narzędzi do kształtowania lub 

skrawania materiału, pracujących w temperaturach do 600°C, oraz do wyrobu 
narzędzi pomiarowych i sprawdzianów pracujących w temperaturze otoczenia. 
Narzędzie musi być twardsze od obrabianego materiału i odporne na ścieranie. 
Szczególnie korzystnie wpływają na te własności pierwiastki stopowe, które tworzą 
węgliki złożone typu M

23

C

6

 i M

6

C, tzn. chrom, wolfram, molibden. 

 
Z punktu widzenia zastosowania stale narzędziowe klasyfikuje się następująco: 

•  stale zwykłe węglowe 

•  stale stopowe do pracy na zimno 

•  stale stopowe do pracy na gorąco 

•  stale szybkotnące 

 

 
Stale narzędziowe zwykłe 

Stale narzędziowe zwykłe, przeznaczone na narzędzia pracujące w temperaturach 

do 200°C produkowane są jako uspokojone najwyższej jakości w dziewięciu 
gatunkach o zawartości C od 0,55% do 1,35% oraz w dwóch odmianach: płytko 
hartujące się (N7E ÷ N13E) i głęboko hartujące się (N5 ÷ N13)*. 
Stale narzędziowe zwykłe stosuje się do wyrobu narzędzi pracujących z małymi 
prędkościami skrawania, przy czym zastosowanie stali głęboko hartujących się nie 
podlega ograniczeniom, natomiast stale płytko hartujące się  są przeznaczone na 
narzędzia o przekroju mniej niż 20 mm. Zastosowanie wybranych stali 
narzędziowych węglowych przedstawiono w tabeli 1. 
 
 

 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

1

 

 

 

Stal N11 normalizowana w 900°C i zmiękczona 
w 750°C/5h; cementyt ziarnisty w ferrycie; 
replika; 25000x 

 

Stal N11 normalizowana w 900°C; perlit z 
nielicznymi skoagulowanymi ziarnami cementytu 
wtórnego; replika; 25000x

 

 

Tabela 1. Zastosowanie i twardość wybranych stali narzędziowych węglowych  

Gatunek %C 

Twardość w 

stanie 

hartowanym 

HRC 

Zastosowanie 

N5* 0,55  58 

Młoty, siekiery, narzędzia  ślusarskie, części 
chwytowe narzędzi ze stali stopowych 

N8E, N8* 

0,8 

61 

Narzędzia pneumatyczne, do obróbki miękkiego 
kamienia i drewna, duże noże do nożyc, wykrojniki 

N11E, N11* 

1,1 

62 

Wiertła, frezy, rozwiertaki, gwintowniki, narzędzia do 
walcowania gwintu i wyrobu gwoździ, kły tokarskie, 
noże krążkowe, wykrojniki 

N13E, N13* 

1,3 

63 

Narzędzia skrawające z małą szybkością, piłki do 
metali, skrobaki, pilniki, narzędzia grawerskie, 
brzytwy, ciągadła, małe matryce i wykrojniki  

* Oznaczenia wg PN-84/H-85020 

 
Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno 

Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno przeznaczona jest na narzędzia 

pracujące w temperaturach do 200 ÷ 250°C. Zasadniczym składnikiem stali jest Cr 
ewentualnie z dodatkiem W, V, lub Mo. Gatunki średniowęglowe (0,4 ÷ 0,6 %C) o 
większej ciągliwości używane są na narzędzia pracujące przy obciążeniach 
dynamicznych, a wysokowęglowe (powyżej 0,75 %C) – na narzędzia silnie 
obciążone statycznie oraz na narzędzia skrawające z małymi prędkościami. Skład 
chemiczny i zastosowanie wybranych stali narzędziowych do pracy na zimno 
przedstawiono w tabeli 2.  

 

Ze względu na właściwości i zastosowanie wyróżnia się następujące grupy stali 

stopowych do pracy na zimno: 

•  Pierwsza grupa obejmuje stale średniowęglowe  (ok. 0,5 %C) zawierające 1 ÷ 

1,5 %Cr, 0,5 ÷ 2,0 %W z dodatkiem V lub Ni, ciągliwe i odporne na uderzenia, 
o twardości po obróbce cieplnej 50 ÷ 55 HRC. 

•  Do drugiej grupy zalicza się stale wysokowęglowe (0,75 ÷ 1,5 %C), 

zawierające ok. 0,5 %Cr z dodatkiem W lub V. W stanie zahartowanym mają 
odporną na ścieranie strukturę martenzytyczną z udziałem węglików. 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

2

•  Trzecia grupa obejmuje stale wysokowęglowe (ok. 1 %C) z podwyższoną 

zawartością Mn 1 ÷ 2 % i dodatkami Cr, W, V, odznaczające się stabilnością 
wymiarów po obróbce cieplnej. Udział 10 ÷ 15 % austenitu szczątkowego w 
strukturze stali zahartowanej częściowo kompensuje wzrost objętości 
wywołany przemiana martenzytyczną. Po odpuszczaniu, częściowo 
przemieniony austenit szczątkowy równoważy zmniejszenie objętości 
martenzytu, co w rezultacie zapewnia minimalne zmiany wymiarowe. 

•  Czwarta grupa obejmuje ledeburytyczne, wysokowęglowe (1 ÷ 2 %C) stale 

wysokochromowe (5 albo 12 %Cr), ewentualnie z dodatkami W, Mo i V. 

 

 

 

 

Stal NC10 hartowana z 900°C w oleju i 
odpuszczana w 500°C/1,5h; martenzyt 
odpuszczony w wyraźnie zaznaczonej 
podstrukturze blokowej fazy 

α

 z drobnymi 

oraz dużymi węglikami; 15000x 

 

Stal NC10 hartowana z 950°C w oleju i 
odpuszczona w 700°C/1,5h; sorbit – węgliki 
stopowe o zmiennej wielkości w osnowie fazy 

α

; 15000x 

 

 
Tabela 2. Skład chemiczny i zastosowanie wybranych stali narzędziowych stopowych do pracy 

na zimno 

Średni skład chemiczny % 

Gr Gatunek 

C Mn Si Cr  W  V 

Zastosowanie 

I 

NZ2*  0,45 0,30 0,95 1,05  1,90  0,22

Narzędzia pneumatyczne, przecinaki, dłuta, 
zagłowniki, przebijaki 

II  NC5*  1,37 0,30 0,27 0,55  - 

- 

Narzędzia chirurgiczne, narzędzia 
grawerskie, brzytwy, pilniki, kółka do cięcia 
szkła 

III  NMWV  0,95 1,15 0,27 0,55  0,55  0,17

Narzędzia pomiarowe, piłki do metali, 
wykrojniki 

IV  NC11*  1,95 0,30 0,27 12,0  - 

- 

Narzędzia wysokowydajne do cięcia, 
narzędzia do głębokiego tłoczenia, rolki do 
profilowania i wywijania kołnierzy 

* Oznaczenie wg PN-86/H-85023 

 
Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco 

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco przeznaczone są na narzędzia 

pracujące w temperaturze do 600°C, przy dużych naciskach statycznych albo 
dynamicznych. Stale tej grupy stosuje się przeważnie do wyrobu narzędzi do obróbki 
plastycznej na gorąco, które są narażone na ścieranie i odpuszczające działanie 
wysokiej temperatury. Powinny mieć więc możliwie dużą twardość, utrzymującą się 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

3

w temperaturze pracy narzędzia, a przy pracy w warunkach obciążeń dynamicznych 
muszą wykazywać dostatecznie dużą ciągliwość, którą spełnia zawartość 0,3 ÷ 0,6 
%C. Inne wymagania stawiane tym stalom to: dobre przewodnictwo cieplne i 
odporność na zmęczenie cieplne. Skład chemiczny i zastosowanie wybranych stali 
narzędziowych do pracy na gorąco przedstawiono w tabeli 3. 

 
Ze względu na właściwości i zastosowanie wyróżnia się następujące grupy stali: 

•  Stale o zawartości 0,3 ÷ 0,4 %C  z dodatkami Cr, V, W lub Mo. Przeznaczone 

są na narzędzia silnie obciążone i narażone na kontakt z gorącym metalem 
przez dłuższy czas. 

•  Stale o zawartości 0,3 ÷ 0,6 %C z dodatkami Cr i Mo, ewentualnie V lub Ni, 

przeznaczone na narzędzia podlegające obciążeniom udarowym, stykające się z 
gorącym metalem przez stosunkowo krótki czas. 

 

 

 

 

Stal WNL hartowana z 880°C w wodzie i 
odpuszczana w 350°C/1h; martenzyt 
odpuszczony z węglikami wydzielonymi na 
granicy igieł i bloków; replika ekstrakcyjna; 
10000x 

 

Stal WNL hartowana z 880°C w wodzie i 
odpuszczana w 650°C/1h; sorbit- 
skoagulowane wydzielenia cementytu 
stopowego, w osnowie fazy 

α

; replika 

ekstrakcyjna; 20000x 

 

 
Tabela 3. Skład chemiczny i zastosowanie wybranych stali narzędziowych stopowych do 

pracy na gorąco 

Średni skład chemiczny % 

Zastosowanie 

Gr Gat. 

C Mn Si Cr Mo

V  inne  

WWV*  0,30 0,37 0,27 2,75  - 

0,4  9,0 W 

Wysoko obciążone matryce, formy 
do odlewów ciśnieniowych, 
ciągadła na gorąco 

I 

WCL*  0,38 0,35 1,00 5,00 1,35

0,4 

- 

Formy do odlewów pod 
ciśnieniem, wkładki matrycowe 

WNL*  0,55 0,65 0,27 0,65 0,20

- 

1,6 Ni

Matryce kuźnicze, kowadła, 
stemple, wkładki matrycowe 

II 

WLK*  0,35 0,37 0,45 2,75 2,75

0,5  3,0 Co

Stemple do szybkobieżnych 
maszyn 

* Oznaczenia wg PN-86/H85021 

 
Stale szybkotnące 

Stale szybkotnące stosuje się  głównie do skrawania materiałów z dużymi 

prędkościami. Mogą one pracować bez utraty twardości w temperaturze 550 ÷ 600°C. 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

4

Ich wysoka odporność na odpuszczanie jest wynikiem składu chemicznego oraz 
obróbki cieplnej, w której wykorzystuje się zjawisko wtórnego utwardzania 
wydzieleniowego. Zawierają one znaczna ilość pierwiastków stopowych, dochodzącą 
nawet do 30%. 

Stale szybkotnące należą do typu ledeburytycznego. W stanie lanym mają 

mikrostrukturę  złożoną z ferrytu i siatki węglików stopowych. Po ujednorodnieniu, 
przekuciu wlewka (1100 ÷ 900°C) kruszy siatkę  węglików, a następnie wyżarzanie 
zmiękczające (800 ÷ 840°C przez 10h) powoduje równomierne rozłożenie 
sferoidalnych węglików w osnowie ferrytu stopowego. 

W stali szybkotnącej Cr zapewnia drobnoziarnistość i hartowność oraz tworzy 

węgliki  łatwo rozpuszczalne w austenicie (900°C). W, Mo i V powiększają 
hartowność, hamując przemiany odpuszczania stabilizują twardość w 
podwyższonych temperaturach i wywołują twardość wtórną. Kobalt występujący w 
roztworze stałym, polepsza właściwości skrawne i mechaniczne w podwyższonych 
temperaturach. Skład chemiczny i twardość wybranych stali szybkotnących 
przedstawiono w tabeli 4. 
 

 

 

 

Stal SW18 hartowana z 1280°C w oleju; 
martenzyt z austenitem szczątkowym oraz 
węglikami (W) nie rozpuszczonymi podczas 
austenityzowania; brak wyraźnej granicy faz: 
martenzyt – austenit szczątkowy; replika; 
25000x  

 

Stal SW18 hartowana z 1280°C w oleju i 
odpuszczana 3-krotnie w 550°C/1h; martenzyt 
odpuszczony z dyspersyjnymi wydzieleniami 
węglików na granicach igieł i bloków; 
replika; 24000x 

 

 
Tabela 4. Skład chemiczny i twardość wybranych stali szybkotnących 

Średni skład chemiczny % 

Gatunek 

C Cr W  V Mo Co 

Twardość po 

hartowaniu i 

odpuszczaniu 

HRC 

SW18* 0,8  4,0 18,0 1,2  - 

- 

64 

SW2M5* 

0,95 4,0 1,8 1,3 5,0  - 

64 

SK5M* 

0,9 4,0 6,4 1,9 4,9 5,0 

65 

SK10V* 

1,2  4,0 10,0 3,0  3,3 10,0 

66 

* Oznaczenia wg PN-86/H-85022 

 
 
 
 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

5

Wykonanie ćwiczenia. 

Ćwiczenie obejmuje identyfikację, narysowanie i opisanie mikrostruktury próbek 

wskazanych przez prowadzącego zajęcia. Na rysunkach mikrostruktur należy 
zaznaczać składniki strukturalne. 

 

Pytania kontrolne: 

•  Jakie są wymagania stawiane stalom narzędziowym? 

•  Jaki jest podział stali narzędziowych? 

•  Zasada znakowania stali narzędziowych wg PN i PN-EN 

•  Właściwości i zastosowanie stali narzędziowych do pracy na zimno 

•  Obróbka cieplna stali narzędziowych do pracy na zimno 

•  Właściwości i zastosowanie stali narzędziowych do pracy na gorąco 

•  Obróbka cieplna stali narzędziowych do pracy na gorąco 

•  Jaka jest różnica składu chemicznego stali narzędziowych do pracy na zimno i 

do pracy na gorąco? 

•  Co to są stale szybkotnące? 

•  Składniki stali szybkotnących i ich znaczenie 

•  Struktura stali szybkotnących po odlaniu i po obróbce plastycznej 

•  Obróbka cieplna stali szybkotnących 

 
 
Literatura: 

1.  S. Prowans: „Metaloznawstwo” PWN; Warszawa 1986 
2.  K. Przybyłowicz: „Metaloznawstwo” Wydawnictwo Naukowo-Techniczne; 

Warszawa 1994 

3.  L. A. Dobrzański: „Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach” 

Wydawnictwo Naukowo-Techniczne; warszawa 1996 

4.  A. Barbacki: „Metaloznawstwo dla mechaników” Wydawnictwo Politechniki 

Poznańskiej; Poznań 1998 

5.  PN-84/H-85020 – Stal węglowa narzędziowa 
6.  PN-86/H-85021 – Stal narzędziowa stopowa do pracy na gorąco 
7.  PN-86/H-85023 – Stal narzędziowa stopowa do pracy na zimno 
8.  PN-86/H-85022 – Stal szybkotnąca 

 
 

STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWYCH – ćwiczenia laboratoryjne 

6