Stale narzędziowe nierdzewne – gdzie liczy się jednocześnie twardość i odporność na korozję?

W wielu gałęziach przemysłu standardowe stale narzędziowe nie sprawdzają się z jednego prostego powodu – nawet bardzo wysoka twardość i odporność na ścieranie nie wystarczą, jeśli materiał pracuje w środowisku wilgotnym, ma kontakt z wodą, parą wodną, środkami myjącymi, kwasami organicznymi lub innymi substancjami o działaniu korozyjnym. W takich warunkach klasyczne stale narzędziowe mogą szybko ulegać korozji, co prowadzi do pogorszenia jakości obrabianych elementów, skrócenia żywotności narzędzi oraz wzrostu kosztów eksploatacji.

Rozwiązaniem są nierdzewne stale narzędziowe, które dzięki odpowiednio dobranemu składowi chemicznemu łączą wysoką odporność na zużycie z dobrą lub bardzo dobrą odpornością na korozję. Pozwala to na ich stosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane są jednocześnie trwałość, precyzja oraz możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Z tego względu materiały te znajdują zastosowanie nie tylko w produkcji noży przemysłowych, ale również form, elementów pomp, zaworów, instrumentów medycznych czy narzędzi wykorzystywanych w przemyśle spożywczym.

Najczęściej są to stale martenzytyczne zawierające ponad 12% chromu. Chrom odpowiada za tworzenie na powierzchni cienkiej warstwy pasywnej, która chroni materiał przed korozją, natomiast odpowiednia zawartość węgla umożliwia uzyskanie wysokiej twardości po hartowaniu. W zależności od gatunku do stopu dodawane są również molibden, wanad lub nikiel, które poprawiają odporność na ścieranie, zwiększają wytrzymałość mechaniczną oraz wpływają na trwałość krawędzi tnących.

Po odpowiedniej obróbce cieplnej nierdzewne stale narzędziowe osiągają twardość nawet 60 HRC, zachowując przy tym dobrą odporność na działanie wilgoci i wielu środowisk agresywnych. Dzięki temu znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, medycznym, chemicznym, farmaceutycznym, maszynowym oraz wszędzie tam, gdzie od materiału wymaga się jednocześnie wysokiej trwałości, odporności na korozję i długiej żywotności.

1.4034 (X46Cr13, 4H13)

Jednym z najczęściej stosowanych gatunków w tej grupie jest 1.4034 (X46Cr13, 4H13). Dzięki zawartości około 13% chromu oraz podwyższonej zawartości węgla stal ta łączy dobrą odporność na korozję z możliwością uzyskania wysokiej twardości po obróbce cieplnej. Po hartowaniu osiąga zwykle twardość na poziomie 52–56 HRC, co zapewnia dobrą odporność na ścieranie oraz długą żywotność narzędzi.

Dodatkowym atutem stali 1.4034 jest stosunkowo dobra obrabialność w stanie wyżarzonym oraz możliwość uzyskania gładkiej, polerowanej powierzchni. Z tego względu materiał jest chętnie wykorzystywany wszędzie tam, gdzie liczy się zarówno trwałość, jak i estetyka wykonania oraz łatwość utrzymania elementów w czystości.

Najczęściej wykonuje się z niej:

• noże przemysłowe,
• noże do przetwórstwa spożywczego,
• instrumenty chirurgiczne,
• narzędzia medyczne,
• formy do przetwórstwa tworzyw sztucznych,
• elementy pomp i armatury,
• części maszyn pracujących w środowisku wilgotnym lub narażonym na okresowy kontakt z wodą.

1.4112 (X90CrMoV18)

Stal 1.4112 (X90CrMoV18) należy do grupy wysokowęglowych martenzytycznych stali nierdzewnych przeznaczonych do zastosowań wymagających bardzo wysokiej odporności na zużycie. Dzięki zwiększonej zawartości węgla oraz dodatkom molibdenu i wanadu materiał osiąga wysoką twardość po hartowaniu, bardzo dobrą odporność na ścieranie oraz długotrwałe utrzymywanie ostrej krawędzi tnącej. Jednocześnie zachowuje dobrą odporność na korozję, dzięki czemu może pracować w środowiskach wilgotnych oraz w kontakcie z produktami spożywczymi.

Ze względu na swoje właściwości stal 1.4112 znajduje zastosowanie przede wszystkim w produkcji:

• noży przemysłowych,
• noży masarskich,
• noży do przemysłu spożywczego,
• ostrzy tnących,
• narzędzi do rozdrabniania,
• elementów maszyn narażonych na intensywne ścieranie,
• części wymagających wysokiej trwałości eksploatacyjnej.

Przy wyborze odpowiedniego gatunku warto zwrócić uwagę nie tylko na skład chemiczny, ale również na dostępność materiału w postaci prętów, blach czy płaskowników oraz możliwość zakupu stali w odpowiednim stanie dostawy. Więcej informacji o parametrach, właściwościach i dostępnych wyrobach oferuje strona poświęcona gatunkowi stal 1.4112

1.4122 (X39CrMo17-1, 3H17M)

Stal 1.4122 (X39CrMo17-1, 3H17M) to martenzytyczna stal nierdzewna, która dzięki dodatkowi molibdenu wyróżnia się lepszą odpornością na korozję niż klasyczne stale chromowe. Materiał dobrze łączy wytrzymałość mechaniczną, możliwość obróbki cieplnej oraz odporność na działanie wilgoci i wielu agresywnych mediów, dlatego znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie elementy pracują w wymagających warunkach eksploatacyjnych.

Po odpowiednim hartowaniu stal osiąga wysoką twardość, zachowując jednocześnie dobrą odporność na zużycie oraz korozję. Jest często wykorzystywana zarówno do produkcji części maszyn, jak i elementów mających kontakt z wodą, parą czy produktami spożywczymi.

Najczęściej stosuje się ją do produkcji:

• zaworów,
• armatury przemysłowej,
• elementów pomp,
• narzędzi dla przemysłu spożywczego,
• części maszyn narażonych na działanie wody,
• elementów instalacji technologicznych,
• komponentów pracujących w środowisku o podwyższonej wilgotności.

1.4125 (X105CrMo17, 440C)

Jednym z najbardziej cenionych gatunków w tej grupie jest 1.4125, znana również jako 440C. Dzięki wysokiej zawartości węgla oraz chromu materiał osiąga twardość nawet 58–60 HRC, zachowując przy tym dobrą odporność na korozję.

Typowe zastosowania obejmują:

• precyzyjne noże,
• łożyska pracujące w środowisku wilgotnym,
• narzędzia pomiarowe,
• elementy medyczne,
• części zaworów,
• komponenty o wysokiej odporności na ścieranie.

1.4057 (X17CrNi16-2, 2H17N2)

Stal 1.4057 (X17CrNi16-2, 2H17N2) jest martenzytyczną stalą nierdzewną stopową zawierającą dodatek niklu, który poprawia wytrzymałość mechaniczną, udarność oraz odporność na zmienne obciążenia. Dzięki możliwości hartowania i odpuszczania materiał osiąga wysokie parametry wytrzymałościowe przy zachowaniu dobrej odporności na korozję atmosferyczną oraz działanie wilgoci.

Połączenie wysokiej wytrzymałości z dobrą odpornością korozyjną sprawia, że stal 1.4057 znajduje zastosowanie w odpowiedzialnych konstrukcjach pracujących pod znacznymi obciążeniami mechanicznymi. Materiał ceniony jest również za dobrą obrabialność oraz stabilność wymiarową po obróbce cieplnej.

Najczęściej wykorzystywana jest do produkcji:

• wałów,
• trzpieni,
• osi,
• elementów turbin,
• części pomp,
• armatury przemysłowej,
• elementów lotniczych,
• komponentów dla energetyki,
• części maszyn narażonych na jednoczesne działanie obciążeń i środowiska korozyjnego.

1.4542 (17-4 PH)

Choć stal 1.4542 (17-4 PH) należy do grupy stali nierdzewnych utwardzanych wydzieleniowo, bardzo często jest uwzględniana przy doborze materiałów na narzędzia, oprzyrządowanie oraz precyzyjne elementy konstrukcyjne. Łączy bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną z doskonałą odpornością na korozję, dzięki czemu znajduje zastosowanie w najbardziej wymagających gałęziach przemysłu.

Proces utwardzania wydzieleniowego pozwala uzyskać wysokie parametry wytrzymałościowe przy jednoczesnym zachowaniu dobrej ciągliwości oraz stabilności wymiarowej. Z tego względu stal 1.4542 jest chętnie wykorzystywana do produkcji elementów pracujących pod dużymi obciążeniami, gdzie istotna jest również odporność na działanie wilgoci, mediów chemicznych i zmiennych warunków eksploatacji.

Najczęściej znajduje zastosowanie w produkcji:

• form i oprzyrządowania,
• elementów lotniczych,
• części pomp i sprężarek,
• komponentów przemysłu chemicznego,
• elementów dla energetyki,
• wałów i elementów napędowych,
• precyzyjnych części maszyn,
• elementów wymagających dużej stabilności wymiarowej i wysokiej wytrzymałości.

Jak dobrać odpowiedni gatunek?

Dobór nierdzewnej stali narzędziowej nie powinien opierać się wyłącznie na porównaniu twardości poszczególnych gatunków. W praktyce projektowej znacznie większe znaczenie ma analiza rzeczywistych warunków pracy elementu oraz wymagań stawianych gotowemu wyrobowi. Materiał, który doskonale sprawdza się jako nóż przemysłowy, niekoniecznie będzie najlepszym wyborem na formę do tworzyw sztucznych, element pompy czy część armatury pracującej w środowisku agresywnym.

Podczas wyboru odpowiedniego gatunku warto uwzględnić przede wszystkim:

• wymaganą twardość po obróbce cieplnej,
• odporność na ścieranie i zużycie eksploatacyjne,
• odporność na korozję w konkretnym środowisku pracy,
• wytrzymałość mechaniczną oraz udarność,
• możliwość uzyskania wysokiej jakości powierzchni i polerowania,
• stabilność wymiarową po hartowaniu,
• obrabialność mechaniczną przed obróbką cieplną,
• rodzaj planowanej obróbki cieplnej,
• dostępność materiału w odpowiednim formacie,
• przewidywaną trwałość narzędzia,
• całkowite koszty eksploatacji.

W wielu przypadkach najwyższa możliwa twardość nie jest najważniejszym kryterium wyboru. Jeżeli element pracuje w wilgotnym środowisku lub ma kontakt z substancjami powodującymi korozję, zdecydowanie większe znaczenie może mieć odporność korozyjna. Z kolei przy częściach poddawanych obciążeniom dynamicznym istotna będzie odpowiednia wytrzymałość i udarność, natomiast w przypadku form do tworzyw sztucznych często kluczową rolę odgrywa możliwość uzyskania idealnie gładkiej, wypolerowanej powierzchni.

Warto również pamiętać, że koszt zakupu materiału stanowi jedynie część kosztów związanych z eksploatacją narzędzia. O wiele większe znaczenie mają jego trwałość, częstotliwość ostrzenia lub regeneracji, liczba przestojów produkcyjnych oraz żywotność całego elementu. Zastosowanie lepiej dobranego gatunku stali często pozwala znacząco ograniczyć koszty serwisowania i zwiększyć wydajność procesu produkcyjnego.

Podsumowanie

Nierdzewne stale narzędziowe stanowią grupę nowoczesnych materiałów przeznaczonych do pracy w wymagających warunkach, gdzie konieczne jest jednoczesne zapewnienie wysokiej twardości, odporności na zużycie oraz ochrony przed korozją. Gatunki takie jak 1.4034, 1.4112, 1.4122, 1.4125, 1.4057 oraz 1.4542 różnią się składem chemicznym, sposobem obróbki cieplnej i właściwościami użytkowymi, dzięki czemu znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu – od produkcji noży i narzędzi, przez formy do przetwórstwa tworzyw sztucznych, aż po elementy pomp, armatury, urządzeń medycznych i precyzyjnych części maszyn.

Odpowiedni dobór gatunku pozwala wydłużyć żywotność narzędzi, ograniczyć zużycie elementów roboczych, zmniejszyć liczbę przestojów produkcyjnych oraz obniżyć całkowite koszty eksploatacji. Z tego względu wybór materiału powinien być zawsze poprzedzony analizą warunków pracy oraz oczekiwanych parametrów gotowego wyrobu, a nie opierać się wyłącznie na porównaniu twardości czy ceny samej stali.

Materiał Partnera: ALFATECH

Źródło grafiki: Materiał na licencji Partnera