Obrobitelnost nerezových ocelí

Oceli jsou považovány za nerezové, pokud jsou vysoce odolné proti korozi. Odolnost proti korozi vzniká díky rozpuštění dostatečného množství chromu v železe, který na povrchu vytvoří souvislý, přilnavý a regenerační ochranný film oxidu chromu. Nutná je alespoň 10,5% koncentrace chromu. Základem většiny nerezových ocelí je uspořádání prvků Fe-Cr-C a Fe-Cr-Ni-C, obsah dalších legujících prvků je však také velmi důležitý. 

Nerezové oceli jsou používány zejména tam, kde je zapotřebí vysoká odolnost proti korozi a v aplikacích při zvýšených teplotách v náročných prostředích – díky své odolnosti proti korozi a schopnosti zachovat si svou mechanickou pevnost při vysokých teplotách. Nerezové oceli se používají v automobilovém průmyslu, (petro) chemickém a potravinářském průmyslu, v zařízeních na výrobu energie atd.

Na trhu je k dispozici široká škála nerezových slitin. Dle převažujících prvků v mikrostruktuře lze nerezové oceli rozdělit do pěti hlavních skupin:

• martenzitické nerezové oceli (tvrdé a abrazivní, obvykle magnetické, tepelně zpracovatelné),
• feritické nerezové oceli (v podstatě měkké čisté železo, nelze je tepelně zpracovávat, magnetické),
• austenitické nerezové oceli (nejběžnější mikrostruktura v nerezi, zpravidla nelze tepelně zpracovávat, vysoký sklon k deformačnímu zpevnění, nemagnetické),
• duplexní nerezové oceli (houževnaté, pevné a univerzální, obsahují feritickou i austenitickou fázi, stále více používané, oproti běžným austenitickým nerezovým ocelím obtížněji obrobitelné),
• PH nerezové oceli [velmi tvrdé, pevné a tepelně zpracovatelné, PH znamená precipitačně vytvrzované (slitina reaguje rychle a důrazně na jakékoliv tepelné zpracování)].

Obrobitelnost materiálů je ovlivněna pěti základními vlastnostmi materiálu: tažností (přilnavostí), tendencí k deformačnímu zpevnění, tepelnou vodivostí, tvrdostí a abrazivností.

Pokud porovnáme austenitické nerezové oceli s legovanou ocelí 42CrMo4, která je často používána jako referenční materiál pro určení obrobitelnosti, zjistíme zajímavé rozdíly.

Nerezové oceli obvykle vykazují vyšší tažnost (a přilnavost) než běžné oceli. To znamená, že řezné materiály musí být houževnatější a povlakovány povlaky s nižší tendencí k adhezi. Mikrogeometrie řezné hrany musí kompenzovat vysokou tažnost a musí dobře utvářet třísky. V porovnání s ocelí by měla být řezná rychlost zvýšena pro omezení vysoké tendence k adhezi. Zvláštní pozornost je třeba věnovat drobnému vylamování řezné hrany (z důvodu tvorby nárustků), vrubovému opotřebení a odlupování povlaku.

Nerezové oceli mají vyšší sklony k deformačnímu zpevnění. Správná mikrogeometrie řezné hrany toto musí eliminovat (ostřejší hrany snižují deformační zpevnění během řezného procesu). Hloubku řezu je nutno neustále měnit (rozloží se tak riziko vzniku výrazného vrubového opotřebení na ostří během obrábění v deformačně zpevněné vrstvě) a zvolit co možná nejvyšší posuvy. Větší vrubové opotřebení a drobné vylamování řezné hrany jsou přirozeným důsledkem této vlastnosti materiálu.

Nerezové oceli mají nižší tepelnou vodivost, tzn. že třískami je odváděno méně tepla, proto je více tepla přenášeno do řezné hrany, a to vede k vyšším teplotám na řezné hraně. U řezného materiálu je velmi důležitou vlastností vysoká tvrdost za vysokých teplot. Řezné rychlosti a posuvy zvolte pečlivě tak, aby se vznik tepla omezil a co nejvíce tepla bylo odvedeno třískami. Plastická deformace je typickým opotřebením nástroje.

Nerezové oceli mají srovnatelnou tvrdost s ocelí. Řezné síly budou tedy podobné jako u ocelí a nejsou nutná jakákoliv zvláštní opatření pro kompenzaci řezných sil. Hloubky řezu a posuvy nemusíme ve srovnání s aplikacemi v ocelích nijak omezovat. V případě správné volby všech ostatních parametrů by hlavním druhem opotřebením měl být otěr na hřbetu.

Nerezové oceli jsou více abrazivní, což klade zvláštní nároky na povlak. Povlaky používané v aplikacích pro nerezové oceli, musí být vysoce otěruvzdorné. Je velmi důležité maximalizovat využití nástroje, tj. maximalizovat objem odebraného materiálu po dobu životnosti nástroje. Abrazivnost způsobuje rychlý vznik výmolů.

Po zhodnocení výše uvedených vlastností materiálu a jejich důsledků ovlivňujících řezný proces, lze obrobitelnost nerezových ocelí definovat jako odlišnou od obrobitelnosti ocelí. Nerezové oceli si zasluhují odlišný přístup při výběru nástrojů a také při volbě řezných parametrů.

V dalších článcích této série se budeme detailněji zabývat různými činiteli určujícími obrobitelnost: řeznými silami, teplem a teplotě při obrábění, utvářením třísky, opotřebením a životností nástroje, integritě povrchu obrobené plochy.

Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programm). V případě zájmu kontaktujte zastoupení firmy SECO.

Workability of Stainless Steels
Workability of stainless steels is a widely spread term in a metalworking technology. It is a system property expressing how effective working can be at low costs and under given technological conditions. Workability is usually mentioned as a material property.

Autor

• Patrick De Vos, MSc