Témata
Reklama

Sústruženie žiarupevných niklových zliatin

Žiaruvzdorné a žiarupevné zliatiny niklu sú vysokopevné konštrukčné materiály používané tam, kde nepostačujú svojimi vlastnosťami špičkové žiarupevné ocele. Sú teda určené pre prevádzkové teploty nad 750 °C.

Vývoj týchto zliatin bol motivovaný predovšetkým vývojom spaľovacích turbín a potrebou pracovať so stále vyššími vstupnými teplotami spalín (najmä u najexponovanejších súčastí, ako sú obežné lopatky). Po vyčerpaní možností ocelí sa pozornosť nakoniec obrátila k zliatinám niklu (Veľká Británia) a zliatinám kobaltu (USA). Pre najvyššie tepelno-pevnostné podmienky sa dnes ako konštrukčné materiály používajú komplexne legované vytvrditeľné zliatiny niklu, označované pre svoje vlastnosti superzliatiny. Britské zliatiny dostali označenie Nimonic a stali sa východiskom pre vývoj v ďalších krajinách. Britským žiarupevným niklovým zliatinám Nimonic odpovedá celý rad obdobných, čiastočne modifikovaných niklových zliatin, ktoré sa označujú podľa krajiny pôvodu (české AKN a LVN, ruské EI, EP a pod.).
Reklama
Reklama
Reklama

Obrábateľnosť niklových zliatin

Ich veľká húževnatosť, pevnosť i tvrdosť, ktoré si dokážu udržať aj pri vysokých teplotách (napr.: EI 698 VD - Rm = 1130 MPa, Rp0,2 = 705 MPa, A = 17%, Z = 19 %, HB = 363) sú na jednej strane vhodné, čo sa týka ich použitia, avšak na strane druhej tieto vlastnosti spolu s nízkou tepelnou vodivosťou sú vážnou prekážkou ich produktívneho obrábania.
Väčšina niklových zliatin sa všeobecne zaraďuje medzi ťažkoobrábateľné materiály. Príčin ich veľmi zlej obrábateľnosti je viacero. Udržiavajú si vysokú pevnosť aj počas obrábania, kedy je v zóne rezania vysoká teplota, vzhľadom na ich žiarupevnosť. Počas ich obrábania dochádza k ich výraznému spevňovaniu, čo je hlavný faktor prispievajúci k vytváraniu výraznej drážky na reznej hrane v mieste, kde obrobok vychádza zo záberu. Nástrojový materiál je vystavený vysokému abrazívnemu účinku vzhľadom na prítomnosť veľmi tvrdých karbidov v zliatine. Pri vysokých teplotách charakteristických pre obrábanie týchto materiálov sa vyskytujú chemické reakcie, pri použití bežných nástrojových materiálov, čo vedie k ich intenzívnemu difúznemu opotrebeniu. Pre obrábanie niklových zliatin je charakteristické vytváranie nárastku na reznej hrane, čo vedie k vytváraniu drážky na čele nástroja. Ďalšou príčinou zlej obrábateľnosti žiarupevných niklových zliatin je vytváranie spevnenej kontinuálnej triesky, ktorá sa obtiažne formuje, čo vedie k degradáciam nástroja vplyvom odierania sa triesky a vytvárania krátera. Zlá tepelná vodivosť niklových zliatin má za následok generovanie vysokých teplôt na hrote nástroja ako aj vysoký teplotný gradient v nástroji.

Rezné podmienky

Vzhľadom na vyššie uvedené faktory nie je možné obrábať niklové zliatiny za rezných podmienok, ktoré sa bežne aplikujú pri obrábaní ocelí. Kritickou je predovšetkým rezná rýchlosť. Maximálne ekonomicky akceptovateľné rezné rýchlosti pri aplikácii nástrojov zo spekaných karbidov sú niekde pod hranicou 30 m.min-1. Pri aplikácii nástrojov z rýchlorezných ocelí pod hranicou 10 m.min-1. Z toho vyplýva, že základné ťažkosti pri obrábaní niklových zliatin sú spojené s nízkymi hospodárnymi reznými rýchlosťami a tým dlhým časom rezania. S ohľadom na presnosť geometrického tvaru, rozmerovú presnosť a akosť obrábaného povrchu je potrebné zvládnuť problémy, ktoré súvisia s obrábaním niklových zliatin a určiť také pracovné podmienky, pri ktorých bude obrábanie čo najhospodárnejšie. Preto je potrebné pri obrábaní niklových zliatin zabezpečiť čo najvyššiu tuhosť sústavy stroj - nástroj - obrobok, aby boli vylúčené vynútené a samobudené kmity, nevoliť veľmi malé hodnoty posuvu a hĺbky triesky, pretože vzniká nebezpečenstvo spevňovania, prípustnú hodnotu opotrebenia nástroja voliť menšiu ako zvyčajne. Je taktiež potrebné zaistiť pravidelný, stály záber, nástroj kvalitne ostriť a správne nastavovať vzhľadom k obrobku a, ak je to možné, pri práci používať reznú kvapalinu.

Nástrojový materiál

Nástrojový materiál pre obrábanie niklových zliatin by mal mať vysokú pevnosť a húževnatosť, dobrú odolnosť voči opotrebeniu, vysokú pevnosť pri vysokých teplotách, odolnosť voči tepelným rázom a dostatočnú chemickú stabilitu pri zvýšených teplotách.
Rýchlorezné ocele sú väčšinou používané na frézovanie, rezanie závitov a vŕtanie. V poslednej dobe bol zaznamenaný zvýšený podiel zmesnej keramiky pre obrábanie niklových zliatin (Al2O3 +TiC, SiC + Al2O3). Čisto oxidová keramika nie je vhodný materiál na obrábanie niklových zliatin aj napriek jej chemickej stabilite, vysokej tvrdosti, ktorú si udržiava aj pri vysokých teplotách a vysokej odolnosti voči opotrebeniu. Má však malú odolnosť voči tepelným a mechanickým rázom a nízku húževnatosť. Oveľa vhodnejším materiálom pre obrábanie niklových zliatin je zmesná keramika (Al2O3+TiC). Z najnovších výskumov vyplýva, že sústruženie niklovej zliatiny takýmto materiálom umožňuje použiť rezné rýchlosti až do 300 m.min-1. Kompozit SiC a Al2O3 ako nástrojový materiál bol vyvinutý špeciálne pre obrábanie niklových zliatin. Tento materiál je obzvlášť vhodný pre obrábanie pri vysokých rezných rýchlostiach a posuvoch. Si3N4 má relatívne vysokú húževnatosť a pri dodržaní istých podmienok je ho možné taktiež použiť na obrábanie niklových zliatin. Taktiež bol urobený výrazný pokrok pri aplikácii multipovlakov (TiN+TiCN+TiN) nanášaných PVD technológiou.

Použitie reznej kvapaliny

Rezná kvapalina je jedným z najvýznamnejších faktorov ovplyvňujúcich produktivitu obrábania niklových zliatin. Zníženie teploty v zóne rezania vplyvom aplikácie reznej kvapaliny vedie k predĺženiu trvanlivosti rezných nástrojov. Ak napríklad ? fáza v nástroji Si3N4 začína mäknúť nad teplotou 1000 °C, rezná kvapalina znížením teploty v kontakte nástroja a obrobku zabraňuje jej zmäknutiu. Zníženie teploty vplyvom aplikácie reznej kvapaliny sa tiež významne pozitívne prejavuje pri obrábaní nástrojmi z Al2O3 vystužených vláknami SiC. Zníženie teploty v nástroji redukuje v ňom tepelné napätie, ktoré vzniká ako následok rôznej tepelnej rozťažnosti týchto dvoch fáz. Vysokotlaková aplikácia reznej kvapaliny pri obrábaní niklových zliatin sa neodporúča.

Sústruženie niklových zliatin

Pri sústružení niklových zliatin sú zložky reznej sily výrazne vyššie v porovnaní s oceľou, obr. 1. Zvýšenie zložiek reznej sily pri sústružení niklu vyplýva so zvýšeného deformačného odporu týchto materiálov, vysokej pevnosti i húževnatosti, ktoré si žiarupevné niklové zliatiny udržiavajú aj pri zvýšených teplotách.
Štúdium teploty v zóne rezania ukazuje, že teplota v tejto oblasti pri sústružení niklovej zliatiny je oveľa vyššia ako je tomu u ocele (obr. 2) a navyše maximum teploty sa často nachádza bezprostredne za reznou hranou na rozdiel od ocelí, kde je maximum v istej vzdialenosti od reznej hrany. Štúdium poškodeného nástroja ukazuje, že na čele sa vytvára kráter, pričom vrstvy na dne krátera a blízko reznej hrany obsahujú spekaný karbid menší a viac guľovitý, ako je východiskový materiál. Kráter sa vyskytuje na mieste, kde je maximum teploty. Hrana krátera začína bezprostredne za reznou hranou a s rastúcou reznou rýchlosťou sa jeho najhlbšie miesto posúva bližšie k reznej hrane - tam, kde je maximum teploty.
Vzhľadom na malú tepelnú vodivosť niklových zliatin (12,3 W.m-1.K-1) je teplo generované v zóne rezania zle odvádzané trieskou, koncentruje sa v zóne rezania a spôsobuje vysoké prírastky teploty v nástroji. Vysoké prírastky teploty v nástroji majú za následok vznik vysokých napätí v ňom. Vzhľadom na vysokú rýchlosť ohrevu nástroja a vysoké teploty musia v ňom vzniknúť veľmi veľké napätia. Tieto sa sčítavajú s napätiami vyvolanými mechanickým namáhaním, čo má za následok intenzívne opotrebenie nástrojov pri obrábaní niklových zliatin.

Opotrebenie nástrojov

Opotrebenie pri obrábaní niklových zliatin je charakteristické vytváraním drážky na chrbte v mieste vychádzania nástroja zo záberu, obr. 3. Veľmi často dochádza k vyštrbovaniu, alebo lomu reznej hrany. Vytváranie drážky v mieste vychádzania nástroja zo záberu je spôsobené predovšetkým tým, že v tomto mieste prichádza do kontaktu rezná hrana s vrstvou spevneného materiálu, ktorej mikrotvrdosť ako aj ďalšie mechanické vlastnosti sa už výrazne odlišujú od základného materiálu. Pokiaľ mikrotvrdosť základného materiálu EI 698 VD je 363 HVm, po sústružení (vc = 20 m.min-1, f = 0,15 mm, ap = 1,5 mm) sa povrchová vrstva spevní takmer na 500 HVm. Vytváranie drážky prebieha procesom nalepovania obrábaného materiálu na reznú hranu a následnom vytrhávaní materiálu nástroja. Sprievodným javom tohto procesu je vytváranie ostrín v tomto mieste.
Vyššie uvedený mechanizmus opotrebenia je charakteristický pre obrábanie niklových zliatin nízkymi reznými rýchlosťami. Pri rezných rýchlostiach nad 120 m.min-1 pri aplikácii zmesnej keramiky tento proces nie je natoľko intenzívny, čo je dané predovšetkým tým, že pri vysokých rezných rýchlostiach je už pokles mechanických vlastností vplyvom teploty výrazný. Vysokorýchlostné obrábanie niklových zliatin zmesnou keramikou taktiež ukázalo, že trvanlivosť nástroja sa predĺži, ak sa použije technika vykláňania a natáčania reznej platničky. Takáto technika má za následok premennú hĺbku rezu počas rezu, čím sa miesto vychádzania zo záberu rozkladá na rovnomernejšie pozdĺž reznej hrany. Výrazne sa tým eliminuje lom reznej hrany.
Pri obrábaní nástrojmi zo spekaného karbidu je vhodné voliť spekané karbidy skupiny M s vysokým obsahom kobaltu, vzhľadom na to, že ako ukazuje tabuľka 1, aj napriek vysokej teplote v zóne rezania pevnosť rezného klina je dominantná z hľadiska jeho trvanlivosti.
Reklama
Vydání #9
Kód článku: 10909
Datum: 05. 09. 2001
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

Výsledky spolupráce akademické sféry s průmyslem

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepjetí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. V předchozích vydáních MM Průmyslového spektra jsme avizovali, že budeme technickou veřejnost informovat o konkrétních výsledcích naší spolupráce. Zde jsou první poznatky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit