Waarom roestvrij staal moeilijk te bewerken is

 

Roestvast staal wordt veel toegepast in machines, chemische technologie, voedselverwerking, medische apparatuur en andere gebieden dankzij de uitstekende corrosieweerstand, hoge taaiheid en duurzaamheid. De unieke metallurgische en fysische eigenschappen maken het echter tot een van de meest uitdagende materialen voor snijden, boren, tappen en andere bewerkingsprocessen. De combinatie van ernstige werkharding, slechte thermische geleidbaarheid, hoge ductiliteit en sterke metaalaffiniteit vormt een vicieuze cirkel die gereedschapsfalen versnelt en de bewerkingskwaliteit in gevaar brengt. Hieronder vindt u een gedetailleerde analyse van de kernproblemen en de daarmee samenhangende mechanismen.

 

 

Arbeidsharden (rekharden) is het belangrijkste obstakel bij het bewerken van roestvrij staal en is het meest prominent aanwezig bij austenitische roestvaste staalsoorten zoals 304 en 316.Tijdens het snijden ondergaat het metaal vóór het snijgereedschap een intense plastische vervorming. De roosterstructuur is vervormd en de dislocaties nemen scherp toe, wat leidt tot een dramatische stijging van de oppervlaktehardheid. Bij austenitisch roestvast staal kan plastische vervorming zelfs een martensitische fasetransformatie veroorzaken. Een deel van het materiaal wordt omgezet in hard martensiet, waardoor de lokale hardheid van de oorspronkelijke HV 200 naar meer dan HV 500 stijgt.

 

De uitgeharde laag strekt zich uit onder het werkstukoppervlak. Als de snedediepte voor de volgende passage kleiner is dan de dikte van de geharde laag, zal de snijkant alleen maar tegen het harde oppervlak wrijven in plaats van effectief te snijden. Dit zal de slijtage van het gereedschap drastisch versnellen, machinale trillingen veroorzaken en de oppervlakteafwerking verslechteren.Bij boor- en tapwerkzaamheden zal een te lage voedingssnelheid of een tijdelijke stilstand de binnenwand van gaten onmiddellijk verharden. In ernstige gevallen zullen kranen vastlopen of zelfs helemaal kapot gaan.

 

 

Roestvast staal heeft een veel lagere thermische geleidbaarheid dan gewoon koolstofstaal. Ter referentie: de thermische geleidbaarheid van 45# koolstofstaal bedraagt ​​ongeveer 50 W/(m·K), terwijl die van roestvrij staal 304 slechts ongeveer 16 W/(m·K) bedraagt, en roestvrij staal 316 is zelfs nog lager.

 

Ongeveer 80% van de warmte die wordt gegenereerd tijdens het verspanen van metaal wordt normaal gesproken afgevoerd door spanen. Niettemin vertonen roestvrijstalen spanen ook een slechte warmtegeleiding. Een grote hoeveelheid snijwarmte hoopt zich op aan de gereedschapspunt, waar de temperatuur gemakkelijk boven de 900 °C kan komen. Dit geeft aanleiding tot ernstige diffusieslijtage, oxidatieslijtage en adhesieslijtage. Bij zulke hoge temperaturen zal de coating van gecoate snijgereedschappen loslaten.

 

Bovendien bereikt de snijvloeistof moeilijk de snijzone. Door de hoge temperatuur verdampt het koelmiddel onmiddellijk en vormt een gasfilm, waardoor het koel- en smeereffect aanzienlijk wordt verzwakt. Bij droog zagen zal de punt van het gereedschap roodgloeiend gloeien, wat resulteert in een scherpe daling van de levensduur van het gereedschap.

 

 

Roestvrij staal beschikt over een hoge rek en superieure plasticiteit. In tegenstelling tot brosse materialen die gefragmenteerde spanen produceren, heeft het tijdens de bewerking de neiging lange, doorlopende lintvormige spanen te vormen. Deze draderige spanen lijken op gloeiend heet staaldraad en wikkelen zich rond snijgereedschappen en werkstukken.

 

Lange spanen zullen krassen veroorzaken op het afgewerkte oppervlak van werkstukken, de stroom snijvloeistof blokkeren en zelfs het afbrokkelen van de randen van gereedschappen veroorzaken. Bij geautomatiseerde productielijnen zorgen verwarde spanen ervoor dat ze regelmatig moeten worden stilgelegd voor reiniging, waardoor de productie-efficiëntie ernstig wordt verminderd.

 

 

Onder hoge temperatuur en hoge druk tijdens het snijden vertoont roestvrij staal een sterke affiniteit met gereedschapsmaterialen. Koudlassen ontstaat gemakkelijk tussen de spanen en de snijkant, waardoor randen ontstaan.

 

Opgebouwde randen blijven groeien, loslaten en herhaaldelijk hervormen. Hierdoor verandert voortdurend de geometrische hoek van de snijkant, wat leidt tot fluctuerende snijkrachten. Wanneer de opgebouwde snijkant eraf valt, zal deze het bewerkte oppervlak krassen en kleine deeltjes van de gereedschapsrand afpellen, waardoor micro-chips van de snijkant ontstaan. Dit probleem is vooral merkbaar bij gemiddelde en lage snijsnelheden.

 

 

 

De lineaire uitzettingscoëfficiënt van austenitisch roestvrij staal is ongeveer 1,5 maal die van koolstofstaal. Het werkstuk zet uit bij verhitting tijdens de bewerking en krimpt na afkoeling, waardoor het moeilijk wordt om de maatnauwkeurigheid bij het nabewerken te controleren. Dunwandige roestvrijstalen onderdelen zijn bijzonder gevoelig voor thermische vervorming.

 

 

Martensitisch roestvast staal en precipitatiehardend roestvast staal bevatten harde deeltjes zoals carbiden. Deze harde insluitsels werken als schuurmiddelen en schuren voortdurend over de snijkant, waardoor schurende slijtage aan het gereedschap ontstaat.

 

 

Duplex roestvast staal (bijv. 2205) bestaat uit zowel austeniet- als ferrietfasen. De twee fasen hebben verschillende mechanische eigenschappen, wat resulteert in geconcentreerde grensvlakspanning tijdens het snijden. Het snijgereedschap is onderhevig aan hoogfrequente wisselende mechanische en thermische belastingen, die gemakkelijk thermische scheuren en vermoeidheidsspanen aan de snijkant van het gereedschap veroorzaken.

 

 

Alle bovengenoemde factoren werken op elkaar in en vormen een destructieve cyclus:Slechte thermische geleidbaarheid leidt tot extreem hoge temperaturen aan de gereedschapspunt → Hoge temperaturen verergeren adhesieslijtage en diffusieslijtage, waardoor het snijgereedschap bot wordt → Botte gereedschappen verhogen de snijkrachten → Grotere snijkrachten intensiveren de plastische vervorming en verharding van roestvast staal → Snijweerstand en snijwarmte stijgen verder → Gereedschappen falen voortijdig en de oppervlaktekwaliteit van werkstukken verslechtert.

 

Om een ​​stabiele en efficiënte bewerking van roestvrij staal te bereiken, moeten fabrikanten deze cyclus doorbreken door de gereedschapsmaterialen te optimaliseren, redelijke snijparameters te ontwerpen, de koel- en smeeromstandigheden te verbeteren en de juiste spaanbrekerstructuren te selecteren.