Обработка нержавеющей стали

Классификация и ГОСТы

Все виды нержавеющей стали контролируются ГОСТом 5632 от 2014 года (обновлённый). Данный ГОСТ устанавливает требования к производству, классифицирует сплавы по видам.

Согласно стандарту 5632, нержавейка делится на три вида:

1.Устойчивые к коррозии. В эту группу входят все сплавы, имеющие повышенное сопротивление к коррозии химического и электрохимического типа (воздействие кислот, щелочей и т. д.), а также к коррозии кристаллических зёрен.
2.Жаростойкие. Это сплавы, которые способны противостоять коррозийному воздействию при высоких температурах (свыше 550 гр. Ц) в среде газов.
3.Жаропрочные. Категория нержавеющих сплавов, сохраняющих свои свойства под температурным воздействием длительное время.

Химический состав материала влияет на его характеристики, определяет класс нержавейки.

Классификация нержавейки по химическому составу

ГОСТ 5632 также классифицирует нержавеющие стали по их структуре:

• Мартенситные. Это категория сплавов на основе мартенсита. В их составе также содержится хром (12-17%) и углерод в высоком содержании.
• Мартенситно-ферритные. Кроме мартенсита в этих сплавах высокий процент феррита – более 10. Хром составляет 13-18% состава.
• Ферритные. Изготавливаются на основе феррита и имеют в своём составе до 30% хрома. Обладают магнитными свойствами.
• Аустенитно-мартенситные. Кроме данных элементов в таких сплавах присутствует хром (12-18%) и никель (4-9%). Это никель-хромовые нержавеющие стали и никель-хромовые с примесью марганца.
• Аустенитно-ферритные. Основа такой нержавейки – аустенит, феррит составляет не менее 10% состава.
• Аустенитная. Благодаря аустениту в составе такая нержавейка обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам и прочностью. Также в аустенитной стали содержится до 18% хрома и до 10% никеля.

Химический состав определяет область применения нержавейки, влияет на технологии и процесс обработки.

Особенности нержавейки

К данному типу стали относятся различные сплавы, отличающиеся теми или иными свойствами. Но вся нержавеющая сталь имеет ряд общих достоинств:

1.Долгий эксплуатационный срок в различных условиях.
2.Современное оборудование позволяет без проблем производить механическую обработку материала.
3.Высокая коррозийная устойчивость не только под воздействием природных факторов, но и в агрессивных средах.
4.Химический состав делает нержавейку прочной даже при малой толщине.
5.Безопасность для человека – данные сплавы можно применять в пищевой отрасли, медицине.

Кроме того, внешний вид материала позволяет использовать его без окрашивания. Это упрощает процесс работы с нержавейкой, экономит финансы.

Методы обработки нержавейки

Все способы обработки нержавеющей стали можно разделить на несколько категорий: механическая; литьё; сварка; обработка под давлением. Используя те или иные способы воздействия, можно менять форму и размер заготовок, улучшать качественные характеристики материала. Техники обработки могут применяться независимо и в сочетании друг с другом.

Токарная обработка – основной способ механического воздействия

Техника направлена на резку нержавейки с целью получения деталей с требуемыми параметрами. Процесс заключается в удалении лишнего металла с помощью режущих инструментов.

Обработка нержавейки на токарном станке включает большой спектр операций:

1.Фрезеровка. Используется для изготовления шестерёнок из нержавеющей стали, создания отверстий сложной формы или углублений в материале.
2.Резка. Позволяет нарезать заготовки из нержавеющей стали на элементы требуемой формы и размера.
3.Растачивание. Применяется для увеличения диаметра отверстий в детали.
4.Сверление. Позволяет создавать отверстия различного размера.
5.Набивка резьбы. В зависимости от используемого инструмента можно создавать внутреннюю и наружную резьбу на цилиндрических заготовках.

Виды и отличия резцов

На токарных станках применяется различный режущий инструмент: резцы; свёрла; зенкеры и т. д. Резец – это основное режущее приспособление. В зависимости от назначения оно бывает нескольких видов:

• проходной – для изготовления цилиндрических заготовок и деталей;
• подрезной – для обработки торцевых поверхностей изделий;
• расточный – для создания отверстий разного диаметра;
• отрезной – для нарезания элементов из нержавейки;
• резьбонарезной – для создания внутренней/внешней резьбы;
• фасонный – для обтачивания поверхности изделий сложной формы.

Резцы изготавливают из материалов, которые способны резать прочные сплавы, не деформируясь и не ломаясь. Это обусловлено качествами и особенностями нержавеющей стали.

Свойства нержавейки, усложняющие обработку

Показатели твёрдости и максимальной растяжимости нержавейки схожи с показателями «чёрных» сталей. Но металлы различаются по микроструктуре. При обработке режущим инструментом нержавеющая сталь проходит несколько стадий. Сначала она упруго деформируется, затем обработка облегчается, потом материал упрочняется.

Эта особенность обусловлена свойствами нержавеющей стали.

Повышенная ударная вязкость. Металлы данной группы обладают высокими показателями пластичности. 

Плохая теплопроводность. В условиях эксплуатирования это является преимуществом, но при механическом воздействии металл сильно нагревается. Для сварки нержавейки используются специальные электроды, при резке поверхность материала остужается жидкостью.

Сохранение качеств. При обработке на токарном стане жаропрочные виды нержавейки не меняют свою структуру под воздействием температур. Повышенная прочность и твёрдость материала снижают срок службы токарных инструментов.

Наличие абразивов. В составе нержавеющих сплавов есть малая доля карбида и других абразивов, пагубно влияющих на токарные резаки.

Неравномерное упрочнение. Данная особенность влияет на структуру материала. Детали большого размера теряют в прочности и качестве.

Способы упрощения процесса обработки

Для облегчения резки нержавейки и продления срока службы оборудования используются различные методы: охлаждающие жидкости; специальные резаки; более мощное оборудование и т. д.

Требования к оборудованию

Нержавеющая сталь является прочным металлом, для обработки которого требуется более мощное оборудование.

Основные требования, предъявляемые к токарным станкам для работы с нержавейкой:

• более жёсткая конструкция, способная выдерживать высокие нагрузки;
• высокая устойчивость к вибрациям, вызываемым всеми элементами системы;
• увеличенная мощность двигателя.

Для достижения высокой точности изготовления деталей применяются станки с ЧПУ. Низкий показатель шероховатости нержавеющей стали не позволяет производить высокоточную обработку в ручном режиме.

Удаление стружки

Длинная спиралевидная стружка мешает и осложняет работу. Для устранения данной проблемы используются стружколомы особой конструкции. При их изготовлении учитывается свойство упрочнения нержавейки в процессе резки.
Кроме того, применяются специальные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) для обработки рабочей поверхности.

СОЖ

Смазка подаётся через резак под давлением. Она служит для:

• эффективного остужения резака;
• разделения стружки на малые сегменты;
• удаления стружки из рабочей области.

СОЖ также используется для обработки нержавейки с целью защиты металла от перегрева. Жидкость распыляет в область обработки, остужая изделие, продлевая срок службы резака. Минусом данной технологии является высокий расход остужающей смеси. На оборонных предприятиях и в высокоточном производстве в качестве СОЖ используется углекислота.

Стружколом

При изготовлении стружколома учитывается его форма. Чтобы уменьшить тепловое воздействие стружколом делают с положительным передним углом. Это снижает показатель упрочнения нержавейки, уменьшает наклёп на резаке – главные причины быстрого изнашивания режущего инструмента.

Большинство стружколомов универсальные и подходят для работы с различными сплавами. Но при резке нержавейки следует использовать стружколом для сталей с высоким содержанием легирующих компонентов. Такое оборудование облегчает рабочий процесс и уменьшает износ инструмента.

Уменьшение показателя самоупрочнения

Наибольшим самоупрочнением обладают нержавеющие стали на основе аустенита. Способность к упрочнению у данной группы нержавейки высока при всех этапах обработки – черновая, чистовая, получистовая.

Для уменьшения самоупрочнения, кроме специальных стружколомов, используются резаки с особо острой заточкой и защитным покрытием, которое увеличивает износостойкость режущего элемента.

Продление срока службы режущего инструмента

Эффект самоупрочнения приводит к повреждению резака. Для продления его срока службы используются следующие методы:

• Более острая заточка и кромка специальной формы. Это позволяет срезать металл быстрее, чем активируется эффект упрочнения.
• Использование специальных стружколомов. Это снижает нагрев инструмента и уменьшает количество оседаемых на нём частиц металла.
• Более прочный материал. Наиболее часто используемый материал для изготовления резцов – кубический нитрит бора. Это искусственный материал, который по прочности и структуре схож с алмазом.

Также резаки покрывают защитными составами. Покрытие наносится по двум технологиям осаждения: химическое (CVD); физическое (PVD). Первый вариант позволяет работать на высокой скорости, но данная защита усложняет правку и заточку резца. Второй вариант используется для обработки аустенитной нержавейки, не подходит для резки на высоких скоростях.

Техника обработки нержавейки

Продлить срок службы инструмента также поможет правильное его использование. При необходимости снятия большой толщины металла обработку следует проводить в несколько этапов.

Обработка должная производиться с постепенным уменьшением толщины снимаемого слоя, в несколько проходов. При работе с нержавеющей сталью также можно увеличить скорость движения шпинделя, снизив до минимума толщину срезаемого слоя.

Другие методы механической обработки нержавеющей стали

Токарный станок позволяет изготавливать детали различной формы и назначения, производить нарезку нержавейки. Но к видам механической обработки также относится полировка и другие способы резки.

Обработка абразивом

Данный метод обработки подразумевает полировку. Полирование осуществляется абразивным материалом малой зернистости. Под его воздействием с поверхности металла удаляется верхний слой. Нержавейка становится идеально гладкой, приобретает зеркальную поверхность.

Лазерная резка

Резка лазерным лучом – это технологичный метод, который позволяет получить качественный срез с минимальным процентом брака. Под действием тонкого лазерного луча изделие из нержавейки разогревается. Металл прожигается, разделяясь на части.

Гидроабразивная резка

Принцип работы схож с пескоструйными машинами. Смесь из воды и абразивного вещества под высоким давлением подаётся в область распила. Под воздействием смеси происходит разделение металлических частиц.
Метод обеспечивает идеальный распил, отсутствие перекосов и дефектов, гладкую кромку. В качестве абразива используется песок.