Do czego służą stale narzędziowe nierdzewne

Stale narzędziowe nierdzewne – przewodnik po gatunkach, oznaczeniach i zastosowaniach

Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie szczegółowej charakterystyki najważniejszych gatunków stali nierdzewnych narzędziowych, ich klasyfikacji oraz właściwości mechanicznych i chemicznych. Omówimy także oznaczenia według międzynarodowych norm EN, AISI i ASTM.

1. Klasyfikacja stali nierdzewnych narzędziowych

Stale nierdzewne narzędziowe różnią się składem chemicznym, strukturą mikrokrystaliczną i metodami obróbki cieplnej. Wyróżniamy trzy główne grupy:

1.1. Stale martenzytyczne

• Charakteryzują się wysoką twardością i dobrą odpornością na zużycie.
• Zawierają średnie lub wysokie stężenia węgla (0,2–1,2%) oraz chromu (12–18%).
• Mogą być hartowane, co pozwala na uzyskanie twardości w zakresie 45–60 HRC.
• Typowe zastosowania obejmują ostrza tnące, narzędzia chirurgiczne i formy wtryskowe.

1.2. Stale ferrytyczne

• Niższa twardość, ale większa odporność na korozję w porównaniu do stali martenzytycznych.
• Zawierają do 30% chromu, brak niklu i niewielką ilość węgla (<0,12%).
• Stosowane w mniej wymagających aplikacjach, takich jak części maszyn czy narzędzia kuchenne.

1.3. Stale austenityczne

• Najwyższa odporność na korozję wśród stali nierdzewnych.
• Nie są hartowalne, ale mogą być wzmacniane przez odkształcenie na zimno.
• Zawierają wysoki poziom chromu (16–26%) i niklu (6–12%), co nadaje im doskonałą odporność na korozję w środowiskach chemicznych.

2. Oznaczenia stali według norm

2.1. Oznaczenia wg EN

System EN (Europejska Norma) wykorzystuje dwa rodzaje oznaczeń:

• Numeryczne: np. 1.4034, 1.4057.
• Symboliczne: np. X30Cr13 (gdzie X oznacza stal wysokostopową, liczba 30 to zawartość węgla w setnych częściach procenta, a Cr13 to zawartość chromu 13%).

2.2. Oznaczenia wg AISI

• AISI to amerykański system klasyfikacji.
• Oznaczenia są trzycyfrowe, np. AISI 420 dla stali martenzytycznej lub AISI 304 dla stali austenitycznej.

2.3. Oznaczenia wg ASTM

• System ASTM opisuje właściwości techniczne i zastosowania stali, często zbliżone do AISI.
• Przykładowo, ASTM 420 to stal odpowiadająca AISI 420.

3. Charakterystyka wybranych gatunków stali narzędziowych nierdzewnych

3.1. X30Cr13 (1.4028, AISI 420)

• Skład chemiczny:
  • Węgiel (C): 0,26–0,35%.
  • Chrom (Cr): 12,0–14,0%.
• Właściwości:
  • Stal martenzytyczna o umiarkowanej odporności na korozję.
  • Twardość po hartowaniu: do 50 HRC.
  • Łatwa w obróbce i polerowaniu.
• Zastosowania:
  • Noże przemysłowe.
  • Narzędzia chirurgiczne.
  • Formy wtryskowe.

3.2. X46Cr13 (1.4034, 4H13, AISI 420C)

• Skład chemiczny:
  • Węgiel (C): 0,43–0,50%.
  • Chrom (Cr): 12,5–14,5%.
• Właściwości:
  • Najbardziej hartowna stal z grupy AISI 420.
  • Twardość po hartowaniu: do 55–58 HRC.
  • Odporność na ścieranie wyższa niż w przypadku X30Cr13.
• Zastosowania:
  • Ostrza techniczne, noże przemysłowe.
  • Narzędzia tnące w przemyśle spożywczym.

3.3. X17CrNi16-2 (1.4057, AISI 431)

• Skład chemiczny:
  • Węgiel (C): 0,12–0,22%.
  • Chrom (Cr): 15,5–17,5%.
  • Nikiel (Ni): 1,5–2,5%.
• Właściwości:
  • Dobra odporność na korozję w umiarkowanie agresywnych środowiskach.
  • Twardość po hartowaniu: do 50 HRC.
• Zastosowania:
  • Elementy pomp, wały napędowe.
  • Noże przemysłowe i narzędzia precyzyjne.

3.4. H18 (1.4125, AISI 440C)

• Skład chemiczny:
  • Węgiel (C): 0,95–1,20%.
  • Chrom (Cr): 16,0–18,0%.
• Właściwości:
  • Najwyższa twardość spośród stali martenzytycznych (do 60 HRC).
  • Bardzo dobra odporność na ścieranie.
• Zastosowania:
  • Precyzyjne narzędzia tnące.
  • Łożyska kulkowe.

4. Zastosowania stali narzędziowych nierdzewnych

4.1. Narzędzia tnące

Stale takie jak X46Cr13 (1.4034) i H18( 1.4125) są idealne do produkcji noży przemysłowych i ostrzy technicznych, gdzie wymagana jest wysoka twardość i odporność na ścieranie.

4.2. Formy wtryskowe

Gatunki o umiarkowanej twardości, takie jak X30Cr13 (1.4028), są wykorzystywane w produkcji form wtryskowych, szczególnie do tworzyw sztucznych.

4.3. Narzędzia chirurgiczne

Ze względu na wysoką odporność na korozję, stale takie jak X17CrNi16-2 (1.4057) znajdują zastosowanie w instrumentach medycznych.

4.4. Elementy maszyn

Stale martenzytyczne, takie jak X17CrNi16-2 (1.4057), są używane w produkcji wałów napędowych, przekładni i elementów pomp.

Podsumowanie

Stale narzędziowe nierdzewne są materiałami o wyjątkowej wszechstronności, łączącymi wysoką twardość, odporność na korozję i zdolność do pracy w wymagających środowiskach. Wybór odpowiedniego gatunku zależy od specyficznych wymagań aplikacji – od odporności na ścieranie po zdolność do pracy w środowiskach chemicznie agresywnych. Dzięki różnorodności dostępnych gatunków, stale nierdzewne narzędziowe odgrywają kluczową rolę w nowoczesnym przemyśle.