Aký je najtvrdší kov používaný v strojárstve?

V strojárstve, dizajne nástrojov a priemyselnej výrobe je tvrdosť jednou z najdôležitejších vlastností materiálu. Tvrdšie kovy odolávajú opotrebovaniu, zachovávajú si ostré hrany, dlhšie držia úzke tolerancie a odolávajú abrazívnym pracovným podmienkam. Pre produktových inžinierov, výrobcov nástrojov a obstarávacie tímy neustále vyvstáva jedna otázka: aký je najtvrdší kov používaný v strojárstve?

Krátka odpoveď závisí od toho, či zahrniete kompozitné kovové materiály alebo iba čisté kovy.Medzi čistými elementárnymi kovmi je chróm najtvrdší. Medzi praktické strojárske kovy používané v nástrojoch a výrobe patriaslinutý karbid volfrámu je najtvrdším široko používaným materiálom, po ktorej nasledujú rýchlorezné-ocele práškovej metalurgie a prémiové nástrojové ocele. V každodennej priemyselnej praxi sú nástrojová oceľ D2 na-pracovanie za studena a rýchlorezná oceľ M2{5}}tvrdými kovmi, ktoré poháňajú väčšinu operácií lisovania, rezania a tvárnenia.

Tvrdosť však nikdy nie je jediným hľadiskom. Najtvrdšie kovy sú takmer vždy krehké, drahé a ťažko opracovateľné. Dobré inžinierstvo vždy vyvažuje tvrdosť s húževnatosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu, opracovateľnosťou a celkovými nákladmi. V tejto komplexnej príručke rozoberáme najtvrdšie kovy používané v strojárstve, vysvetľujeme, ako sa meria tvrdosť, skúmame priemyselné aplikácie v reálnom-svete a diskutujeme o tom, ako tvrdé kovy umožňujúpresné lisovanie kovovavýroba plechu.

Ako sa definuje a meria tvrdosť v strojárstve

Pred klasifikáciou materiálov je dôležité pochopiť, ako inžinieri kvantifikujú tvrdosť. Tvrdosť je odolnosť materiálu voči vtlačeniu, poškriabaniu a trvalej povrchovej deformácii.

V kovospracujúcom priemysle sú najbežnejšie tri testovacie stupnice:

• Rockwellova tvrdosť (HRC):Štandardná stupnica pre kalené nástrojové ocele a tvrdé zliatiny. Používa diamantový kužeľový indentor pri zaťažení 150 kg. Väčšina technických tvrdých kovov sa pohybuje medzi 50 a 70 HRC.
• Tvrdosť podľa Vickersa (HV):Používa sa na veľmi tvrdé materiály, tenké nátery amalé presné diely. Vickersova stupnica dokáže merať tvrdosť v širšom rozsahu ako Rockwell C.
• Tvrdosť podľa Brinella (HBW):Spoločné pre mäkšie konštrukčné ocele a opotrebované dosky. Menej často používané pre najtvrdšie strojárske kovy.

Ako referenčný bod:

• Mäkká mäkká oceľ: ~HRC 10–20
• Štandardná kalená čepeľ noža: ~HRC 55–58
• Prémiová lisovacia oceľ: ~HRC 60–64
• Ultra{0}}tvrdé materiály nástrojov: HRC 70+ alebo merané na Vickersovej stupnici

Najtvrdšie kovy používané v strojárstve, hodnotené

Nižšie sú uvedené najdôležitejšie tvrdé kovy a kovové -technické materiály zoradené od najťažších po najtvrdšie{1}}praktické pracovné triedy.

1. Slinutý karbid volfrámu

Všeobecne považovaný za najtvrdší kovový-materiál používaný v bežnom strojárstve,slinutý karbid volfrámu(často nazývaný len karbid) nie je čistý kov, ale kompozit s kovovou -maticou. Pozostáva z častíc karbidu volfrámu spojených kobaltovým spojivom.

Rozsah tvrdosti:1 500 – 2 200 HV (ekvivalent približne 80 – 90 HRC, čo je ďaleko nad užitočným limitom stupnice Rockwell C)

Kľúčové vlastnosti:

• Výnimočná odolnosť proti opotrebeniu a zachovanie hrán
• Veľmi vysoká pevnosť v tlaku
• Odolné voči vysokým teplotám pri rezaní
• Krehký a citlivý na nárazové a nárazové zaťaženie

Inžinierske aplikácie:

• Vysokorýchlostné vložky rezných nástrojov na obrábanie-
• Presné raziace matrice a opotrebiteľné vložky pre veľkoobjemovú{0}}výrobu
• Doštičky, dýzy a dosadacie plochy opotrebovávajte v abrazívnych prostrediach
• Vrtáky a tipy na ťažobné nástroje

Karbid volfrámu je najtvrdší materiál, ktorý nájdete pri bežnom priemyselnom použití. Pre extrémne veľké-objemové lisovacie operácie môžu karbidové razníky a matrice poskytnúť 5–10x dlhšiu životnosť ako štandardná nástrojová oceľ.

2. Vysokorýchlostné-ocele práškovej metalurgie (PM HSS)

Rýchlorezné ocele práškovej metalurgie-sú najtvrdšie všetky-ocelové inžinierske materiály vyrábané v komerčnom meradle. Na rozdiel od konvenčných ocelí na liate a tvárnené ocele sa PM ocele vyrábajú z jemného oceľového prášku zhutneného a sintrovaného do pevných blokov. To vytvára jednotnú, jemnozrnnú-mikroštruktúru, ktorá dokáže udržať veľmi vysoké úrovne tvrdých karbidových častíc bez nadmernej krehkosti.

Rozsah tvrdosti:HRC 66–70+ po optimálnom tepelnom spracovaní

Najlepšie známky:

• ASP 2060 / Vanadis 10:Ultra-tvrdé triedy PM pre aplikácie s extrémnym opotrebovaním
• PM-M4:Vysokovýkonná-kovová verzia z rýchloreznej ocele M4-
• Vanadis 4 Extra:Vyvážená trieda PM s vynikajúcou húževnatosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu

Inžinierske aplikácie:

• Vysokovýkonné razenie-a formovacie matrice
• Presné rezné nástroje pre ťažko{0}}obrobiteľné{1}}materiály
• Nástroje na extrúziu za studena a vysoko{0}}opotrebovateľné dierovacie komponenty

PM rýchlorezné-ocele poskytujú takmer-odolnosť proti opotrebeniu z tvrdokovu s lepšou húževnatosťou a nižšími nákladmi ako monolitný karbid. Sú prvotriednou voľbou pre veľkoobjemovú-výrobu progresívneho razenia.

3. Konvenčné vysoko-rýchlostné ocele (HSS)

Predtým, ako sa technológia práškovej metalurgie rozšírila, boli štandardom maximálnej tvrdosti pri obrábaní konvenčné-rýchlostné ocele. Zostávajú cenovo-najefektívnejšou voľbou pre mnohé náročné inžinierske aplikácie.

Rozsah tvrdosti:HRC 62–69 v závislosti od triedy

Najlepšie známky:

• M2 HSS:Najpoužívanejšia všeobecná-vysokorýchlostná-oceľ. Vytvrdzuje na HRC 64–66. Štandardný ťažný kôň pre vŕtačky, frézy a výrobné lisovacie nástroje.
• M42 HSS:Prémiová trieda legovaná kobaltom-, ktorá dosahuje HRC 67–69 s vynikajúcou tvrdosťou červenej farby (schopnosť udržať si tvrdosť pri vysokých teplotách). Používa sa pre-výkonné rezné nástroje a náročné operácie tvárnenia.

Inžinierske aplikácie:

• Štandardné razidlá a matrice
• Vŕtačky, stopkové frézy a rezné nástroje
• Pílové listy a nožnice

4. Studené-ocele na pracovné nástroje

Nástrojové ocele na{0}}pracovanie za studena sú základom všeobecného lisovania a tvárnenia kovov. Aj keď nie sú také tvrdé ako-rýchlorezné ocele, ponúkajú vynikajúcu rovnováhu medzi tvrdosťou, húževnatosťou, odolnosťou voči opotrebovaniu a cenovou dostupnosťou.

Rozsah tvrdosti:HRC 58–64

Najlepšie známky:

• Nástrojová oceľ D2:Najbežnejšia pracovná trieda-za studena v lisovacom priemysle. Vytvrdzuje na HRC 58–62 s veľmi dobrou odolnosťou proti oderu vďaka vysokému obsahu chrómu a karbidov. Je to predvolená voľba pre zárezy, tvárniace zápustky a strihacie čepele.
• Nástrojová oceľ A2:Vytvrdzuje na HRC 60–62 s lepšou húževnatosťou ako D2. Používa sa na tvárnenie nástrojov a nástrojov, ktoré musia odolať vylamovaniu pri nárazovom zaťažení.
• Nástrojová oceľ S7:Najodolnejšie typy pre prácu za studena-, ktoré sa používajú na aplikácie so silným nárazom.

Pre väčšinu štandardných lisovaní kovov avýroba plechunástrojová oceľ D2 poskytuje najlepšiu kombináciu výkonu a ceny.

5. Martenzitické nehrdzavejúce ocele

Keď sa vyžaduje tvrdosť a odolnosť proti korózii, najtvrdšou možnosťou sú martenzitické nehrdzavejúce ocele. Na rozdiel od austenitických nehrdzavejúcich tried, ako sú 304 a 316, martenzitické triedy môžu byť výrazne vytvrdené tepelným spracovaním.

Rozsah tvrdosti:HRC 50–60

Najlepšie známky:

• Nerezová oceľ 440C:Najtvrdšia bežne dostupná nerezová trieda. Po úplnom vytvrdnutí dosahuje HRC 58–60. Používa sa na-kvalitné príbory, súčasti ložísk a nástroje odolné voči korózii-.
• Nerezová oceľ 420HC:Modifikovaná trieda 420 s vyšším uhlíkom, kalenie na približne 56–58 HRC. Ponúka lepšiu odolnosť proti korózii ako 440C s mierne nižšou tvrdosťou.

6. Chróm – Najtvrdší čistý kov

Medzi čistými elementárnymi kovmi,chróm (Cr)je najtvrdší, s tvrdosťou podľa Vickersa približne 1 000 HV v najčistejšej forme. Čistý chróm je však krehký a zriedka sa používa ako samostatný technický kov. Namiesto toho sa takmer výlučne používa ako legovací prvok -, ktorý je najznámejší ako kľúčová zložka nehrdzavejúcej ocele. Chróm sa tiež široko používa na galvanické pokovovanie tvrdým chrómom, aby mäkším oceľovým častiam dodal tvrdý povrch odolný proti opotrebeniu-.

Obchod s tvrdosťou-Vypnuté: Prečo tvrdšia nie je vždy lepšia

V strojárstve nie je výber najtvrdšieho dostupného kovu takmer nikdy optimálnym rozhodnutím.

Tvrdosť prichádza s nevyhnutnými kompromismi-:

• Tvrdosť vs. húževnatosť:So zvyšujúcou sa tvrdosťou sa rázová húževnatosť takmer vždy znižuje. Najtvrdšie kovy sú krehké a pri nárazovom zaťažení sa môžu odštiepiť, prasknúť alebo rozbiť. Pre nárazové aplikácie - ako naprvidlice vysokozdvižného vozíka, kladivové náradie akonštrukčné konzoly- o niečo mäkšia a tvrdšia trieda je z dlhodobého hľadiska bezpečnejšia a odolnejšia.
• Tvrdosť vs. obrobiteľnosť:Tvrdšie kovy je oveľa ťažšie rezať, vŕtať, frézovať a brúsiť. Rýchlo sa opotrebúvajú rezné nástroje a vyžadujú si nižšiu rýchlosť spracovania. Veľmi tvrdé druhy sa často musia obrábať v mäkkom žíhanom stave a potom tepelne-spracovať.
• Tvrdosť vs. cena:Prémiové tvrdé materiály, ako je karbid volfrámu a rýchlorezná-oceľ PM, sú podstatne drahšie ako štandardné nástrojové ocele. Náklady na nástroje, náklady na spracovanie a miera šrotu sa zvyšujú s tvrdosťou.
• Tvrdosť vs. zvárateľnosť:Väčšinu veľmi tvrdých ocelí je ťažké alebo nemožné spoľahlivo zvárať bez praskania a mäknutia. Konštrukčné aplikácie vyžadujúce zváranie zvyčajne používajú zvárateľné triedy s nižšou-tvrdosťou.

Dobrý technický návrh vyberá najtvrdší materiál, ktorý stále spĺňa požiadavky na húževnatosť, náklady a vyrobiteľnosť -, nie najtvrdší dostupný materiál.

Tvrdé kovy v lisovaní kovov a priemyselnej výrobe

V každodennej{0}}-výrobe kovov zohrávajú tvrdé kovy dve odlišné úlohy: používajú sa na výrobu nástrojov a niekedy sa používajú ako samotný súčiastok.

Tvrdé kovy pre lisovacie nástroje

Zápustky a razníky, ktoré tvarujú plechové diely, sú miestom, kde tvrdé kovy prinášajú najväčšiu hodnotu.

Matrica s dlhšou životnosťou znižuje prestoje, znižuje{1}}náklady na nástroj na diel a zachováva užšie tolerancie pri dlhších výrobných sériách.

• Štandardné výrobné nástroje:Nástrojová oceľ D2-na prácu za studena je priemyselným štandardom pre väčšinu lisovacích nástrojov. Poskytuje dobrú životnosť za rozumnú cenu.
• Veľkoobjemové progresívne matrice:Razníky a matrice z rýchloreznej ocele M2 alebo M42-sa používajú na veľkoobjemové-nárazymalé presné dielyako sú elektrické svorky.
• Mimoriadne-vysokoobjemová{1}}výroba:Doštičky z karbidu volfrámu sa používajú na miestach s najvyšším{0}}opotrebením v progresívnych matriciach, kde sa medzi výmenami nástrojov musia vyrobiť milióny dielov.

oJoyear Metalwork, naše vlastné{0}}oddelenie nástrojov vyrába a udržiava lisovacie nástroje s použitím prémiových nástrojových ocelí D2 a M2, pričom pre veľkoobjemové-výroby sú k dispozícii inovácie z tvrdokovu. To nám zaisťuje konzistentnú rozmerovú presnosť a dlhú životnosť nástrojapresné lisovacie diely zo zliatiny medi, 72-palcové pánty klavíra z nehrdzavejúcej ocelea ďalšie-výrobky s veľkým objemom. nášprototypové lisovanie plechuSlužba tiež používa optimalizované nástrojové ocele na vyváženie rýchlosti, nákladov a kvality pre nízko{0}}objemové overovanie návrhu.

Tvrdé kovy pre hotové komponenty

Zatiaľ čo nástroje používajú najtvrdšie kovy, väčšina hotových lisovaných a vyrobených dielov nevyžaduje maximálnu tvrdosť. Namiesto toho používajú materiály vybrané pre pevnosť, odolnosť proti korózii, tvarovateľnosť alebo vodivosť.

• Konštrukčné a manipulačné komponenty:Vysoko{0}}pevné nízko{1}}legované ocele vyrovnávajú tvrdosť, húževnatosť a zvárateľnosť. nášvidlice vysokozdvižného vozíkaa príslušenstvo na manipuláciu s materiálomsú napríklad vyrobené z vysokopevnostných legovaných ocelí{0}ISO 2330aANSI/ITSDF B56.11.4bezpečnostné normy. Tieto materiály sú dostatočne tvrdé na to, aby odolali opotrebovaniu, ale dostatočne pevné na to, aby bezpečne absorbovali nárazové zaťaženie.
• Hardvér odolný proti korózii-:Nehrdzavejúca oceľ 304 a 316 sa volí skôr pre odolnosť proti korózii než pre maximálnu tvrdosť. nášdlhé kovové pántya klavírne pánty sú precízne-vyformované z týchto tried pre spoľahlivý dlhodobý-výkon v priemyselných prostrediach.
• Elektrické komponenty:Zliatiny medi a mosadze sa vyberajú podľa vodivosti a tvárnosti, nie podľa tvrdosti.

Prečo spolupracovať s Joyear Metalwork?

Či si to váš projekt vyžadujepresné{0}}lisované medené koncovky, pánty z nehrdzavejúcej ocele-odolné voči koróziialebo ťažkých{0}}konštrukčných komponentov, spolupráca so skúseným výrobcom zaisťuje správny výber materiálu a nástrojov pre každú aplikáciu.

Joyear Metalworkje certifikovaný výrobca lisovania kovov a plechu podľa noriem ISO 9001:2015 a ISO 14001:2004 založený v roku 2008. Náš výrobný závod s rozlohou 5,{6}} štvorcových metrov zamestnáva viac ako 300 kvalifikovaných odborníkov a slúži výrobcom pôvodných zariadení, výrobcom zariadení a priemyselným predajcom po celom svete.

Medzi naše hlavné schopnosti patrí:

• Veľkoobjemové{0}}progresívne lisovanie pomocou nástrojov z prémiovej nástrojovej ocele a tvrdokovu
• Presné lisovacie diely zo zliatiny medi pre elektroniku a elektrické aplikácie
• Nerezové klavírne pántya dlhé kovové pánty pre priemyselné zariadenia
• Vysokovýkonné-vysokozdvižné vidlicea komponenty na manipuláciu s materiálom vyrobené podľa medzinárodných bezpečnostných noriem
• Lisovanie prototypových plechov a plná podpora výroby
• Dokončite-vlastný návrh nástrojov, sekundárne operácie a zabezpečenie kvality

Náš inžiniersky tím úzko spolupracuje s každým zákazníkom počas fázy návrhu, aby odporučil optimálne materiály - pre hotové diely aj pre výrobné nástroje -, aby sa dosiahol kompromis medzi výkonom, odolnosťou a celkovými nákladmi.

Ak chcete preskúmať našu celú škálu možností lisovania a výroby, navštívte stránku Joyear Metalwork:https://www.joyearmetalwork.com/alebo kontaktujte náš technický tím, aby ste prediskutovali svoje požiadavky na projekt.

Často kladené otázky

Otázka: Aký je najtvrdší kov používaný v strojárstve?

• Odpoveď: Spomedzi praktických technických materiálov je slinutý karbid volfrámu najtvrdším a široko používaným nástrojovým materiálom na báze kovu-. Spomedzi všetkých -tried ocelí dosahujú rýchlorezné ocele práškovou metalurgiou- najvyššiu tvrdosť. Nástrojové ocele D2 a M2 sú najbežnejšími tvrdými kovmi v každodennom priemyselnom použití.

Otázka: Je titán najtvrdším kovom?

• Odpoveď: Nie. Titán je cenený pre svoj vynikajúci pomer pevnosti-k-hmotnosti a odolnosť proti korózii, ale nie je obzvlášť tvrdý. Čistý titán je relatívne mäkký a dokonca aj vysokopevnostné zliatiny titánu majú okolo 36 HRC – 44 - oveľa mäkšie ako nástrojové ocele.

Otázka: Aká je najtvrdšia trieda ocele?

• Odpoveď: Najtvrdšími komerčne dostupnými druhmi ocele sú rýchlorezné ocele práškovou metalurgiou-, ako sú ASP 2060 a Vanadis 10, ktoré môžu prekročiť 68–70 HRC. Spomedzi konvenčných ocelí dosahuje rýchlorezná oceľ M42-približne HRC 67–69.

Otázka: Prečo sa na všetko nepoužívajú najtvrdšie kovy?

• Odpoveď: Najtvrdšie kovy sú krehké, drahé, ťažko opracovateľné a citlivé na náraz. Väčšina technických aplikácií vyžaduje rovnováhu medzi tvrdosťou, húževnatosťou a cenou. Optimálny materiál je ten najmäkší, ktorý stále spĺňa všetky požiadavky na výkon a odolnosť.

Otázka: Aké kovy sa používajú na lisovanie?

• Odpoveď: Väčšina štandardných lisovacích nástrojov je vyrobená z nástrojovej ocele D2-za studena. Na výrobu väčšieho-objemu sa používa rýchlorezná{{5} oceľ M2. Pre aplikácie s najvyšším-opotrebením sú vložky z karbidu volfrámu inštalované na kritických lisovacích staniciach.

Záverečné myšlienky

Pokiaľ ide o najtvrdší kov používaný v strojárstve, na vrchole praktického priemyselného sortimentu je slinutý karbid volfrámu, po ktorom nasledujú rýchlorezné ocele práškovej metalurgie, konvenčné rýchlorezné ocele-a nástrojové ocele na prácu za studena-. Medzi čistými elementárnymi kovmi je chróm najtvrdší, ale len zriedka sa používa samostatne.

V skutočnej inžinierskej praxi však „najlepší“ tvrdý kov nikdy nie je jednoducho ten najtvrdší. Odborný výber materiálu vyvažuje tvrdosť s húževnatosťou, opracovateľnosťou, cenou a špecifickými{1}}požiadavkami aplikácie. Či už vyberáte nástrojové ocele pre výrobnú matricu alebo si vyberáte materiál dielu pre konštrukčný komponent, spolupráca so skúseným výrobným partnerom vám zaručí optimálnu rovnováhu medzi výkonom a hodnotou.