Обработка нержавеющей стали

Классификация нержавеющих материалов в соответствии с требованиями ГОСТ 5632-72 предусматривает их разделение на три вида:

• Коррозионностойкие материалы – это устойчивые сплавы к химической и электрохимической коррозии: солевая, атмосферная, кислотная, щелочная, а также к коррозии вдоль зерен кристаллов.
• Окалиностойкие материалы – нержавеющие жаростойкие сплавы, отличающиеся стойкостью в газовых средах к химическому воздействию и к коррозии при температуре более +550 °C.
• Жаропрочные материалы – это стали, сохраняющие свойства в течение определенного времени в нагруженном состоянии, в условиях высокой температуры. Изменения в структуре нержавеющих сплавов происходят под влиянием проведенной горячей или холодной обработки. На формирование структуры влияет химический состав сплава, особенно наличие хрома и никеля.

В зависимости от структуры нержавеющие стали согласно ГОСТ 5632-72 подразделяют:

• Мартенситные стали - в качестве основной составляющей имеют мартенсит. В их составе высокое содержание углерода (C), хромистых сталей от 12 до 17 % (Cr). Это позволяет такие сплавы подвергать закалке.
• Мартенситно-ферритные сплавы имеют структуру, с содержанием не только мартенсита, но и феррита (более 10 %), а также хромистых сталей от 13 до 18 % (Cr).
• Ферритные стали со структурой, основанной в основном на феррите, поэтому такие сплавы отличаются магнитными свойствами. В их составе также есть хромистые стали от 13 до 30 % (Cr). Низкое содержание никеля позволило иметь этим сплавам доступную себестоимость.
• Аустенито-мартенситные стали со структурой, которая состоит из аустенита и мартенсита, а также есть хромистые стали от 12 до 18 % (Cr) и хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали от 4 до 9 % (Ni).
• Аустенитно-ферритные сплавы со структурой, которая включает в себя аустенит и феррит 10 %, а также хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали.
• Аустенитные стали со структуру, которая основана на аустените, а также хромоникелевые стали, хромомарганцевоникелевые стали.

Классификация нержавеющих сталей по виду основного элемента:

На отечественном и международном рынке чаще всего встречаются аустенитные нержавеющие стали: 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, которые отличаются в разных агрессивных средах высокой стойкостью к коррозии, а также оптимальной технологичностью Объемы производства значительно превышают объемы выпуска других сталей. Нержавейка по твердости материала и его пределу растяжимости напоминает углеродистые сплавы. Нужно отметить, что совпадение наблюдается лишь в механических показателях. При этом внутреннее строение, антикоррозийная стойкость и способность к повышению прочности у нержавеющей и углеродистой сталей отличаются.

Технология обработки любых изделий из нержавеющей стали состоит из следующих четырех основных этапов.

На первом этапе выполняется резка листов из нержавейки на заготовки, из которых будет собрано готовое изделие. Для этого применяются как ручные, так и автоматизированные методы. Современные технологии в процессе производства деталей позволяют добиться минимального процента брака и высокой точности.

На втором этапе происходит фиксация в обрабатывающих станках заготовки, чтобы предотвратить перекосы.

Затем элементы деталей сваривают в точках соединения для обеспечения изделию необходимой устойчивости и прочности к механическим нагрузкам. Сварные швы выполняются правильно и профессионально, а выглядят аккуратно. Они незаметны под краской.

Завершающий этап в производстве нержавеющих изделий– шлифовка, которая производится с помощью ручных инструментов или на станке. Абразивный материал, воздействуя на поверхность, делает изделия из нержавеющей стали гладкими и блестящими.

1. Лазерная резка.
Резка лазером – самый технологичный метод заготовок, при котором поверхность металла нагревается лазерным тонким лучом с разрезанием листовой нержавейки на элементы. Такой термический способ применяется как для нержавейки, так и для других металлов, потому что он обеспечивает минимальное количество брака, не ухудшая характеристики данных материалов.

2. Гидроабразивная резка.
Гидроабразивная резка - способ путем подачи под высоким давлением воды с абразивными элементами. Суть методики состоит в вырывании частиц металла под воздействием потока абразивных веществ. Процесс гидроабразивной резки нержавеющих металлов включает:
Заполнение водой объемного резервуара.
Смешивание воды с абразивным компонентом, обычно используют песок.
Подача в узкое сопло полученного раствора.
Подача на листы из нержавейки струи раствора.

3. Штамповка.
Для холодной штамповки применяются специальные штампы, которые позволяют получать изделия с нужными размерами. Метод штамповки позволяет в листах и деталях из нержавеющей стали:

• пробить отверстия;
• нарезать резьбу;
• сделать изгиб;
• выполнить гравировку.

На пробивных станках с помощью штамповки можно производить конструкции из металла любой формы. На таком оборудовании выпускаются витрины, ограждения, стеллажи, стойки для рекламы, решетки, мебельные изделия и т. д.

4. Токарная обработка.
Главная механическая обработка нержавейки на токарном станке, которая позволяет выпускать изделия сложной формы. Для обработки нержавеющей стали используют разные приспособления:

• сверла;
• фрезы;
• токарные резцы;
• плашки для нарезки резьбы.

В процессе поступательного перемещения резцов разрезают листы из нержавейки на заготовки с нужными размерами. Такая обработка листов из нержавеющих сталей с учетом технического задания, размеров и формы заготовки должна выполняться под контролем специалиста.

5. Фрезерование.
Фрезерная обработка - метод обработки вращающейся фрезой надежно закрепленной в станке детали из нержавейки, который используется для получения сложных отверстий, зубчатых колес и углублений. Управление этим процессом осуществляется, как правило, мастером или с помощью ЧПУ.

6. Слесарные работы.
Слесарные работы выполняются вручную или с применением станков. Они занимают важное место среди работ по обработке металла. Сборка заготовок в готовое изделие является одним из направлений слесарной обработки нержавеющей стали, которое включает:

• Разметку заготовок, которая выполняется как на плоскости, так и в трехмерном пространстве.
• Удаление из заготовок лишнего металла.
• Правку и гибку нержавеющих изделий для придания им формы.
• Шабрение – то есть абразивная обработка нержавеющей стали, которая обеспечивает прилегание элементов в готовой конструкции.
• Сверление отверстий и нарезку резьбы.
• Сборка элементов в готовое изделие.
• Пайку и сварку деталей.

По механическим показателям - твердости и растяжимости нержавейка напоминает углеродистые сплавы. При этом антикоррозийная стойкость и прочность у нержавейки и углеродистой стали отличаются.

На начальной стадии нержавеющая сталь при обработке резанием подвергается упругой деформации. После начинается этап упрочнения нержавеющей стали, при котором заготовка поддается обработке легче. Существуют примерно такие же этапы обработки обычных марок стали, но упрочнение высоколегированных сплавов выражено более ярко.
Особенности обработки, характерные для нержавеющей стали приводят к проблемам токарной обработки:

• повышение прочности в процессе деформирования;
• сложности с удалением стружки;
• снижение ресурса режущего инструмента.

Вязкость. Трудности при токарной обработке возникают из-за пластичности жаропрочных сплавов, поскольку при проточке таких заготовок стружка не ломается, а закручивается в спираль.

Низкая теплопроводность. Это свойство нержавеющей стали считается одним из преимуществ. Но оно создает сложности при обработке. Металл охлаждают специальными смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ) в точке резания, чтобы снизить температуру нержавеющей стали и предотвратить формирование наклепа на режущем инструменте. Каждый тип обрабатываемой стали, требует своей охлаждающей жидкости, способа ее подачи в рабочую зону. Для этого обработку легированных сплавов выполняют на небольших скоростях специальными резцами.

Сохранение свойств. Жаропрочные сплавы при высоких температурах сохраняют свою прочность, которая в сочетании с наклепом приводит к быстрому выходу из строя резцов и препятствию обработки на высоких скоростях.

Абразивные соединения. Сплавы из нержавеющей стали содержат и мельчайшие структурные элементы из соединения карбидов и других металлов, которые придают им увеличенную твердость и абразивные свойства, поэтому резцы быстро стачиваются, а мастеру приходится их постоянно править и затачивать.

Неравномерное упрочнение. Упрочнение нержавеющих сплавов во процессе точения носит неравномерный характер. Эта не страшно при обработке небольших заготовок, но влияет существенно на обработку и качество деталей крупных размеров.

Формирование в процесс резания нержавеющей стали длинной спиралевидной стружки вынуждает применять особые конструкции стружколомов с обработкой места резки СОЖ.
Для уменьшения нагрев режущего инструмента необходимо подобрать передний угол приспособления для удаления стружки так, чтобы его значение было положительным.
Смазка подается из резака под давлением, чтобы:

• за короткое время снизить значительно температуру резца;
• для замедления износа убрать подальше стружку от резца;
• разломать стружку на небольшие элементы для того, чтобы смыть их с участка резания.

На токарном станке обработка нержавеющей стали производится чаще всего в условиях охлаждения резца за счет подачи под высоким напором СОЖ. Недостаток такой технологии в большом расходе СОЖ. Но долговечность при этом режущего инструмента увеличивается в 6 раз.
В оборонной и высокоточной промышленности используется наиболее эффективный, но дорогостоящий метод охлаждения, который предполагает обработку нержавеющей стали углекислотой с температурой - 78 градусов по Цельсию.

Новейшие технологии токарной обработки предполагают введение в зону точения:

• колебаний ультразвука для снижения трения;
• слабых токов для снижения электродиффузионного и окислительного износа резцов.

Для точения заготовок из нержавеющих сталей и из титана применяют составные режущие инструменты из эльбора, сильно похожие по прочности на алмаз. В каталогах производителей можно найти стружколомы и резцы, предназначенные для чистовой, черновой и получистовой обработки нержавеющей стали. Такой инструмент позволяет значительно увеличить скорость резания деталей из нержавейки и повысить их качество.

Шлифовка позволяет не только устраняет поверхностные дефекты материала, но и дает возможность придать достаточно эстетичный внешний вид заготовки из нержавеющей стали. Наряду со шлифовкой выполняют полировку нержавейки вручную или на оборудовании с электро- или пневмоприводом.
Хорошо распространенные виды устройств:

• ленточный пневмонапильник;
• шлиф-машинка барабанно-ленточного типа;
• оборудование с шлифовальными лентами.

При выполнении шлифования нержавеющей стали используют шлифовальные листы и специализированный инструмент под названием шлифки, обработка которыми выполняется в следующей последовательности:

Если для соединения применяется сварка, то с поверхности деталей удаляют прижоги и сварные швы. Поверхность детали, подверженную шлифованию, ограничивают клейкой алюминиевой лентой в несколько слоев. Часть такой поверхности обрабатывают возвратно-поступательными движениями шлифка. Когда первая часть обработана, оклеивают соседний участок алюминиевой лентой и выполняют шлифовку. Для шлифования используют пескоструйную обработку или токарные станки с кругами.

Электрохимическая обработка и травление также нержавеющей стали - распространенные технологии обработки. Травление применяют для устранения дефектов на поверхности нержавейки, например, для удаления остатки сварки, следов от термической обработки и т. д.

В производственных условиях химическая обработка нержавеющей стали происходит с использованием растворов кислот в два этапа: сначала сернокислым раствором, а затем составом на основе азотной кислоты. Для травления в щелочной среде помещают деталь из нержавеющей стали в каустическую расплавленную соду для разрушения оксидной пленки без изменения структуры материала.

Для травления нержавейки в домашних условиях применяют специальные средства, очень вредные для человека, поэтому работать с ними нужно осторожно.

На очищенную и обезжиренную поверхность изделия наносят с помощью кисточек или пластиковых лопаток травильную пасту и ждут от 10 минут до часа, потом смывают ее проточной водой.
Для обработки нержавеющей стали, цветных металлов, чугуна применяют дополнительные пластины с CVD- покрытием повышенной термостойкости и износоустойчивости, которое увеличивает стойкость инструмента. Это позволит компании увеличить больше скорость обработки и повысить производительность изготовления.