מה ההבדלים בחומרי מתכת?

בחיתוך מתכת, ישנם חומרי עבודה שונים. לחומרים שונים יש מאפייני יצירת חיתוך והסרה שונים. כיצד נוכל לשלוט במאפיינים של חומרים שונים? חומרי מתכת בתקן ISO מחולקים ל-6 סוגים שונים של קבוצות. לכל סוג מאפיינים ייחודיים מבחינת יכולת עיבוד. מאמר זה יסכם אותם בנפרד.

חומרי מתכת מחולקים ל-6 קטגוריות עיקריות: (1) P-Steel (2) M-נירוסטה (3) K-יצוק ברזל (4) N-מתכות לא ברזליות (5) S-סגסוגות עמידות בחום (6) H- פלדה מוקשה

01-P פלדה

מהי פלדה? - פלדה היא קבוצת החומרים הגדולה ביותר בתחום חיתוך מתכות. - פלדה יכולה להיות פלדה לא מוקשה או פלדה מרווה ומחוסמת (קשיות עד 400HB). - פלדה היא סגסוגת עם ברזל (Fe) כמרכיב העיקרי. הוא מיוצר בתהליך התכה. - פלדה ללא סגסוגת היא בעלת תכולת פחמן של פחות מ-0.8%, רק Fe וללא אלמנטים סגסוגים אחרים. - לפלדת סגסוגת יש תכולת פחמן של פחות מ-1.7%, ומוסיפים אלמנטים סגסוגים כגון Ni, Cr, Mo, V, W וכו'.

תחומי יישום: בטווח חיתוך המתכת, קבוצת P היא קבוצת החומרים הגדולה ביותר, שכן היא מכסה מספר מגזרים תעשייתיים שונים.
החומרים הם לרוב חומרים בעלי סתתים ארוכים היוצרים שבבים רציפים ואחידים יחסית. צורת השבב הספציפית תלויה בדרך כלל בתכולת הפחמן. – תכולת פחמן נמוכה=חומר קשיח ודביק. – תכולת פחמן גבוהה=חומר שביר.
מאפייני עיבוד: - חומר שיפוע ארוך. - שליטה בשבבים קלה וחלקה יחסית. - פלדה עדינה היא דביקה ודורשת חוד חיתוך חד. - כוח חיתוך יחידה kc: 1500~3100 N/mm² - כוח החיתוך והכוח הנדרשים לעיבוד חומרי ISO P נמצאים בטווח מוגבל.

02-M נירוסטה
מה זה נירוסטה? - נירוסטה היא חומר סגסוגת עם מינימום של 11% ~ 12% כרום. - תכולת הפחמן בדרך כלל נמוכה מאוד (עד למקסימום של 0.01%). - הסגסוגת היא בעיקר Ni (ניקל), Mo (מוליבדן) ו-Ti (טיטניום). - שכבה צפופה של Cr2O3 נוצרת על פני הפלדה, מה שהופך אותה לעמידה בפני קורוזיה.

יישומים: בקבוצה M, רוב היישומים הם בתחום הנפט והגז, אביזרי צנרת, אוגנים, תעשיית העיבוד ותעשיית התרופות.
צורת שבב: החומר יוצר שבבי פתיתים לא סדירים, בעלי כוחות חיתוך גבוהים יותר מאשר פלדות רגילות. ישנם סוגים רבים ושונים של נירוסטה. ביצועי שבירת השבבים (מקל לכמעט בלתי אפשרי לשבור שבבים) משתנים בהתאם למאפייני הסגסוגת ולטיפול בחום.
מאפייני עיבוד: - חומר סתתים ארוך. - בקרת שבבים חלקה יחסית בפריט, קשה יותר באוסטניט ובדופלקס. - כוח חיתוך ספציפי: 1800~2850 N/mm² - כוחות חיתוך גבוהים, קצה בנוי, חום והתקשות עבודה נוצרים במהלך העיבוד.

03-K ברזל יצוק

מהו ברזל יצוק? - ישנם 3 סוגים עיקריים של ברזל יצוק: ברזל יצוק אפור (GCI), ברזל רקיע (NCI) וברזל גרפיט דחוס (CGI). - ברזל יצוק מורכב בעיקר מ-Fe-C עם תכולת סיליקון גבוהה יחסית (1%~3%). - תכולת הפחמן היא יותר מ-2%, שהיא המסיסות המרבית של C בשלב האוסטניט. - Cr (כרום), Mo (מוליבדן) ו-V (ונדיום) מתווספים ליצירת קרבידים, המגבירים חוזק וקשיות, אך מפחיתים את יכולת העיבוד.

תחומי יישום: קבוצת K משמשת בעיקר בחלקי רכב, ייצור מכונות וייצור ברזל.

צורת השבב: צורת השבב של החומר משתנה, מצ'יפס כמעט אבקתי ועד שבבים ארוכים. הכוח הנדרש לעיבוד קבוצת חומרים זו הוא בדרך כלל פחות. *הערה: יש הבדל גדול בין ברזל יצוק אפור (בדרך כלל השבבים הם כמעט אבקתיים) לבין ברזל רקיע, שבירת השבב של האחרון לרוב דומה יותר לפלדה.
מאפייני עיבוד: - חומר שיבוץ קצר. - בקרת שבבים טובה בכל תנאי העבודה. - כוח חיתוך יחידה: 790~1350 N/mm² - בלאי שוחק מתרחש בעת עיבוד שבבי במהירויות גבוהות יותר. - כוח חיתוך בינוני.

04-N מתכות לא ברזליות

מהם חומרים לא ברזליים? - קטגוריה זו כוללת מתכות לא ברזליות, מתכות רכות בעלות קשיות מתחת ל-130 HB. - סגסוגות אל-ברזליות (Al) המכילות כמעט 22% סיליקון (Si) מהוות את החלק הגדול ביותר. - נחושת, ברונזה, פליז.

תחומי יישום: ייצור מטוסים ויצרני גלגלי רכב מסגסוגת אלומיניום שולטים בקבוצת N.
למרות שההספק הנדרש לאינץ' מעוקב נמוך, עדיין יש לחשב את ההספק המרבי הנדרש כדי להשיג קצב הסרת מתכות גבוה.
מאפייני עיבוד: - חומר סתתים ארוך. - במקרה של סגסוגות, בקרת שבבים קלה יחסית. - מתכות אל ברזליות (Al) הן דביקות ודורשות קצה חיתוך חד. - כוח חיתוך יחידה: 350~700 N/mm²- כוח החיתוך והכוח הנדרשים לעיבוד חומרי ISO N נמצאים בטווח מוגבל.

05-S סגסוגות עמידות בחום

מהן סגסוגות עמידות בחום? - סגסוגות עמידות בחום (HRSA) כוללות הרבה חומרים מבוססי ברזל, ניקל, קובלט או טיטניום מסגסוגת גבוהה. קבוצה: ברזל, ניקל, מבוסס קובלט תנאי עבודה: חישול, טיפול בחום בתמיסה, טיפול יישון, גלגול, פרזול, יציקה. מאפיינים: תכולת סגסוגת גבוהה יותר (קובלט מאשר ניקל) מבטיחה עמידות טובה יותר בחום, חוזק מתיחה גבוה יותר ועמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה

תחומי יישום: חומרים מקבוצת S קשים לעיבוד משמשים בעיקר בתעשיות תעופה וחלל, טורבינות גז וגנרטורים.
הטווח רחב, אך לרוב קיימים כוחות חיתוך גבוהים.
מאפייני עיבוד: - חומרי סתתים ארוכים. - שליטה קשה בשבבים (שבבים משוננים). - נדרשות זוויות גריפה שליליות עבור קרמיקה וזוויות גריפה חיוביות עבור קרבידים. - כוח חיתוך יחידה: לסגסוגות עמידות בחום: 2400~3100 N/mm² עבור סגסוגות טיטניום: 1300~1400 N/mm² - כוח החיתוך וההספק הנדרשים גבוהים מאוד.

06-H Hardened Steels

What are hardened steels? - Hardened steels are the smallest group from a machining point of view. - This group contains quenched and tempered steels with a hardness >45~65 HRC. - בדרך כלל, הקשיות של חלקים קשים המופיעים היא בטווח של 55~68 HRC.

יישומים: פלדות מוקשות מקבוצת H משמשות במגוון תעשיות, כגון תעשיית הרכב וקבלני המשנה שלה, וכן בתעשיית בניית המכונות ובעסקי התבניות.
צורת צ'יפ: בדרך כלל צ'יפס רציף ואדום לוהט. טמפרטורה גבוהה זו עוזרת להפחית את ערך kc1 וחשובה כדי לסייע בפתרון בעיות יישום.

מאפייני עיבוד: - חומרי סתתים ארוכים. - בקרת שבבים טובה יחסית. - נדרשת זווית גריפה שלילית. - כוח חיתוך יחידה: 2550~4870 N/mm² - כוח החיתוך הנדרש והספק גבוהים מאוד.