Materiali za rezilna orodja

Izbira pravilnega materiala za orodje se kaže v večji konkurenčnosti, to je v večji produktivnosti, boljši kvaliteti in manjših stroških. Zahteve do orodij so raznolike, vsak orodni material ima svoje zakonitosti, ki ga postavljajo v ospredje za določeno uporabo.

Rezalni material mora po tradicionalnem pristopu zagotavljati naslednje lastnosti:

– žilavost v izogib lomu rezalnih robov,
– obstojnost proti obrabi in trdoto za odpornost proti abrazivni obrabi
– trdoto v vročem za ohranitev lastnosti, kot je odpornost proti obrabi tudi pri povišanih temperaturahi

Idealnega orodnega materiala, ki bi ustrezal zgoraj navedenim zahtevam ni, ker so si nekatere zahteve preprosto nasprotujoče. Povečanje ene od lastnosti pomeni večinoma padec drugih lastnosti npr. zahtevi po veliki trdoti in veliki žilavosti ter po nizki ceni si nasprotujeta in ju pri enem rezalnem materialu ne moremo uresničiti.

Zato mora je pri izbiri ustreznega orodnega materiala potrebno doseči določen kompromis. Pri izbiri optimalnega materiala orodja najbolj odločajo lastnosti obdelovanca in način obdelave.

Za obdelavo jekla in drugih kovinskih materialov imamo na voljo paleto številnih orodnih materialov. Rezilna orodja so tako danes narejena iz orodnih jekel, hitroreznih jekel, karbidnih trdin, oslojenih orodnih materialov, cermetov, keramike, polikristalnega kubičnega borovega nitrida in polikristalnega diamanta. Vsi ti materiali se zelo razlikujejo tako v žilavosti kot v obrabni sposobnosti in temperaturni trdoti.

Pomembne lastnosti rezalnih materialov

Lastnosti	Opis
Trdota	Osnovna zahteva je, da mora biti rezalni material trši od obdelovanega.
Obstojnost proti obrabi	Pogosto sinonim za trdoto in obstojnost proti abrazivni obrabi.
Žilavost	Potrebna je za preprečevanje zlomov in oblikovanja razpok. Enakovredna je upogibni trdnosti materiala in odpornosti proti lomu. Žilavost je zelo pomembna za obstojnost proti adhezijski obrabi.
Preoblikovalni odpor	Delno se prekriva s trdoto, tlačno trdnostjo in odpornostjo proti abrazivni obrabi.
Trdota v vročem	Trajna trdota pri povišanih temperaturah.
Toplotna obstojnost	Lastnost materiala, da dlje ohrani fizikalne lastnosti pri povišanih temperaturah.
Kemijska obstojnost	Odpornost proti kemijskim procesom v danih delovnih pogojih, vključno z oksidacijskimi in difuzijskimi procesi.
Sprijemanje obdelovanca rezalni material	To lastnost je zelo težko ovrednotiti, vendar je zelo pomembna za nekatere aplikacije, npr. kadar adhezijska obraba ni sprejemljiva.
Izdelovalnost	Ta faktor opisuje, kako lahko je izdelati orodje z določenimi površinami, dimenzijami, lastnostmi in obliko.
Stroški	Stroški orodja v povezavi z njegovo zmogljivostjo in zahtevano ravnjo kakovosti obdelanega izdelka.

Glavno vlogo pri izbiri rezalnega materiala igra pet lastnosti: odpornost proti obrabi, odpornost proti krušenju, odpornost proti lomu, toplotna obstojnost in kemična odpornost.

Odpornost proti obrabi pomeni obstojnost rezalnega materiala proti abrazivni in erozijski obrabi.
Upoštevanje odpornosti proti krušenju in lomu mora imeti prednost pred splošno žilavostjo rezalnega materiala. Odpornost proti lomu je povezana z žilavostjo, pri odpornosti proti krušenju pa gre za odpornost proti oblikovanju razpok, ki povzročajo krušenje – opisuje torej strukturno trdnost rezalnega materiala.
Toplotna obstojnost rezalnega materiala je klasična trdota v vročem, vendar opredeljena nekoliko širše. Medtem ko trdota v vročem opisuje le trdoto rezalnega materiala pri povišanih temperaturah, toplotna obstojnost pokriva tudi obstojnost proti difuziji pri povišanih temperaturah.
Kemična odpornost (ki je še vedno predmet temeljnih raziskav) pomeni odpornost rezalnih materialov proti kemičnim reakcijam z obdelovanim materialom. Tukaj se med drugim upošteva legirne elemente v obdelovanem
materialu in kristalno strukturo.

Pet različnih lastnosti opisuje lastnosti rezalnega materiala, ki vplivajo na izbiro materiala. Te lastnosti ponazorimo v polarnem diagramu. Diagram ima 5 osi. Različne osi predstavljajo različne lastnosti materiala. Osi so graduirane v 10 stopnjah, pri čemer vrednost 10 pomeni, da material kaže ekstremno obnašanje, povezano z določeno lastnostjo.

Lastnosti različnih rezalnih materialov

	Trdota, HV [kN/mm²]	Temperatura zmehčišča (⁰C)	Upogibna trdnost [N/mm²]	Relativna krhkost, B_tm
Orodno jeklo	7-9	200-400	1800-2600	1,1-1,4
Hitrorezno jeklo	7,6-10,5	600-700	2000-3100	1,15-1,25
Karbidna trdina	12,5-18	750-950	900-2400	1,5-5
Cermet	14-16	850-1100	2000-2500	1,8-2,5
Keramika	12-21	1100-1300	500-900	6-12
PCB	25-67	950-1250	700-1200	2-3
Diamant PCD	50-75	800	500-1100	6-11

1.910