PL180548B1

PL180548B1 - Material podstawowy do produkcji brzeszczotów i sposób wytwarzania materialu podstawowego do produkcji brzeszczotów, zwlaszcza do pil tarczowych, tarcz rozcinajacych, pil trakowych oraz urzadzen tnacych i wygladzajacych PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180548B1
Application number: PL96324004A
Authority: PL
Inventors: Hans Joachim Deimel
Original assignee: Carl Augpicard Gmbh & Cokg; Picard Fa Carl Aug
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2001-02-28
Also published as: DE59606279D1; WO1997002367A1; ATE198494T1; EP0751234A1; CZ413297A3; HU221935B1; CN1161491C; SI9620083A; CN1189194A; ES2153968T3; ES2103242T1; SK283013B6; CA2226145A1; ATE172253T1; TR199701733T1; PL324004A1; SK177697A3; CZ289874B6; US6375762B1; DE59503930D1

Abstract

1 Material podstawowy do produkcji brzeszczotów, zwlaszcza do pil ta- r czowych, tarcz rozcinajacych, pil trakowych oraz urzadzen tnacych i wygladzajacych, w postaci plyty ze stali o podstawowej zawartosci wegla mniejszej niz 0,3% wagowych, która posiada, zlozona z dwóch powierzchni pokrywajacych, dwóch czolowych powierzchni krawedziowych i dwóch wzdluznych powierzchni krawedziowych, powierzchnie zewnetrzna, oraz ma, poczawszy od powierzchni zewnetrznej, obszary brzegowe wzbogacone w wegiel, znamienny tym, ze za twardosc wegla w obszarach brzegowych (5) wynosi od 0,5 do 1,1% wagowych i obszary brzegowe (5) przechodza, przy zmniejszajacej sie z a w a r to s c i wegla, w niewzbogacony lub nieznacznie wzbogacony w wegiel obszar (6), przy czym na powierzchniach krawedzio- wych (3,4) plyty (1) ze stali znajduje sie zlozona ze wzbogaconego w wegiel obszaru brzegowego (5) i niewzbogaconego w wegiel obszaru (6) struktura warstwowa i, odpowiednio do wybranej glebokosci wzbogaconego w w egiel obszaru brzegowego (5), najwyzej okolo 50% grubosci (D) plyty (1) ma w za- sadzie twardosc odpowiadajaca podstawowej zawartosci wegla w plycie (1) lub twardosc nieznacznie wyzsza i co najmniej okolo 50% grubosci (D) plyty (1) ma twardosc wyzsza 17 Sposób wytwarzania materialu podstawowego do produkcji brzesz- czotów, zwlaszcza do pil tarczowych, tarcz rozcinajacych, pil trakowych oraz urzadzen tnacych i wygladzajacych, w postaci plyty ze stali o podstawowej zawartosci wegla mniejszej niz 0,3% wagowych, która posiada, zlozona z dwóch powierzchni pokrywajacych, dwóch czolowych powierzchni krawe- dziowych i dwóch wzdluznych powierzchni krawedziowych, powierzchnie zewnetrzna, oraz ma, poczawszy od powierzchni zewnetrznej, obszary brze- gowe wzbogacone za pomoca obróbki cieplno-chemicznej w wegiel, zna- mienny tym, ze za pomoca obróbki cieplno-chemicznej zwieksza sie za twardosc wegla w obszarach brzegowych (5) do 0,5-1,1% wagowych, przy czym dobiera sie glebokosc obszaru brzegowego (5) wzbogaconego w wegiel tak, ze po hartowaniu i odpuszczaniu poddanej uprzednio obróbce cieplno- chemicznej plyty, najwyzej okolo 50% grubosci (D) plyty (1) ma w zasadzie twardosc odpowiadajaca podstawowej zawartosci wegla w plycie (1).......... F I G . 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał podstawowy do produkcji brzeszczotów i sposób wytwarzania materiału podstawowego do produkcji brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających.

Materiał podstawowy ma postać płyty ze stali podstawowej wzbogaconej w węgiel wychodząc z powierzchni utworzonej z dwóch powierzchni pokrywających, dwóch czołowych po4

180 548 wierzchni krawędziowych i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych, przy czym stal podstawowa ma zatwardość węgla niższą niż 0,3% wagową węgla.

Wiadomo, że do wytwarzania materiału podstawowego do brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających, stosuje się zwykle stale narzędziowe o zawartości węgla od 0,5 do 1,0% wagowego lub niskostopowe stale konstrukcyjne (jako stale do ulepszania cieplnego). Obróbka cieplna takich narzędzi ma na celu uzyskanie jednorodnej struktury i jednolitej twardości na całej grubości. Konieczną ciągliwość materiału podstawowego uzyskuje się przez odpuszczanie, co jest jednak z konieczności związane z utratą twardości. W zależności od celu stosowania i specyficznego obciążenia materiału podstawowego, na przykład do pił, stosuje się obecnie twardości od około 37 do 50 HRC.

Zwłaszcza w procesie walcowania na gorąco stosowanej zwykle stali narzędziowej i stali do ulepszania cieplnego oraz w procesie jej austenityzacji dla hartowania węgiel dyfunduje z warstwy brzegowej narzędzia. Dochodzi do odwęglenia powierzchni, tak że po obróbce cieplnej należy zeszlifować odwęgloną, o niskiej twardości warstwę brzegową.

W celu zwiększenia czasu użytkowania wielką liczbę pił chromuje się na twardo, zaopatruje się w stop twardy lub diament albo w stellit. Takie uzbrojenie odbywa się przez lutowanie lub spiekanie. Takie środki prowadzą do wyraźnego wydłużenia czasu użytkowania, bez wpływu jednak na wytrzymałość własnąbrzeszczotów. Poprzez środki do wydłużenia czasu użytkowania zwiększa się znacznie koszty wytwarzania takich pił. Prowadzi to z konieczności do zmniejszenia zębów względnie liczby segmentów, przez co pogarsza się jakość cięcia, a zwiększa emisja hałasu.

Z pisma firmowego „Sie und Wir” firmy Stahlwerke Stidwestfalen, zeszyt 14/1975, znane są sposoby wytwarzania różnych typów pił, przy czym wskazuje się tam na to, że stale dąży się do uzyskania płaskiej blachy o jak najmniejszych naprężeniach, nieznacznym odwęgleniu i jednorodnej strukturze. Stosowane stale musząpo hartowaniu i odpuszczaniu mieć bardzo drobnoziarnistą strukturę o dobrej ciągliwości dla skutecznego przenoszenia pojawiających się sił odśrodkowych i sił skrawania.

Typizacja pił w wymienionym piśmie firmowym opiera się na zwykłym podziale na trzy grupy, odpowiadające obrabianemu materiałowi tnącemu. W zależności od grupy materiału tnącego stawia się różne wymagania dotyczące właściwości pił.

Do tej grupy należą:

1. piły do drewna i tworzyw sztucznych (piły tarczowe do drewna, piły tarczowe zbrojone twardym stopem, piły do drewna w lesie i piły trakowe),

2. piły do metalu (piły tarczowe segmentowe, trak dzielący, piły tarczowe do cięcia na gorąco),

3. piły do kamieni (piły tarczowe diamentowe, piły trakowe diamentowe).

Jednym z wymagań odnośnie brzeszczotów pił jest wysoka wytrzymałość na zginanie względnie stateczność kształtu. Do stabilizacji brzeszczotów trakowych, taśmowych, tarczowych i szybkotnących oraz tarcz diamentowych, zwłaszcza do wyrównywania naprężeń spowodowanych przez nierównomierne nagrzewanie się korpusu narzędzia, istnieje znany sposób, polegający na wywoływaniu w określonych strefach naprężeń własnych przez naprężenie brzeszczotu („Vergleichende Untersuchungen iiber das Spannen von Kreissageblattem mit Maschinen und Richthammem” w wydaniu specjalnym z „Holz ais Roh- und Werkstoff’, tom 21(1963), strony 135-144). Wytwarzanie tego rodzaju naprężeń własnych można przeprowadzić w hartowanych tarczach lub taśmach stalowych przez kucie na zimno za pomocą młota lub maszynowo przez walcowanie lub ściskanie, przy czym jednak w każdym przypadku stanowi ono przy produkcji kosztowny etap obróbki.

Wzbogacanie cieplno-chemiczne materiałów żelaznych i stalowych w węgiel jest od dawna znane i określa się je jako nawęglanie. Jeżeli jednocześnie do tworzywa wprowadza się azot, to mówi się o cyjanowaniu. Przegląd na temat nawęglania podano na przykład w artykule „Aufkohlungsvorgang” w Harterei Technische Mitteilungen, tom 50 (1995), 2, strony 86-92. Nawęglanie można prowadzić w medium gazowym, w kąpieli solnej lub w proszku, w ogólności w temperaturach pomiędzy 900° i 1000°. Dostarczycielem węgla sąprzy tym środki, których akty

180 548 wność węgla musi być większa-niż aktywność węgla w żelazie. Węgiel odebrany od dostarczyciela węgla dyfunduje do warstwy powierzchniowej nawęglanego materiału. W zależności od dobranych parametrów procesu, takich jak temperatura i czas obróbki oraz aktywności węgla dostarczyciela i składu stali, uzyskuje się szczególny rozkład stężenia węgla. Ze wzrastającą odległością od brzegu spada zatwardość węgla, aż do osiągnięcia wewnątrz materiału poziomu wyjściowego materiału. Jako parametr charakterystyczny i ważny w praktyce przyjmuje się przy tym głębokość nawęglenia A_t. Głębokość nawęglenia A_t określa się jako pionową odległość od powierzchni do granicy charakteryzującej grubość warstwy wzbogaconej w węgiel. Stężenie, przy którym przyjmuje się tę granicę, jest znormalizowane (porównaj DIN EN 10 052) i przyjmuje się zwykle 0,35% wagowych węgla; Ze wzrastającym czasem nawęglania rośnie głębokość nawęglenia A_t materiału, przy czym pewną rolę odgrywa także geometria obrabianego przedmiotu. Zatem na przykład przy wypukłych powierzchniach materiału, na krawędziach lub wierzchołkach dochodzi do większej głębokości nawęglenia A_t, ponieważ dla dyfundującego ze. wszystkich stron węgla stoi do dyspozycji porównywalnie mniejsza objętość. Może przez to dojść także do nadmiernego nawęglenia, które charakteryzuje się wydzielaniem węglików względnie, po hartowaniu, niepożądaną podwyższoną zawartością resztkowego austenitu. Artykuł stanowi teoretyczną rozprawę,· w której teoretyczne obliczenia profilu stężenia węgla w nawęglonych materiałach żelaznych i stalowych, przeprowadzone przez różnych autorów, zostały zebrane sumarycznie w jednym przeglądzie. Tak długo jak zestawione przy tym modele matematyczne opierają się na badaniach doświadczalnych na rzeczywistych obrabianych przedmiotach i są zgodne z rzeczywistością, nie należy korzystać z artykułu bez znajomości literatury wtórnej. Autorzy artykułu opierają się na wielkiej liczbie różnych źródeł, przy czym nie można założyć, że dane wyniki jednego autora uzyskano w takich samych warunkach, jak wyniki innego autora względnie innych autorów, a zatem mogą przenosić się na siebie. Zwłaszcza przy modelowaniu matematycznym wychodzi się z uproszczonych założeń, które w praktyce nie są spełnione. Podnosi się zatem tylko żądanie podawania wartości zaczepienia dla oceny różnych wielkości, takich jak na przykład głębokość hartowania dyfuzyjnego. Procesy powierzchniowego odwęglania i nadmiernego nawęglania, jak również zjawiska poj awiające się przy hartowaniu i odpuszczaniu, uwzględnia się w modelach matematycznych niedostatecznie lub nie uwzględnia w ogóle. Zwłaszcza przy geometrii określanej jako „płyta” abstrahuje się od rzeczywistej geometrii części konstrukcyjnej, traktując w procesie nawęglania na przykład tylko jedną powierzchnię względnie jedną półnieskończoną przestrzeń. Ani nie opisuje się materiału podstawowego w postaci płyty, jak wspomniano na wstępie, ani w zasadzie nie można z artykułu informacji o przydatności nawęglonych materiałów lub kryteriów przydatności dla jakiegokolwiek zastosowania. Wykorzystanie przemysłowe przedstawionych wyników ze względu na przeniesienie na wymieniony na wstępie materiał podstawowy albo korelacje z parametrami wymaganymi dla brzeszczotów urządzeń dzielących, tnących i wygładzających nie są rozpoznawalne.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE-OS 2431797 znany jest tego rodzaju sposób wytwarzania taśmy ze stali wysokostopowej, którą stosuje się jako szybkotnącą i narzędziową stal między innymi do produkcji giętkich brzeszczotów względnie ostrzy, takich na przykład jak brzytwy lub brzeszczoty do cięcia metali. Wysoka zatwardość pierwiastków stopowych oraz rodzaj pierwiastków stopowych, na przykład 12-13% wagowych chromu, dzięki którym można uzyskać wysoką twardość w podwyższonych temperaturach, odpowiada zgodnie z powyższym podziałem drugiej grupie stosowania taśmy stalowej do brzeszczotów do cięcia metali względnie ostrzy brzytew. Stale wysokostopowe z dodatkową wysoką zawartością węgla sątrudne do obróbki w procesie wytwarzania, ponieważ zagrożone są tworzeniem się rys i pęknięć. Stąd materiał taśmowy o niskiej zawartości węgla według opisanego sposobu najpierw spieka się albo walcuje na zimno, a następnie wzbogaca w węgiel na całej płaszczyźnie lub częściowo w obszarze tnącym. Wzbogacenie w węgiel ma miejsce w całym przekroju względnie w całej, grubości materiału taśmowego. W związku z tym na całej nieznacznej grubości taśmy stalowej, odpowiednio do przewidywanego stosowania materiału, stosuje się stężenie węgla o prawie stałym przebiegu, które swoją wielkością odpowiada stężeniu węgla stali narzędziowej.

180 548

Z austriackiego opisu patentowego nr AT-PS 372709 znane jest narzędzie tnące, zwłaszcza piła, ze stali stopowej, które w obszarze swoich powierzchni roboczych względnie zębów wzbogacone jest aż do głębokości 0,02 do 0,10 mm w 1,8 do 2,2% wagowych węgla, przy czym zatwardość węgla na głębokości od 0,15 do 0,25 mm osiąga zatwardość węgla w stali stopowej. Stal ta składa się z żelaza wraz z nieuniknionymi zanieczyszczeniami i zawiera 0,1-0,3% wagowych węgla, 0,2-2,0% wagowych krzemu, 0,2-1,5% wagowych manganu, 5,0-7,0% wagowych chromu, 1,0-2,0% wagowych wolframu, 1,0-2,0% wagowych molibdenu, 0-2,0% wagowych wanadu, 0-0,5% wagowych tytanu, 0-0,5% wagowych niobu. Do wytwarzania narzędzia ostrego półfabrykat obrabianego przedmiotu, zwłaszcza brzeszczot piły, poddaj e się obróbce nawęglającej w temperaturach od 850° do 1050°C, po czym hartuje na powietrzu, w oleju lub w gorącej kąpieli. Nieznaczna głębokość nawęglenia A_t oraz silne nawęglenie prowadząod powierzchni zewnętrznej do obszaru niewzbogaconego w węgiel do wytworzenia średniego gradientu stężenia węgla od około 6 do 14% wagowo C/mm w obszarze brzegowym stali podstawowej. W taki sposób powinno uzyskać się zwłaszcza warstwę powierzchniową© podwyższonej odporności na ścieranie. Przy stosowanym stopie chodzi o stal specjalną, która pod względem zawartości pierwiastków stopowych odpowiada stali szybkotnącej, nie mając przy tym odpowiednio wysokiej zawartości węgla. Zatwardość węgla jest przy tym typowa, natomiast wysoka zatwardość składników stopowych a takiego materiału jest zastąpienie stali szybkotnącej przez stop poddany obróbce w podany i opisany sposób. Także i tu, podobnie jak w sposobie opisanym w niemieckim opisie patentowym nr DE-OS 2431797, przewiduje się poza tym obniżenie kosztów wytwarzania przez zmniejszenie ilości braków oraz oszczędność na materiale przez uniknięcie nadmiaru taśmy stalowej w procesach jej kształtowania. Przy tym tu można uzyskać wysoką twardość detalu w podwyższonych temperaturach stosując wysokie temperatury odpuszczania 500°C i więcej. Przy twardościach rdzenia materiału należy wyjść przy tym, jak w przypadku stali szybkotnących, z wartości około 45 do 55 HRC.

Niedogodność takiego narzędzia tnącego i sposobu jego wytwarzania polega na tym, że muszą być zdecydowanie wykluczone piły taśmowe, przypuszczalnie dlatego, że w ich przypadku nie można uzyskać koniecznej wytrzymałości na rozciąganie i wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie przy obciążeniu przemiennym. Poza tym jako półfabrykaty obrabianych przedmiotów brzeszczoty piły wzdłużnej wytwarza się na przykład przez wykrawanie, frezowanie i ukosowanie zębów, które dopiero potem nawęgla się, hartuje i odpuszcza. Stąd należy mieć na uwadze, że brzeszczoty pił po takiej obróbce, z powodu wysokiej zawartości węgla w warstwie brzegowej, nie dają się już rozwierać. Na skutek nawęglenia ze wszystkich stron, na przykład na zębach piły, może dojść ponadto, jak opisano wyżej, do nadmiernego nawęglenia w określonych obszarach brzegowych, które prowadząc do pewnej utraty elastyczności materiału oddziałowuje niekorzystnie na właściwości tnące i wytrzymałość zębów.

U podstaw wynalazku leży zadanie opracowania materiału podstawowego tego rodzaju, z którego można wytwarzać z wysokąpowtarzalnościąbrzeszczoty do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających o wysokiej wytrzymałości elementów konstrukcyjnych z jednoczesnym uniknięciem wytwarzania się odwęglonej strefy brzegowej, przy czym dla zwiększenia odporności na ścieranie osiągalna jest wyższa twardość na powierzchni z takim samym bezpieczeństwem pracy względnie pewnością rozerwania oraz zmniejszona jest emisja dźwięków podczas pracy. Poza tym z takiego materiału podstawowego można wytwarzać zwłaszcza nie posiadające twardych części piły do drewna i tworzyw sztucznych, takie jak piły tarczowe do drewna, piły stosowane w gospodarce leśnej i piły trakowe, które dzięki długiemu okresowi użytkowania odznaczają się nieznacznym nakładem kosztów na produkcję.

Materiał podstawowy do produkcji brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających, w postaci płyty ze stali o podstawowej zawartości węgla mniejszej niż 0,3% wagowych, która posiada, złożoną z dwóch powierzchni pokrywających, dwóch czołowych powierzchni krawędziowych i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych, powierzchnię zewnętrzną, oraz ma, począwszy od powierzchni zewnętrznej, obszary brzegowe wzbogacone w węgiel, charakteryzuje się według

180 548 wynalazku tym, że zatwardość węgla w obszarach brzegowych wynosi od 0,5 do 1,1% wagowych i obszary brzegowe, przechodzą, przy zmniejszającej się zawartości węgla, w niewzbogacony lub nieznacznie wzbogacony w węgiel obszar, przy czym na powierzchniach krawędziowych płyty ze stali znajduje się złożona ze wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego i niewzbogaconego w węgiel obszaru struktura warstwowa i, odpowiednio do wybranej głębokości wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego, najwyżej około 50% grubości płyty ze stali ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie lub twardość nieznacznie wyższąi co najmniej około 50% grubości płyty ze stali ma twardość wyższą.

Korzystnie, płyta ze stali począwszy od obu powierzchni pokrywających ma wzbogacone w węgiel obszary brzegowe.

Korzystnie, stal płyty jest węglową stalą konstrukcyjną.

Korzystnie, stal płyty jest niskostopową stalą konstrukcyjną.

Korzystnie, iloraz głębokości nawęglenia obszaru brzegowego płyty ze stali, w której zatwardość węgla wynosi 0,35% wagowych i grubości płyty, ma twardość od 0,15 do 0,40.

Korzystnie, odpowiednio do wybranej głębokości wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego, co najwyżej około 1/3 grubości płyty ze stali ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie lub twardość nieznacznie wyższą, a co najmniej około 2/3 grubości płyty ze stali ma twardość wyższą.

Korzystnie, wzbogacony w węgiel obszar brzegowy płyty ze stali ma od powierzchni pokrywającej do niewzbogaconego w węgiel obszaru średni gradient zawartości węgla od około 0,25 do 0,75% wagowych C/mm, a zwłaszcza od 0,40 do 0,50% wagowych C/mm.

Korzystnie, wzbogacony w węgiel obszar brzegowy płyty ze stali ma od powierzchni pokrywającej do niewzbogaconego w węgiel obszaru średni gradient twardości od około 10 do 22 HRC/mm, a zwłaszcza od 14 do 18 HRC/mm.

Korzystnie, obszar powierzchni pokrywających ma twardość od około 50 do 63 HRC, a zwłaszcza od 52 do 55 HRC, a niewzbogącony w węgiel obszar ma twardość od 20 do 40 HRC, a zwłaszcza od 30 do 35 HRC.

Korzystnie, płyta ze stali w obszarze brzegowym ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających, która jest mniejsza niż głębokość nawęglenia, maksymalne naprężenia ściskające do około 0,90 GPa, a zwłaszcza od 0,40 do 0,75 GPa.

Korzystnie, płyta ze stali w obszarze brzegowym ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających, która jest prawie równa lub nieznacznie większa niż głębokość nawęglenia, maksymalne naprężenia rozciągające do około 0,60 GPa, a zwłaszcza do 0,20 GPa.

Korzystnie, płyta ze stali w obszarze brzegowym ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających, która jest większa niż głębokość nawęglenia, maksymalne naprężenia własne ściskające do około 0,30 GPa.

Korzystnie, wzbogacony w węgiel obszar brzegowy ma odpuszczoną strukturę mieszaną która zawiera martenzyt, nieznaczną ilość austenitu resztkowego i/lub bainit.

Korzystnie, udział martenzytu wzrasta stopniowo wraz ze wzrostem odległości od powierzchni pokrywających w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru, do wartości maksymalnej, a następnie w niewzbogaconym w węgiel obszarze spada prawie do zera.

Korzystnie, udział austenitu resztkowego i/lub udział bainitu zmniejsza się początkowo ze wzrostem odległości od powierzchni pokrywających w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru do lokalnej wartości minimalnej, następnie nieznacznie wzrasta, a na koniec w niewzbogaconym w węgiel obszarze ponownie zmniejsza się poniżej lokalnej wartości minimalnej.

Korzystnie, niewzbogacone lub tylko nieznacznie wzbogacone w węgiel obszary w płycie ze stali i/lub niewzbogacone lub nieznacznie wzbogacone w węgiel obszary na powierzchni płyty składają się z ferrytyczno-perlitycznej struktury mieszanej i/lub z bainitu.

Sposób wytwarzania materiału podstawowego do produkcji brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających w postaci płyty ze stali o podstawowej zawartości węgla mniejszej niż 0,3% wagowych, która posiada, złożoną z dwóch powierzchni pokrywających, dwóch czołowych powierzchni krawędzio

180 548 wych i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych, powierzchnię zewnętrzną, oraz ma, począwszy od powierzchni zewnętrznej, obszary brzegowe wzbogacone za pomocą obróbki cieplno-chemicznej w węgiel, odznacza się według wynalazku tym, że za pomocą obróbki cieplno-chemicznej zwiększa się zatwardość węgla w obszarach brzegowych do 0,5-1,1% wagowych, przy czym dobiera się głębokość obszaru brzegowego wzbogaconego w węgiel tak, że po hartowaniu i odpuszczaniu poddanej uprzednio obróbce cieplno-chemicznej płyty, najwyżej około 50% grubości płyty ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie lub nieznacznie wyższą i co najmniej około 50% grubości płyty ma twardość wyższą, oraz obrabia się powierzchnie krawędziowe wytwarzając w nich strukturę warstwową, złożoną ze wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego i niewzbogaconego w węgiel obszaru.

Korzystnie, jako cieplno-chemiczną obróbkę płyty ze stali stosuje się nawęglanie w obszarze brzegowym.

Korzystnie, jako cieplno-chemiczną obróbkę płyty ze stali stosuje się cyjanowanie w obszarze brzegowym.

Korzystnie, płytę ze stali w obszarze powierzchni pokrywających poddaje się tylko częściowo obróbce cieplno-chemicznej.

Obróbka cieplno-chemiczną jest przy tym, korzystnie, procesem nawęglania, lecz może być także, korzystnie, procesem cyjanowania, jeżeli medium nawęglające zawiera azot lub związki azotu, takie jak amoniak. Azotki wytworzone w ten sposób w materiale podstawowym według wynalazku powodują dodatkowe zwiększenie odporności na ścieranie i przeciwdziałają zmęczeniu materiału.

W ten sposób stosowane zwykle stale narzędziowe o wysokim stopniu czystości mogąbyć zastąpione przez materiał podstawowy według wynalazku, którego stal podstawowa, korzystnie niskostopowa lub węglowa stal konstrukcyjna, nie musi odpowiadać takim wymaganiom czystości. Jako materiały wyjściowe nie sąkonieczne stale specjalne, co oznacza zmniejszenie kosztów wytwarzania stali. Dzięki stosowaniu materiału podstawowego według wynalazku można uzyskać nie tylko podwyższoną odporność powierzchni pokrywających na ścieranie, lecz także wyższą wytrzymałość elementów konstrukcyjnych, charakteryzujących się na przykład wyższą wytrzymałością na zginanie, statyczną sztywnością przy zginaniu lub wytrzymałością zmęczeniową na zginanie przy obciążeniu przemiennym.

Okazało się, że ponieważ właściwości fizyczne materiału podstawowego zmieniająsię stopniowo wraz z różnymi zawartościami węgla, to szczególnie korzystne jest dla właściwości wytrzymałościowych i ściernych uzyskiwanych w brzeszczotach, gdy iloraz głębokości nawęglenia A_tobszaru brzegowego materiału podstawowego, w którym zatwardość węgla wynosi 0,35% wagowo, i grubości materiału podstawowego'ma twardość 0,15 do 0,40. Głębokość nawęglonego obszaru jest przy tym korzystnie tak odebrana, aby po hartowaniu i odpuszczeniu stali podstawowej, poddanej obróbce cieplno-chemicznej, najwyżej około 1/3 całkowitej grubości stali podstawowej miało w zasadzie pierwotną lub nieznacznie wyższą twardość stali podstawowej, a co najmniej 2/3 grubości materiału podstawowego miało twardość wyższą. Korzystne jest zwłaszcza, gdy po hartowaniu i odpuszczeniu stali podstawowej, poddanej obróbce cieplno-chemicznej, najwyżej 50% grubości materiału podstawowego ma w zasadzie pierwotną lub nieznacznie wyższą twardość stali podstawowej, a co najmniej 50% grubości materiału podstawowego ma twardość wyższą. Po hartowaniu i odpuszczeniu twardość powierzchni pokrywających materiału podstawowego wynosiła od około 50 do 63 HRC, a zwłaszcza od 55 do 60 HRC, a w obszarze niewzbogaconym w węgiel od 20 do 40 HRC, a zwłaszcza od 30 do 35 HRC. Wzbogacenie stali podstawowej w węgiel ma miejsce korzystnie po obydwu stronach, na całej powierzchni pokrywającej blachy stalowej, przy czym wzbogacanie w węgiel przeprowadza się celem nadania specjalnych właściwości w późniejszym obszarze zębów piły obustronnie lub tylko częściowo albo ze wzbogacenia w węgiel można wyłączyć obszary częściowe, na których przewidziane są później miejsca lutowania lub tym podobne. Obszary niewzbogacone lub tylko wzbogacone nieznacznie w węgiel składają się po hartowaniu i odpuszczaniu z mieszanej struktury ferrytyczno-perlitycznej surowego materiału i ewentualnie z bainitu.

180 548

Zatem przy nieznacznych wymaganiach, co do stali podstawowej, możliwe jest wytwarzanie pił z blachy stalowej, która wzbogacona jest na przykład obustronnie lub tylko częściowo w węgiel drogą obróbki cieplno-chemicznej, a zwłaszcza nawęglania. Niespodziewanie ustalono, że przy stosowaniu stali podstawowej o bardzo niskiej zawartości węgla od 0,1 do 0,2% wagowo, a następnie nawęgleniu oraz hartowaniu i odpuszczaniu, to jest po zakończeniu pełnej obróbki cieplnej, uzyskuje się piły o polepszonej jakości, które w odniesieniu do grubości i powierzchni nie mająliniowego przebiegu zależności twardość/wytrzymałość. Obszar brzegowy stali podstawowej wzbogacony w węgiel ma przy tym korzystnie, od powierzchni pokrywającej do obszaru niewzbogaconego w węgiel, średni gradient stężenia węgla od około 0,25 do 0,75% wagowych, a zwłaszcza od 0,40 do 0,50% wagowych.

Podczas gdy tradycyjne piły mają na wskroś strukturę martenzytyczną, o jednorodnych właściwościach, to w przypadku pił wytworzonych z materiału według wynalazku taka struktura występuje tylko na powierzchniach obszarów wzbogaconych w węgiel. Wymagania ciągliwości spełnione są w najwyższym stopniu przez bardziej miękki rdzeń, podczas gdy utwardzona powierzchnia, w przypadku piły nieuzbrojonej lub piły bez stellitu, nadaje dobre właściwości skrawania i wysoką stabilność piły.

Jak już przedstawiono, jako stale podstawowe dla materiału według wynalazku preferowane są stale konstrukcyjne niskostopowe lub węglowe. Zatem na materiał podstawowy według wynalazku nadająsię wszystkie stale, które można stosować jako stale do nawęglania. Wykorzystać można również stale do ulepszania cieplnego o nieznacznych zawartościach węgla, jak również stale nierdzewne i kwasoodpome o podwyższonej zawartości chromu (od 12 do 13% wagowych). W tabeli 1 podane sąprzykładowo takie stale, nadające się do stosowania zgodnie z wynalazkiem, jednak bez jego ograniczenia do nich.

Tabela 1

Możliwe stale do materiału podstawowego według wynalazku

Oznaczenie według DIN 17006	Oznaczenie według DIN 17007	Typ stopu, % wagowe
C 10	1.1121	0,10 C
C 15	1.1141	0,15 C
15 Cr 3	1.7015	0,15 C; 0,6 Cr
16MnCr5	1.7131	0,16 C; 1,2 Mn; 0,9 Cr
15 CrNi 6	1.5919	0,15 C; 1,5 Cr; 1,6 Ni
18 CrNi 8	1.5920	0,18 C; 2,0 Cr; 2,0 Ni
25 CrMo 4	1.7218	0,26 C; 1,1 Cr; 0,3 Mo
X10 Cr 13	1.4006	0,11 C; 13 Cr

Dzięki temu, że materiał podstawowy ma strukturę warstwową, która składa się z powierzchni pokrywającej wzbogaconej w węgiel, rdzenia wewnętrznego niewzbogaconego lub nieznacznie wzbogaconego w węgiel oraz powierzchni pokrywającej stali podstawowej, wzbogaconej w węgiel, uzyskuje się działanie samoostrzące narzędzi z niego wytworzonych. Taka struktura pojawia się po wytworzeniu pił, tarcz rozcinających lub urządzeń tnących, także na zębach piły względnie ostrzach. Przy powtórnym zastosowaniu narzędzia dochodzi zatem do nierównomiernego ścierania na grubości materiału, a zatem do tak zwanego żłobka. Oznacza to, że twarde i odporne na ścieranie powierzchnie pokrywające ścierają się wolniej niż rdzeń niewzbogacony węglem, przez co powierzchnia krawędzi nabiera wklęsłego kształtu i w obszarze cięcia pojawia się działanie samoostrzące.

180 548

Piły, tarcze rozcinające i tym podobne wytworzone z materiału podstawowego według wynalazku wykazują następujące korzyści w porównaniu ze znanym stanem techniki:

- przez równomierne rozmieszczenie węgla można wytwarzać narzędzia o wyższej powtarzalności ich właściwości,

- wyrównuje się nieuniknione dotychczas odwęglenie przy walcowaniu na gorąco oraz przy hartowaniu, przez co odpada dodatkowe szlifowanie powierzchni pokrywających; przy walcowaniu na zimno można ustalić żądaną grubość D materiału mając na uwadze zmianę wymiarów występującą przy obróbce cieplno-chemicznej.

Przez obróbkę cieplno-chemicznąi ewentualnie dodatkową obróbkę cieplną można dzięki stopniowanej strukturze, przy jednakowej niezawodności użytkowania i odporności na złamania, uzyskać wyższe twardości powierzchni narzędzi.

Po obróbce cieplno-chemicznej stali podstawowej można już przez szybkie schłodzenie wytworzyć po zahartowaniu drobnoziarnistą strukturę. Odpada przez to następujący potem proces hartowania lub można jeszcze bardziej polepszyć właściwości fizyczne przez hartowanie podwójne.

Przez dobór parametrów przy obróbce cieplno-chemicznej, przy hartowaniu i przy odpuszczaniu istnieje zgodnie z wynalazkiem duża swoboda w zakresie kształtowania rozkładu zawartości węgla, krzywych przebiegu twardości, rozkładu naprężeń własnych i struktury, a wskutek tego i wymaganych właściwości elementów konstrukcyjnych.

Tworzenie się na gorąco pęknięć pił zmniejsza się zarówno w procesie rozcinania żarzących się stalowych, elementów kształtowych jak i przy wzrostach temperatury przy wysokich prędkościach obrotowych przy przetwarzaniu metali, zwłaszcza przy tak zwanym piłowaniu ciernym.

Dzięki nieznacznej zawartości węgla w rdzeniu zmniejsza się niebezpieczeństwo, groźnego dla personelu obsługującego przyrostu twardości, przy niepożądanym wprowadzeniu ciepła.

Dzięki różnym strukturom powierzchni i rdzenia oraz związaną z tym zmianą objętości przy hartowaniu i odpuszczaniu można przy przemianach struktury wytworzyć naprężenia ściskające na powierzchni. Dzięki temu pojawia się, zwłaszcza w odniesieniu do stanu naprężenia własnego pił, silna lecz kontrolowana niejednorodność, która odbija się korzystnie na właściwościach użytkowych, a zwłaszcza pozytywnie na opóźnionym zmęczeniu materiału i nieznacznej skłonności do tworzenia się pęknięć powierzchni.

Dzięki materiałowi podstawowemu według wynalazku można integralnie podwyższyć wytrzymałość części konstrukcyjnych, przez co zmniejsza się zmęczenie na zginanie, zwłaszcza przy wyższej liczbie obrotów. Skutkiem tego jest także zmniejszenie się emisji dźwięków. Wszystkie dotychczasowe środki zmniejszenia emisji szumów pił pozostająprzez wynalazek nienaruszone i mogą znaleźć dodatkowe zastosowanie.

Właściwości tłumiące struktur mieszanych sąlepsze niż czystego martenzytu, co zapewnia dalsze zmniejszenie się poziomu szumów.

Dzięki wyższej wytrzymałości elementów konstrukcyjnych można zmniejszyć grubość brzeszczota. Stąd dzięki nieznacznej możliwej szczelinie cięcia zmniejszają się straty na cięcie, a zatem i oszczędność rozcinanego materiału.

Przy stałej grubości brzeszczota, dzięki porównywalnie sztywniejszemu brzeszczotowi, możliwa jest praca przy wyższych szybkościach cięcia od 25 do 75 metrów na minutę, przez co zwiększa się znacznie wydajność cięcia.

Dzięki uzyskiwanym wysokim twardościom pił jest do pomyślenia pewne zastąpienie stosowanych dotychczas, uzbrojonych i wyposażonych w stellit pił względnie chromowanych na twardo pił trakowych i tarczowych.

Dzięki nierównomiernemu przebiegowi twardości poprzecznie do kierunku cięcia (struktura warstwowa) ząb piły ściera się wzdłuż jego przekroju z różnymi prędkościami, dzięki czemu może występować pewien „efekt samoostrzenia”. Należy również zaznaczyć korzyści przy doostrzaniu pił.

180 548

Dzięki pojawieniu się mechanizmu przełomu plastycznego brzeszczoty pił wytworzone z materiału podstawowego według wynalazku nabywają właściwości „szansy odkładania”, przez co zwiększa się bezpieczeństwo pracy.

Dzięki częściowej obróbce cieplno-chemicznej można uniknąć zakłócających, wysokich zawartości węgla w obszarze połączeń lutowanych lub spawanych. Jest to istotna korzyść właśnie w dziedzinie obróbki kamienia.

Dzięki bardziej miękkiemu rdzeniowi pił możliwe jest, przez wprowadzenie klina, wytwarzanie tak zwanego spęczonego zęba. Dotychczas było to możliwe tylko dla stali niklowych.

Przedmiot wynalazku jest wyjaśniony bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia płytę materiału podstawowego według wynalazku do wytwarzania brzeszczotów do pił tarczowych, tarczy rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających, w widoku perspektywicznym, fig. 2 - porównanie rozkładu zawartości węgla wzdłuż przekroju dla trzech j akości materiału podstawowego według wynalazku, wytworzonego z różnych gatunków stali jako stali podstawowej, fig. 3 - porównanie rozkładów twardości wzdłuż przekroju materiałów podstawowych według wynalazku przedstawionych na fig. 2, fig. 4 - porównanie statycznej sztywności przy zginaniu tradycyjnego materiału podstawowego z hartowanej stali narzędziowej i materiału podstawowego według wynalazku przy różnych grubościach blachy, i fig. 5 przedstawia wynik próby zginania na płaskich próbkach materiału podstawowego według wynalazku, w postaci wykresu siła-ugięcie.

Na figurze 1 przedstawiono płytę materiału podstawowego według wynalazku, charakterystyczną dla wszystkich opisanych dalej rozwiązań przykładowych. Powierzchnia płyty 1 utworzona jest z dwóch powierzchni pokrywających 2 oraz w danym przypadku z dwóch czołowych powierzchni krawędziowych 3 i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych 4. Dla uzyskania materiału podstawowego do wytwarzanych brzeszczotów surowe płyty 1 tego rodzaju po obróbce cieplno-chemicznej są obcinane na czołowych powierzchniach krawędziowych 3 i wzdłużnych powierzchniach krawędziowych 4 i w takiej postaci dostarczane do producenta albo też producent narzędzi wytłacza sobie z tego lub wycina laserem żądane części w taki sposób, że unika się przetwarzania na brzeszczoty nawęglonych obszarów powierzchni krawędziowych. Zgodnie z wynalazkiem materiał podstawowy jest wzbogacony w węgiel, wychodząc tylko z płaszczyzn pokrywających 2, a nie z płaszczyzn krawędziowych 3,4. Na skutek obróbki cieplno-chemicznej materiał podstawowy ma, począwszy od płaszczyzn pokrywających 2, obszary brzegowe 5 wzbogacone w od 0,5 do 1,1% wagowych węgla, które przy zmniejszającej się zawartości węgla przechodząw obszar 6 niewzbogacony w węgiel, który w tym przypadku dzięki obustronnie przeprowadzonemu nawęgleniu jest obszarem rdzeniowym. Na powierzchniach krawędziowych 3,4 materiał podstawowy ma strukturę warstwową utworzoną z obszaru brzegowego 5 wzbogaconego w węgiel i obszaru 6 niewzbogaconego w węgiel.

Na ilustracji zaznaczone sąjuż zarysy 7 półfabrykatów brzeszczotów 8a dla pił tarczowych oraz półfabrykatów brzeszczotów 8b dla pił trakowych. Do wytworzenia płyty 1 materiału podstawowego według wynalazku wychodzi się z jednej z podanych stali podstawowych od zawartości węgla mniejszej niż 0,3% wagowych.

Przykład 1:

Stosowany materiał: taśma walcowana na zimno C 15, wyżarzona grubość próbki: D - 2,5 - 2,7 mm

Na szeregu próbek, w temperaturze od 880°C do 930°C i czasie obróbki od 60 do 90 minut, przeprowadzono cienkowarstwowe nawęglanie w atmosferze gazu końcowego wzbogaconej propanem w sposób przedstawiony na fig. 2, tak że utworzyła się w danym przypadku warstewka brzegowa 5 ze średnią głębokością wnikania A_t około 0,8 mm przy różnych grubościach próbek od około 0,6 do 1,0 mm. Iloraz głębokości nawęglenia A_t obszaru brzegowego 5 stali podstawowej poddanej obróbce cieplno-chemicznej i grubości D materiału podstawowego przyjął twardość od 0,15 do 0,40 i wynosił średnio 0,32. Jak widać dalej z fig. 2, zatwardość węgla bezpośrednio przy powierzchniach 2 wynosiła od 0,7 do 0,8% wagowych. Wzbogacony w wę

180 548 giel obszar brzegowy 5 stali podstawowej miał od powierzchni pokrywaj ącej do niewzbogaconego w węgiel obszaru 6 średni gradient stężenia węgla od około 0,30 do 0,55% wagowo C/mm.

Przeprowadzone następnie hartowanie w temperaturze od 820°C do 860°C z szybkim oziębieniem w oleju dało przy dobrej płaskości płyty 1 materiału podstawowego twardości od około 63 do 65 HRC na powierzchniach pokrywających 2 względnie około 44 HRC w rdzeniu 6. Po czasie odpuszczania 3 godziny, przy temperaturze 260°C ustalonej jako optymalna, uzyskano, jak przedstawiono na fig. 3, na powierzchni pokrywającej 2 wartości twardości od około 56 HRC (700 HV), a w rdzeniu stanowiącym obszar 6 niewzbogacony lub tylko nieznacznie wzbogacony w węgiel około 40 HRC (400 HV). Obszar brzegowy 5 wzbogacony w węgiel materiału podstawowego wykazywał od powierzchni pokrywającej 2 do obszaru 6 niewzbogaconego lub tylko nieznacznie wzbogaconego w węgiel średni gradient twardości od około 9 do 15 HRC/mm. Przy występowaniu takiej krzywej przebiegu twardości, przy stosowaniu materiału podstawowego do pił, można jeszcze przeprowadzić rozwarcie zębów piły. Piła wytworzona z takiego materiału podstawowego odznacza się wysoką sztywnością i dynamiczną obciążalnością jest bardzo cicha i przy twardości o około 10 HRC większej niż twardość znanych pił ma bardzo dobrą odporność na ścieranie. Taki materiał podstawowy jest zwłaszcza przydatny do pił nieobrotowych oraz urządzeń tnących i wygładzających.

Przykład 2:

Stosowany materiał: taśma ciągniona na zimno 13 CrMo 44, wyżarzona, grubość próbki: D = 2,4 do 2,7 mm.

Na szeregu próbek, przy parametrach procesu takich jak w pierwszym przykładzie, przeprowadzono cienkowarstwowe nawęglanie gazowe, tak że, jak przedstawiono na fig. 2, wytworzył się obszar brzegowy 5 w postaci warstewki o średniej głębokości wnikania A_t około 0,7 mm. Iloraz głębokości nawęglenia A_t obszaru brzegowego 5 stali podstawowej poddanej obróbce cieplno-chemicznej i grubości D materiału podstawowego miał średnią twardość około 0,25. Jak widać dalej z fig. 2, zatwardość węgla bezpośrednio przy powierzchniach pokrywających 2 wynosiła około 0,7% wagowych. Wzbogacony w węgiel obszar brzegowy 5 stali podstawowej wykazywał od powierzchni pokrywającej 2 do obszaru 6 niewzbogaconego w węgiel średni gradient zawartości węgla od około 0,46 do 0,53% wagowych C/mm.

Następujące potem hartowanie, przeprowadzone w zasadzie również w takich samych warunkach, jak w przykładzie 1, dało przy dobrej płaskości płyty 1 materiału podstawowego przy powierzchniach pokrywających 2 względnie w rdzeniu stanowiącym obszar 6 niewzbogacony lub tylko nieznacznie wzbogacony w węgiel wartości twardości, które tylko nieznacznie różniły się od wartości w przykładzie 1. Po czasie odpuszczania 3 godzin w temperaturze 300°C, ustalonej jako temperatura optymalna, jak przedstawiono na fig. 3, uzyskano na powierzchni pokrywającej 2 wartości twardości od około 54 do 55 HRC (około 670 HV), a w rdzeniu około 38 HRC (380 HV). Wzbogacony w węgiel obszar brzegowy 5 materiału podstawowego wykazywał od powierzchni pokrywającej 2 do niewzbogaconego lub tylko nieznacznie wzbogaconego węglem obszaru 6 średni gradient twardości około 15 HRC/mm.

Materiał podstawowy w tym rozwiązaniu przykładowym wynalazku wydaj e się być szczególnie przydatny do wytwarzania pił stołowych i obrzynarek wzdłużnych, jako pił tarczowych z rozwartymi zębami o twardości około 55 HRC. Twardość zwykłych pił tego rodzaju wytwarzanych ze stali narzędziowej wynosi 43-44 HRC.

Do określenia sztywności statycznej przy zginaniu C, z materiału według wynalazku przygotowano brzeszczot piły tarczowej. Sztywność statycznąprzy zginaniu C brzeszczota piły określa się jako iloraz siły zginającej F, przyłożonej w przypadku obciążenia statycznego w określonych warunkach, i ugięcia występującego przez to w miejscu obciążenia. Brzeszczot piły ma wymiar średnicy D_K i grubość D, podane w tabeli 2 pod numerem I. Średnica D₍ wewnętrznego, okrągłego otworu brzeszczota piły wynosiła 40 mm. Brzeszczot piły naprężono za pomocą kołnierza, który miał średnicę D_E = 118 mm. W ten sposób jako charakterystyczny stosunek naprężenia do średnicy piły uzyskano twardość 0,34. Punkty pomiarowe, do których przyłożono siłę zginającą F i w których mierzono ugięcie f, znajdowały się na okręgu pomiarowym, znaj

180 548 dującym się w odległości 95 mm od krawędzi zewnętrznej kołnierza. Siła zginająca wynosiła 19,7 N i przyłożono ją w danym przypadku do czterech punktów okręgu pomiarowego na przedniej i tylnej stronie brzeszczotów pił.

Tabela 2

Wymiary brzeszczotów pił

Nr brzeszczotu piły	Średnica D_K w mm	Grubość D w mm
I	330	2,4
II	350	2,5
ΠΙ	351	2,5

Oznaczono średnią sztywność statyczną przy zginaniu C 143 N/mm, która podana jest w porównaniu z wartościami z trzeciego przykładu wykonania w tabeli 3.

Przykład 3:

Stosowany materiał: taśma ciągniona na zimno 10 Ni 14, wyżarzona, grubość próbki: D = 2,5 do 3,0 mm

Na szeregu próbek, z parametrami obróbki takimi samymi jak w przykładzie 1 rozwiązania wynalazku, przeprowadzono cienkowarstwowe nawęglanie, przez co, jak przedstawiono na fig. 2, wytworzył się obszar brzegowy 5 w postaci warstewki ze średnią głębokością wnikania A_t od około 0,5 do 0,6. Iloraz głębokości nawęglenia A_t obszaru brzegowego 5 stali podstawowej poddanej obróbce cieplno-chemicznej i grubości D materiału podstawowego miał średnią twardość około 0,20. Na fig. 2 widać ponadto, że zatwardość węgla bezpośrednio przy powierzchniach pokrywających 2 wynosiła od około 0,60 do 0,65% wagowych. Wzbogacony w węgiel obszar brzegowy 5 stali podstawowej wykazywał od powierzchni pokrywającej 2 do niewzbogaęonego w węgiel obszaru 6 średnią zatwardość węgla około 0,48% wagowych C/mm. Takie nieznaczne wartości gradientu w porównaniu ze znanym stanem techniki wskazują, że uzyskuje się nie.tylko wysoką odporność na ścieranie przy powierzchniach pokrywających, lecz także integralnie wysokie wartości wytrzymałości materiału podstawowego według wynalazku.

Przeprowadzone następnie hartowanie, w zasadzie w takich samych warunkach, jak w przykładzie 1, dało przy dobrej płaskości płyty 1 materiału podstawowego nieznacznie niższe wartości niż w przykładzie 1. Po czasie odpuszczania 3 godzin w temperaturze 200°C, jak pokazano na fig. 3, uzyskano na powierzchni pokrywającej 2 wartości twardości do około 54 HRC (około 650 HV), a w stanowiącym niewzbogaconym lub nieznacznie wzbogaconym w węgiel rdzeń obszaru 6 około 31 HRC (310 HV). Wzbogacony w węgiel obszar brzegowy 5 materiału podstawowego wykazywał od powierzchni pokrywającej 2 do niewzbogaconego lub nieznacznie wzbogaconego w węgiel obszaru 6 średni gradient twardości od około 17 do 20 HRC/mm.

Na sześciu próbkach o wymiarach 12,5 x 3 mm, po hartowaniu i odpuszczaniu nawęglonej stali podstawowej, przeprowadzono próby wytrzymałości na rozciąganie, przy czym ustalono średnią twardość wytrzymałości na rozciąganie R_m około 1550 N/mm². W porównaniu z tą wartością średnia twardość wytrzymałości na rozciąganie R_m hartowanej i odpuszczonej, stosowanej do znanych materiałów podstawowych stali narzędziowej wynosi około 1600 N/mm².

Na dalszych sześciu próbkach o wymiarach 55 mm x 10 mm x 3 mm, po hartowaniu i odpuszczaniu nawęglonego materiału podstawowego, przeprowadzono próby udamości, przy czym średniątwardość udamości określono na 60 J/cm². Próby porównawcze na sześciu próbkach hartowanej, stosowanej do znanych materiałów podstawowych stali narzędziowej dały średnią twardość udamości około 52 J/cm².

Badania te wykazują, że za pomocą materiału podstawowego według wynalazku można uzyskać średnie wartości wytrzymałości na rozciąganie R_m które prawie odpowiadają wytrzymałości na rozciąganie R_m, znanych materiałów podstawowych oraz, żc jednak dla tak ważnych

180 548 parametrów, w przypadku naprężenia brzeszczotów w procesie cięcia, można uzyskać średnio o około 15% wyższe wartości niż w przypadku hartowanego materiału na bazie stali narzędziowej.

Drogą analizy metalograficznej można określić optymalny skład strukturalny materiału podstawowego według wynalazku w różnych odległościach od powierzchni pokrywających 2. Takie struktury przedstawiono schematycznie na fig. 3 za pomocą 4 mikroskopowych pól widzenia 9,10,11 i 12. Wzbogacony w węgiel obszar brzegowy 5 składa się z odpuszczonej struktury mieszanej (pola widzenia 9, 10 i 11). Taka struktura mieszana zawiera martenzyt, nieznaczną część resztkowego austenitu oraz bainit, przy czym udział martenzytu rośnie początkowo ze wzrastającą odległością od powierzchni pokrywających 2 w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru 6, aż do wartości maksymalnej (pole widzenia 10), a następnie prawie zanika w niewzbogaconym w węgiel obszarze 6. Udział austenitu resztkowego względnie udział bainitu spada z rosnącą odległością od powierzchni pokrywających 2 w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru 6 początkowo do lokalnej wartości minimalnej (pole widzenia 10), a następnie nieznacznie wzrasta (pole widzenia 11), aby w końcu bardzo silnie ponownie zmniejszyć się w niewzbogaconym lub nieznacznie wzbogaconym w węgiel obszarze 6. Pole widzenia 12 pokazuje w obszarze rdzeniowym strukturę ferrytyczno-perlityczną, charakterystyczną dla struktury podstawowej stosowanej stali.

Ze względu na naprężenia własne pojawiające się w materiale podstawowym według wynalazku można ustalić, że dotyczące tego zjawiska optymalne stosunki występują wtedy, gdy po hartowaniu i odpuszczaniu stali podstawowej poddanej obróbce cieplno-chemicznej w obszarze brzegowym 5 w pewnej odległości od powierzchni pokrywających 2, która jest mniejsza niż głębokość nawęglenia A_t, występują maksymalne naprężenia własne ściskające w zakresie od około 0,90 GPa, korzystnie w zakresie od 0,40 do 0,75 GPa. W przeciwieństwie do tego, w znanym materiale podstawowym wytwarzanym na bazie stali narzędziowej, w zewnętrznym obszarze brzegowym 5 występują naprężenia własne rozciągające. Takie naprężenia własne rozciągające sprzyjają podczas pracy piły pojawianiu się i rozszerzaniu pęknięć względnie najpierw wyzwalaniu tych zjawisk. Związek ze zmianami temperatur, powtarzającymi się przy częstym używaniu narzędzia, może prowadzić poza tym do przyspieszonego zmęczenia materiału.

Korzystnie j est ponadto, gdy materiał podstawowy po hartowaniu i odpuszczaniu stali podstawowej poddanej obróbce cieplno-chemicznej wykazuje w pewnej odległości od powierzchni pokrywających 2, która jest równa lub nieznacznie większa niż głębokość nawęglenia, maksymalne naprężenia rozciągające w zakresie do około 0,60 GPa, zwłaszcza do 0,20 GPa. Przy wyższych naprężeniach rozciągających w tym obszarze mogą łatwo tworzyć się w materiale pęknięcia hartownicze. Stąd szczególnie jest korzystne, gdy ze wzrastającą odległością od powierzchni pokrywających 2 naprężenia własne rozciągające ponownie obniżają się, a następnie w pewnej odległości od powierzchni pokrywających 2, która jest większa niż głębokość nawęglenia A_t, pojawiają naprężenia własne ściskające z maksimum w obszarze do około 0,30 GPa. Rozkład naprężeń własnych według wynalazku w materiale podstawowym może w pewnych warunkach czynić zbędnym naprężenie brzeszczotów pił za pomocąmłota prostującego lub maszyny.

Materiał podstawowy tego przykładowego rozwiązania wynalazku wydaj e się zwłaszcza przydatny do wytwarzania pił tarczowych z rozwartymi zębami o twardości do około 57 HRC.

Do określenia sztywności statycznej przy zginaniu C z materiału podstawowego według wynalazku przygotowano dwa brzeszczoty pił tarczowych. Sztywność statycznąprzy zginaniu C określono sposobem opisanym w przykładzie 2. Brzeszczoty pił mająwymiary średnic D_K i grubości D podane w tabeli 2 pod numerami II i ΙΠ. Średnica D, wewnętrznego, okrągłego otworu brzeszczota piły wynosi 40 mm, jak w przykładzie 2. Brzeszczot piły naprężono za pomocą kołnierza o takiej samej średnicy D_E, jak w przykładzie 2. Także położenie punktów pomiarowych oraz wielkość siły zginającej były takie same jak w drugim przykładzie wykonania wynalazku. Średnie wartości ustalonej sztywności przy zginaniu zawarte są w tabeli 3. Temperatury odpuszczania wynoszą inaczej niż w przypadku wyżej przedstawionej wartości, około 180°C (II) i około 220°C (III).

180 548

Tabela 3

Wartości pomiarowe sztywności przy zginaniu C

Nr brzeszczotu piły	Sztywność przy zginaniu C w N/mm (wartości średnie)
I	143
II	147
III	142

W zależności od jakości dla stali podstawowej hartowanej i poddanej obróbce cieplnochemicznej uwzględniając jej odporność na odpuszczanie korzystne są w ogólności temperatury odpuszczania od 150 do 350°C. Na strukturę i fizyczne właściwości materiału podstawowego, takie jak krzywa przebiegu twardości, oprócz parametrów technologicznych obróbki cieplnochemicznej i hartowania wpływ ma również temperatura i czas odpuszczania. Tak więc na powierzchni tych próbek zmierzono wartości twardości około 57 do 58 HRC.

Na podstawie wartości zawartych w tabeli 3 i dalszych przedstawiono porównawczo na fig. 4 przebieg statycznej sztywności przy zginaniu C tradycyjnego materiału podstawowego z hartowanej stali narzędziowej i materiału podstawowego według wynalazku dla charakterystycznego stosunku średnica naprężenia/średnica piły D_E/D_K = 0,34 przy różnych grubościach blach D. Okazuje się, że dla brzeszczotów pił, za pomocą materiału podstawowego według wynalazku, można osiągnąć 1,5 do 2-krotnie wyższe sztywności niż przy zginaniu C tradycyjnych brzeszczotów pił.

Na figurze 5 przedstawiono wynik trójpunktowej próby zginania próbek płaskich o szerokości 15 mm i grubości D 2,8 mm materiału podstawowego wytwarzanego zgodnie z trzecim przykładem wykonania. Odległość podpór próbek wynosiła przy tym 60 mm. Ilustracja przedstawia wykres siła-ugięcie, który uzyskano z 1000 wartości pomiarowych. Jak widać z przebiegu krzywej, po przekroczeniu granicy sprężystości przy ugięciu f około 0,75 mm po przyłożeniu siły 810 daN maksimum siły gnącej F osiąga się przy ugięciu f około 2,00 mm. Maksymalnie występujące naprężenie zginające wynosi w tym miejscu około 305 daN/mm². Przy zmniejszającej się sile zginającej F powinno się potem zaobserwować dalsze ugięcie próbek, co wskazuje na to, że przełom występujący przy ugięciu f około 3,75 mm, nie jest przełomem poślizgowym lecz przełomem plastycznym. Takie zachowanie się materiału podstawowego według wynalazku nadaje wytworzonym z niego piłom tak zwaną „szansę odłożenia”, co oznacza, że przed wystąpieniem złamania można nie podejmować żadnej wymiany, dzięki czemu zwiększa się bezpieczeństwo pracy.

180 548

ZAWARTOŚĆ WĘGLA WZDŁUK PRZEKROJU

FIG. 2

o ł

o i o co i z o ł

180 548

Ιλη] DsocravMi

180 548

FIG. 4

(UIUI/N) VNZDAŁVJ.S OSONMAIZS

180 548

οοοοοοοοοοο οοοοοοοοοο θσ>ΟΟ|·^<01Ο·<3-ςθΓΜτ(Ν^Ρ) V5IS

180 548

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał podstawowy do produkcji brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających, w postaci płyty ze stali o podstawowej zawartości węgla mniejszej niż 0,3% wagowych, która posiada, złożoną z dwóch powierzchni pokrywających, dwóch czołowych powierzchni krawędziowych i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych, powierzchnię zewnętrzną, oraz ma, począwszy od powierzchni zewnętrznej, obszary brzegowe wzbogacone w węgiel, znamienny tym, że zatwardość węgla w obszarach brzegowych (5) wynosi od 0,5 do 1,1% wagowych i obszary brzegowe (5) przechodzą, przy zmniejszającej się zawartości węgla, w niewzbogacony lub nieznacznie wzbogacony w węgiel obszar (6), przy czym na powierzchniach krawędziowych (3,4) płyty (1) ze stali znajduje się złożona ze wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego (5) i niewzbogaconego w węgiel obszaru (6) struktura warstwowa i, odpowiednio do wybranej głębokości wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego (5), najwyżej około 50% grubości (D) płyty (1) ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie (1) lub twardość .nieznacznie wyższą i co najmniej około 50% grubości (D) płyty (1) ma twardość wyższą.
2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że płyta (1) ze stali począwszy od obu powierzchni pokrywających (2) ma wzbogacone w węgiel obszary brzegowe (5).
3. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stal płyty (1) jest węglową stalą konstrukcyjną.
4. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stal płyty (1) jest niskostopową stalą konstrukcyjną.
5. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że iloraz głębokości nawęglenia (A_t) obszaru brzegowego (5) płyty (1) ze stali, w której zatwardość węgla wynosi 0,35% wagowych i grubości (D) płyty (1), ma twardość od 0,15 do 0,40.
6. Materiał według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że odpowiednio do wybranej głębokości wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego (5), co najwyżej około 1 /3 grubości (D) płyty (1) ze stali ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie (1) lub twardość nieznacznie wyższą, a co najmniej około 2/3 grubości (D) płyty (1) ze stali ma twardość wyższą.
7. Materiał według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że wzbogacony w węgiel obszar brzegowy (5) płyty (1) ze stali ma od powierzchni pokrywającej (2) do niewzbogaconego w węgiel obszaru (6) średni gradient zawartości węgla od około 0,25 do 0,75% wagowych C/mm, a zwłaszcza od 0,40 do 0,50% wagowych C/mm.
8. Materiał według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że wzbogacony w węgiel obszar brzegowy (5) płyty (1) ze stali ma od powierzchni pokrywającej (2) do niewzbogaconego w węgiel obszaru (6) średni gradient twardości od około 10 do 22 HRC/mm, a zwłaszcza od 14 do 18 HRC/mm.
9. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar powierzchni pokrywających (2) ma twardość od około 50 do 63 HRC, a zwłaszcza od 52 do 55 HRC, a niewzbogacony w węgiel obszar (6) ma twardość od 20 do 40 HRC, a zwłaszcza od 30 do 35 HRC.
10. Materiał według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że płyta (1) ze stali w obszarze brzegowym (5) ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających (2), która jest mniejsza niż głębokość nawęglenia (A_t), maksymalne naprężenia ściskające do około 0,90 GPa, a zwłaszcza 0,40 do 0,75 GPa.

180 548
11. Materiał według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że płyta (1) ze stali w obszarze brzegowym (5) ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających (2), która jest prawie równa lub nieznacznie większa niż głębokość nawęglenia (A_t), maksymalne naprężenia rozciągające do około 0,60 GPa, a zwłaszcza do 0,20 GPa.
12. Materiał według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że płyta (1) ze stali w obszarze brzegowym (5) ma w pewnej odległości od powierzchni pokrywających (2), która jest większa niż głębokość nawęglenia (A,), maksymalne naprężenia własne ściskające do około 0,30 GPa.
13. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że wzbogacony w węgiel obszar brzegowy (5) ma odpuszczoną strukturę mieszaną (9,10,11), która zawiera martenzyt, nieznaczną ilość austenitu szczątkowego i/lub bainit.
14. Materiał według zastrz. 13, znamienny tym, że udział martenzytu wzrasta stopniowo wraz ze wzrostem odległości od powierzchni pokrywających (2) w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru (6), do wartości maksymalnej (10), a następnie w niewzbogaconym w węgiel obszarze (6) spada prawie do zera.
15. Materiał według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że udział austenitu resztkowego i/lub udział bainitu zmniejsza się początkowo ze wzrostem odległości od powierzchni pokrywających (2) w kierunku niewzbogaconego w węgiel obszaru (6) do lokalnej wartości minimalnej (10), następnie nieznacznie wzrasta (11), a na koniec w niewzbogaconym w węgiel obszarze (6) ponownie zmniejsza się poniżej lokalnej wartości minimalnej (10).
16. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że niewzbogacone lub tylko nieznacznie wzbogacone w węgiel obszary (6) w płycie (1) ze stali i/lub niewzbogacone lub nieznacznie wzbogacone w węgiel obszary (6) na powierzchni (2, 3, 4) płyty (1) składają się z ferrytyczno-perlitycznej struktury mieszanej (12) i/lub z bainitu.
17. Sposób wytwarzania materiału podstawowego do produkcji brzeszczotów, zwłaszcza do pił tarczowych, tarcz rozcinających, pił trakowych oraz urządzeń tnących i wygładzających, w postaci płyty ze stali o podstawowej zawartości węgla mniej szej niż 0,3 % wagowych, która posiada, złożonąz dwóch powierzchni pokrywających, dwóch czołowych powierzchni krawędziowych i dwóch wzdłużnych powierzchni krawędziowych, powierzchnię zewnętrzną, oraz ma, począwszy od powierzchni zewnętrznej, obszary brzegowe wzbogacone za pomocą obróbki ciepłno-chemicznej w węgiel, znamienny tym, że za pomocą obróbki cieplno-chemicznej zwiększa się zatwardość węgla w obszarach brzegowych (5) do 0,5-1,1% wagowych, przy czym dobiera się głębokość obszaru brzegowego (5) wzbogaconego w węgiel tak, że po hartowaniu , i odpuszczaniu poddanej uprzednio obróbce cieplno-chemicznej płyty, najwyżej około 50% grubości (D) płyty (1) ma w zasadzie twardość odpowiadającą podstawowej zawartości węgla w płycie (1) lub nieznacznie wyższą i co najmniej około 50% grubości (D) płyty (1) ma twardość wyższą, oraz obrabia się powierzchnie krawędziowe (3, 4) wytwarzając w nich strukturę warstwową złożoną ze wzbogaconego w węgiel obszaru brzegowego (5) i niewzbogaconego w węgieł obszaru (6).
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako cieplno-chemiczną obróbkę płyty (1) ze stali stosuje się nawęglanie w obszarze brzegowym (5).
19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako cieplno-chemiczną obróbkę płyty (1) ze stali stosuje się cyjanowanie w obszarze brzegowym (5).
20. Sposób według zastrz. 17 albo 18, albo 19, znamienny tym, że płytę (1) ze stali w obszarze powierzchni pokrywających (2) poddaje się tylko częściowo obróbce cieplno-chemicznej. * * *