Slijtage van gereedschapmaterialen

Slijtage van gereedschapmaterialen

Citation for published version (APA):

Dautzenberg, J. H. (1980). Slijtage van gereedschapmaterialen. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0475). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1980

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

"'

;:, !II' i '

RRK

_{WT 0475}

81

LJPA

SLIJTAGE VAN GEREEDSCHAPMATERIALEN.

Dr. ir. J.H. Dautzenberg

Tekst t.b.v. het college Vervaardigingskunde 40. April, 1980.

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN. Afdeling der Werktuiqbouwkunde.

SLIJTAGE VAN GEREEDSCHAPMATERIALEN.

f

Het te bespreken model is afgeleid voor verspanende bewerkingen, maar kan zonder bezwaar gehanteerd worden in algemene slijtagesituaties. Bij het verspanen wordt de levensduur van gereedschapmateriaal grotendeels door 2 fenomenen bepaald:

- breuk,

- slijtage: langzame materiaalverwijdering.

Breuk treedt _uY"'"'~"" OE wanneer een kri tische trekspanning in het materiaal wordt

.... ~, _ _ ~_

overschred~. Deze kritische spanning kan het gevolg zijn van diskonti-nuI:t::.f2!J,ten in het mater;i.CiaLdat verspaand wordt (b.v. een hard deeltje

in het werkstukmateriaal); te grote aanzet x snedediepte; ~e uittrede uit

het werkstukmateriaal; thermoschokverschijnselen of te grote plotselinge

-mechanische belasting.

"-~"

-Indien we ervan uitgaan, dat slijtage veroorzaakt wordt door plastische vervorming van het gereedschapmateriaal (d.w.z. het gereedschapmateriaal wordt plastisch weggewreven) , dan kunnen we dit slechts verklaren indien de vloeispanning van het gereedschapmateriaal onder verspaningskondities kleiner is dan de vloeispanning van het werkstukmateriaal. Normaal gespro-ken is echter de vloeispanning van de gereedschapmaterialen (b. v.

hardme-talen) 'bij de verspaningstemperatuur groter dan die van het

werkstuk-materiaal. Dit zou betekenen dat er geen slijtage kan optreden. De prak-tijk bewijst echter dat er slijtage optreedt (b.v. kolkslijtage). Kenne-lijk waren er tij.dens het proces omstandigheden waarbij de vloeispanning van het gereedschapmateriaal lager is dan de vloeispanning van het werk-stukmateriaal. Een verklaring hiervoor kan de volgende zijn. Indien het mogelijk zou zijn de chemische samenstelling val/. het gereedschapmateriaal te wijzigen, dan neemt de hardheid bij hardmetalen sterk af (dit in tegen-stelling .met oxyden, zoals AL

203). In eerste instantie zou men menen dat

de hoge waarde voor de chemische affiniteit negatieve waarde van de

vrije enthalpie

=

maat voor de sterkte van de chemische binding) er zorg

voor draagt dat de chemische samenstelling van het gereedschapmateriaal

onveranderd blijft~ Dit betekent echter dat het gereedschapmateriaal

geen binding aan zal gaan met het werkstukmateriaal. Immers, elke combi-natie van elementen of atoomgroepen van werkstuk en gereedschapmateriaal levert een lagere chemische affiniteit (d.w.z. levert bij reactie minder energie op) dan die van de materialen afzonderlijk.

.'

-3-IlS [J/Mol °C] ~ x \i 1 0,001 56,6 O,OOQ1 7,5,4 , . 0,00001 94,3 0,000001 113, 0,0000001 132

Tabel .. 1. Verandering van de entropie betroklu:~n 0,J?

v~n het vreemde element bij het leger~n.

,Rqbs'j;ituti,e van (5) ,EFIl (3) in (2) levert:

EM

+

EBB

f:,G == X {Nz (E

AB - + NkT ln X }

2

Figuur

1/

toont het verloop van de vrije enthalpie per grammo1ecuu1

verontrei.niging ala funk tie van de temperatuur en de concentratie van de verontreiniging. Uit'deze figuur volgt net ala uit vergelijking(6),dat men elke vrije e?tllal.pieverschil kan verkrijgen indien men de concentratie

van de verc:mtreinig.j.ng (x) maar k.l.ein genoeg .neemt. ))it geldtookyoor

g~otE;

waarden V'!Jl

I

EM

I

en

I

EBB

I

en voor kleina waarden van

I

J::~

I

f

'd7~W.

Z •

Cle bind1n,gen tussen de !lloleculen A respectievelijk B djn zeer sterk

terwijl <le,binq.;l,pgt,tlSsen A - B zeer) z~~kzelJa.af~tcrt;.~)ncl:is.

, , I

Terugkerenp. paar net .verspaningsproces zien we Qat in·4.itpr9c~a goeCl_vol~,

Claan \,/ordt; aan de v90rheen geschetste copditiea. flet gereeq,schapmateriA,al heefteep lage vrijeeI}..thalpie d.w.z. bij het elkaar brengen van de 1ege-ringsbest,anddelen van het gereedschapmateriaalkomt veel energievrij.

In hetspaanvlak glijdt konstant zuiver werkstulonateria<;i.l lang~ hat <:1e-:

reedschapmateriq,al. De tempe.ratuur waarbij di t gebeurt , ; " , " ' , . ' . , is ' hoogen sterk

afhankelij}\: niet all~en van de thermisclweigenscp,appen van Cle ma"t~ri<;i.len

die bij het proces betrokken zijn maar ook van de snijsne1heid. Dit vrije,

• , .

eI'l.thalpieversch~l· t,ussen gereedschap en werkstuk

stroom jA waarna de grootte gegeven wordt door: jA == - Mx d{IlG)

-4-Hierbij is y cie coordinaat die loodrecht op het scheidingsvlak van

werkstuk en gereedschapmateriaal staat en is M een materiaalgrootheid. Met (6) en ook:

d (~G)

a

(~G) dx

. elY =

ax

dy (8)

Pit ingevuld in .(7) geeft:

e AA + eBB d

J

= -

Mx' {Nz (E - )

+

NkT In x

+

NkT} x (9)

A . ~ 2 ~

De massastroom bij aanwezigheid van een conce'ntratiegradient kan ook gescnreven worden als:

met: D = D o dx J_A

=

-D

dY

e _ Q/RT waarbij Do

=

materiaa1grootheid

Q

=

aktiveringsenergie voor diffusie

R = algemene gasconstante (=Nk).

Uit (9), (10) en (11) volgt voor M:

M Q/RT' . EAA + EBB e · x {Nz (E - 2 AB + NkT 1n x + NkT } Resultaten: (10) (11) (12)

Bij hetdiffusieproces dat beschreven wordt door vergelijking (7) vindt materiaalt:ansj?ort.plaats. Dit betekent voor het gereedschapmateriaal een verandering van de chemische samenstelling. Het gevolg hiervan is een in de tijd afnemende hardheid, wat op zijn beurt plastisch wegwrijven van het gereedschapmateriaal tot gevolg heeft. Er treedt slijtage op.

Gaat men er van uit dat voor het plastisch.wegwrijven van het gereedschap-materiaal eerst een zekere hoeveelheid van een of, meer komponenten van het gereedschapmateriaal moet zijn weggediffundeerd, dan betekent een toe-name van de temperatuur (te bereiken door het verhogen van de snijsne1heid) een toename van devrije entha1piegradient (zie verg. 6) en een toename

-5-Deze beide effekten veroorzeken een toename van J

A (zie verg. 7) en

derhalve een afname van de levensduur van het gereedschapmateriaal.

Vergelijkt men hardmetalen met oxyden dan is bekend, dat de hardheid van hardmetalen ve.el sterker wordt beinvloed door veranderingenin de chemische samenstelling van het materiaal dan bij oxyden. D'it effekt

,~ser de oorzaak van dat oxyden met verder dezelfde eigenschappen als

van een hardmetaal een langere levensduur hebben en een grotere weer-stand tegen slijtage bij hoge temperaturen.

EAA+ EBB}

Vergelijking (6) toont ons dat de term {E

AB - 2 zo groot

moge-lijk moat zijn d.w.z. de komponenten A en B mogen liefst geen verbinding met elkaar vormen. Vergelijking (6) heeft dezelfde strekking als de op-losbaarheidsregels van Hume-Rothery. Hierin krijgt de eerder genoemde

term (6) een grote waarde door de atoomradii van A en

a

z6 te kiezen dat

deze minimaal 15% verschillen. Deze atoomradiusverhouding is wel 4ebe-lanrijkste regel van de oplosbaarheidsregels van Hume-Rothery.

Het in het voorgaande besproken model geeft een aanduiding over de revante grootheden welke van invloed zijn op de door slijtage beperkte le-vensduur van gereedschapmaterialen bij hogere temperaturen. Deze groothe-den dienen bekend te zijn wanneer men nieuwe gereedschapmaterialen wil

ontwikkelen. Relevante grootheden zijn b.v. T, Do,

Q,

E

AA, EaB, EAB•

Het besproken model levert een verklaring voor de slijtage van chemisch zeer stabiele gereedschapmaterialen.

-&-

-"7-Tabelle 4.3. Chemische Zu .... mmeDSl'IZung. Temp~ralur.n fiir die Wllrmebehandlung sowie Harle iljl weich~clluhlen Zusland gebmuchlicher Warm-arbeilSStAble noeh 14,14) "' " '. , " " Slab~ne Ii.urmame Werk_ slolf-lIIr• S5NiCrMoV6 1.2113 56 NiCrMoV7 1,2714 X18QMoV511.2343 x4OerMoVSI 1.2344 X32erMoV33 1.2365 ,x30WCrVS3 .SIahlsortc 1~1 Werk-&lD1f-Nr. 55 NiCrMoV 6 1.2713 S6NiCrMoV7 1.2714 X 38 CrMa V 5 I 1.2343 X4OCrMoV S I 1.2344 " ".,>" X 32 CrMaV 3 3 1.2365 X 30WCrV 5 3 1.~567

Chemi.!che Zusamfllenselzung (Anhallsangabcnj Temperawr

"C 0,55 0,55 0,38 0,40 0,32 0,30 rur d •• Weichgllll!..n W,Si _{"Mn %Cr %Mo %Ni %V %W ·C}

0,3 0,6 0,1 0,3 0,7 1,0 1,0 (l,4 5,3 I.lf -0.4 5,3 : 0,3 0,3 3,0 0.2 0,3 ;/,4 Werkzeuge der StaMumformuug 0,3 0,5 U 1,4 U

Hammergesenke rur millie, 're uDd kleinere

AbOles-sungen ,_

Hamm.ergesenke b;s zu gr~f.ll.n Abme .. ungen. be-sonders auc~ bei

seh",;.-ligen Gra,vuren: Gesenk-einSilI~

Gosenke und GeseDkein-.

Siltze filt H~mmer u. Pr .... sen bei hoher Wiirm.bean· .pruebung; Werkzg. filr W.ag.-Stauch.Masch. Wie SIahll.2343 pesenkeinsiitze, werkzeuge

flll'<\ie Schrauben· und Nielenrerligung. Werk,eu·

ge fiir W.ag.·Slauch .•

Ma-!ichinen. wegen de-r .bcsse~

"'0 Zlihigkeil we • .,mlich

bauliger "mg •• elLl al. Stahl 1.2567

Wie Slahl1.2365; hochwar·

mebean'pruchl. Werk· reuge 1,7 0,1 6SO bis700 0.1 6SO his 700 0.4 7SObisaOO 1,0 7SO his 800 0,5 750 bis 800 0.6 4,3 750 bis 800

Werkzeuge def Nichl-' eisenmelallverarbeilunll '

Gesenk. bis zu grO~len

AI>-" n:'~ssungen Ge.enk. u. Gesenkeinsiilze Wie 1.2343 Gesenke~ OesenkeindlZ.e, Dome. Stempel Wi. SI.hl 1.2365 Harte

I

Harten naehdeml Weieh-glnnen till < von °C in 240 ' 830 bi. 870 . £)1

250 • 860 _{830 bis} bis ₈₇₀ 900 Lull _{01 ,"}

240 1000 bis 1040 Lull,Ol, Warmbad vOp

500 bis 5SO ·C 240 1020 bis 1060 Lufl, 01, Warmbad von

500bidSO·C 230 1020 bis 1060 01, Warm bad von SOO his

5SO·C "

240 1060 bis 1100 01. Warmbad von sOOllis 550·C

Ouler Widerstand gegen

Wannverschlei6. scbr gUIe

Zlihigkeil auch bei

grODe-fen Querscllllillen , Wi'Slahll.2343,jedoch

milerMhtern

Warmver-scnlei6widersllUld Sehr guler Widerstand gegen WarmverschleiB; gUle Zlibigkeil bei nichl ZII

graDen QuersclJnilten

Sehr gu Ie! W idersland gegen Warmv.rschleifl;je-docb gering ... Zlihigkeil, !>.sonders bei graDen Qller·

:khnineo

...

~~~>; "

~;v ,~" :-:0 "