Rozsdamentes acélok megmunkálása

A rozsdamentes acél nehezen megmunkálható anyag. A megmunkálás magában foglalja a hidegen edzés kockázatát. Ezenkívül a megmunkálási hibák támadási felületeket hozhatnak létre korrózió szempontjából. A következő cikk megválaszolja a gyakran ismételt „Rozsdásodhat a rozsdamentes acél?" kérdést, áttekintést nyújt a megmunkálási problémákról, a különböző megmunkálási módszerekről és a rozsdamentes acél megmunkálásához megfelelő szerszám kiválasztási kritériumairól.

Mi az a rozsdamentes acél?

A rozsdamentes acél kifejezés speciális tisztaságú, ötvözött vagy ötvözetlen acélokra utal. A köznyelvben rozsdamentes acélnak nevezünk minden korrózióálló acélt; technikai értelemben véve azonban a rozsdamentes acél minden bizonnyal rozsdásodhat. A DIN EN 10020 az acélok, többek között a rozsdamentes acélok forgalmát határozza meg.

A rozsdamentes acélok népszerű anyagok rendelkezésre állásuk és tulajdonságaik miatt. A rozsdamentes acél a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• Tartós
• Vizuálisan vonzó kialakítás
• Nagyon változatos

Sokoldalúsága különösen vonzó tulajdonság: A rozsdamentes acél összetételétől függően változatos tulajdonságokkal rendelkezik. A króm például biztosítja a korrózióállóságot, míg a nikkel elősegíti a savállóságot. A különböző ötvözetek révén beállítható pozitív tulajdonságok miatt gyakran használnak különböző rozsdamentes acélokat szabványosított alkatrészek gyártására a gépészetben.

Az alábbi ábra az acél tulajdonságainak összehasonlítását mutatja be a JIS szabvány szerinti jelölés és az Európában használt kapcsolódó anyagkódok feltüntetésével:

A különböző acélok tulajdonságainak összehasonlítása

• A = Korrózióállóság
• B = Polírozhatóság
• C = Megmunkálhatóság
• D = Hegeszthetőség
• E = Mágnesezhetőség
• Minél távolabb esik a paraméter értéke a középértéktől, annál hangsúlyosabb.

A következő acélok anyagszám szerint kódoltak: X5CrNi18-10 (1.4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1.4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1.4305 / SUS 303) és 100Cr6 (1.3505 / SUJ 2).

A korrózióálló acél kezelésével és megmunkálásával kapcsolatos problémák

Helytelen az a feltételezés, miszerint a korrózióálló acél 100%-ban rozsdamentes. Ez nem igaz: a krómötvözetű rozsdamentes acél felületén oxigén hatására passzív réteg vagy oxidréteg képződik, amely védi az acélt a korrózió ellen.   Ez a réteg nagyon vékony, kb. 0,06 - 0,08 mikrométer. Azonban időbe telik, amíg ez a réteg kialakul, és aktívan véd a korrózió ellen. A megmunkálás során jellemzően az a probléma, hogy nem volt elég idő a réteg kialakításához, vagy a passzív réteg karcolások miatt megy tönkre, ami megmunkálás közben is előfordulhat. Más, kevésbé nemesfémnek minősülő fémekkel való érintkezés ugyancsak a rozsdamentes acél rozsdásodásához (kontaktkorrózióhoz) vezethet. A kevésbé nemesfémnek minősülő fém reakcióba lép az érintkezés során, például vízzel és oxigénnel. Ezáltal korrodálódik. Közvetlen környezetéből kivonja az oxidációhoz szükséges oxigént. A krómötvözetű rozsdamentes acél passzív rétege króm-oxidból, a króm és az oxigén kémiai vegyületéből áll. Az érintkezési ponton a króm-oxid rétegből kivonódik az oxigén, és ennek eredményeként a védőréteg tönkremegy. A rozsdamentes acél emiatt már védetlen felülete is korrodálódhat.

Különféle óvintézkedések a rozsdamentes acélok kezelését és megmunkálását illetően

A fent említett problémák miatt nagy figyelmet kell fordítani a korrózióálló acél kezelésére és megmunkálására. Például a rozsdamentes acélhoz használt szerszámokat kizárólag erre a célra szabad használni, és azok előzőleg nem érintkezhetnek más acélokkal. Ez kiterjed a szerszámok tárolására is.

Azonban akkor is előfordulhatnak problémák, ha a korróziómentes acél már átjutott a megmunkálási műveleten. Ha a rozsdamentes acél a szállítás során, például a villástargoncákon vagy szerszámokon lévő vassal érintkezik, a keletkező foltok újabb korróziós kockázatot jelenthetnek. Ezért itt is különös gondot kell fordítani arra, hogy csak megfelelő szállítási eszközöket használjuk.

Most pedig tekintsük át magát a megmunkálási folyamatot: Az alábbiakban ismertetjük a különböző megmunkálási módszereket, a betartandó szabályokat és a használandó szerszámokat.

Rozsdamentes acél vágása és szétválasztása

A fenti problémák miatt nagy figyelmet kell fordítani a rozsdamentes acél szétválasztására és vágására. A vágási folyamat során hő termelődhet vagy a levegőbe rozsda kerülhet. A megmunkálási módszerek, például a fúrás és a marás gyakran kihívást jelentenek a rozsdamentes acél megmunkálása során. Például a nikkel ötvözőelem negatív hatással van az acél vághatóságára és megmunkálására. A speciális nagy teljesítményű fúrók és marószerszámok használata mellett fontos az anyag számára megfelelő megmunkálási paraméterek használata is. Ezért a rozsdamentes acél méretre vágásakor általában csiszolóanyagot kell alkalmazni. Az alábbiakban röviden áttekintjük a rozsdamentes acél vágásának általános módszereit:

• Vízsugaras vágás: A rendkívül finom vízsugarat nagy nyomáson (akár 6000 bar nyomáson) egy fúvóka és egy csiszolóanyag, például homok segítségével irányítják a fémre. A homok egyidejűleg polírozza a felületet, így alacsony felületi érdességet biztosít. Ezzel a vágási módszerrel nem keletkezik hő. Ez a módszer vastag fémlemezekhez is alkalmazható. Más módszerekhez képest azonban ez a módszer viszonylag lassú, és a további csiszolóanyag költség a lap vastagságától függően magas lehet.
• Plazmavágás: Az elektromosan vezető gázt (plazmát) hasonlóképpen egy fúvóka irányítja a fémre, ahol ív képződik az elektróda és a munkadarab között, amely erősen felmelegszik és megolvasztja a felületet. Azonban viszonylag széles vágási hézag jön létre a lézer- vagy vízsugaras vágáshoz képest. Ennek azonban az az előnye, hogy a kontúrok széles választéka alkalmazható, a vastag fémlemez vágható, és a módszer általában nagyon gyors.
• Lézervágás: A fémre erősen fókuszált lézersugár irányul, amelyet ezután pontosan megolvasztanak/elpárologtatnak. A hő által érintett terület nagyon korlátozott. A lézervágás összetett kontúrok gyártására használható; kopás nélkül vágja szét a rozsdamentes acélt, és nagyon precíz és gyors. A lézervágás azonban kevésbé alkalmas vastag fémlemezekhez.

Rozsdamentes acélok összeillesztése és összekötése

Korrózióálló acélok különböző módon illeszthetők és köthetők össze. A megfelelő módszerek nagymértékben függnek az anyagtól és annak tulajdonságaitól. Lehetséges összeillesztési módszerek:

• Hegesztés
• Forrasztás
• Ragasztás

Amellett, hogy nem minden rozsdamentes acél hegeszthető, hegesztés esetén különösen nagy a korrózió előfordulásának kockázata. Az így létrejövő erős hő króm-karbidok, belső húzófeszültség vagy temperálás (oxidáció) kialakulásához vezethet. Ha repedések alakulnak ki, nagy a réskorrózió valószínűsége. A hegesztési gyöngyöket csak megfelelő anyagokkal és hegesztési módszerekkel szabad kialakítani, és a hegesztési folyamat után azokat mindig passziválni kell. Ez az egyetlen módja a korrózióállóság biztosításának. Mivel a rozsdamentes acél felület passzivált, a keményforrasztás során folyósítószerre van szükség. Ha rozsdamentes acélt ragasztanak, a felületet először érdesíteni kell. Minél simább a felület, annál gyengébb a ragasztóanyag ragasztó hatása. A nagy keménység miatt speciális szerszámok szükségesek a rozsdamentes acél fúrásához. A MISUMI például a következő szerszámokat kínálja a különböző anyagok megmunkálásához:

• Körfűrészlapok
• Lyukvágók
• Végmarók

Felületkezelés és felületi megmunkálás: Rozsdamentes acél csiszolása és kémiai passziválása

A rozsdamentes acél felület például kefével alakítható, homokkal csiszolható, polírozható vagy kikalapálható. Ez megváltoztatja a rozsdamentes acél felületének érdességét. Minél durvaabb a felület, annál érzékenyebb a rozsdamentes acél a korrózióra. Ezért a csiszolás népszerű módszer a fém felületkezelésére.

A rozsdamentes acél csiszolásának gyakori módszerei közé tartozik a szalagcsiszolás és a precíziós csiszolás. A szalagcsiszolás különösen sima és kiváló minőségű felületeket eredményez, és nagyobb mértékű anyageltávolítást tesz lehetővé. A különböző felületi egyenetlenségek azonban a csiszolóanyagnál különböző szemcseméretek alkalmazásával is megvalósíthatók. A kiváló minőségű csiszolószalagok kulcsfontosságúak az idegen rozsdával való szennyeződés megelőzése érdekében. Ezért a MISUMI a rozsdamentes acél feldolgozásához különböző csiszolóanyagok széles választékát kínálja.

A precíziós csiszolás, mint további csiszolási módszer a maximális pontosság elérésére törekszik; különösen a nedves csiszolási eljárás rendkívül precíz. Az eredményül kapott felületek különösen simák és párhuzamosak. Ez például fontos szerepet játszhat a tűrések tekintetében, lásd még a Feldolgozási határértékek és pontossági szabványok fémlemez alkatrészeknél című blogbejegyzést, valamint az ISO 22081 és DIN ISO 2768 szabványok szerinti tűrési osztályokat: Általános tűréshatárok optimalizált alkalmazása. Erről bővebben a meviy portálon olvashat.

Szerszám kiválasztása

A hatékony és sikeres megmunkálás érdekében a szerszámok kiválasztásakor számos szempont vehető figyelembe. A rozsdamentes acél megmunkálásához használt szerszámoknak keménynek, de nem túl keménynek kell lenniük. A túl kemény szerszámok gyorsan törékennyé válhatnak, és a megmunkálás eredményeként könnyebben törhetnek. Ezenkívül a megmunkálás során fokozott rezgések is előfordulhatnak, amelyek befolyásolják a felületkiképzést. A szerszám megfelelő keménységének meghatározása ezért elengedhetetlen a rozsdamentes acél feldolgozásához. A rozsdamentes acél és a megmunkálószerszámok keménysége általában a Rockwell (HRC) skálán alapul. A rozsdamentes acél megmunkálóeszközök tipikus HRC-értékei az 58–65 HRC tartományban vannak.

A megmunkálási osztálytól függően más keménységi tartományok is érvényesek (pl. fűrészelés, fúrás, marás, precíziós csiszolás). Az alábbi táblázat áttekintést nyújt arról, hogy melyik szerszám mely keménységnek felel meg:

A szerszám kopásállósága szorosan kapcsolódik a keménységhez. A rozsdamentes acél általában rendkívül koptató hatású anyag, ezért az alkalmazott csiszolószerszámoknak nagy kopásállósággal kell rendelkezniük. A titán-nitridből készült bevonat például javíthatja a kopásállóságot. Továbbá a szerszámoknak nagy hőellenállással kell rendelkezniük, mivel a rozsdamentes acél megmunkálása során jelentős hő keletkezhet. A vágás akár kb. 800 °C és 1200 °C közötti hőt is generálhat, amely az alacsony hővezető képesség miatt közvetlenül a szerszám vágóélére koncentrálódik.

A MISUMI-nál azonban a megmunkálás és az anyageltávolító eszközök mellett más, kifejezetten a rozsdamentes acélhoz készült eszközöket, például csőhajlítókat is talál.

Instrukciók a sikeres megmunkáláshoz

Az alábbi utasítások útmutatóként szolgálnak a megmunkálás során előforduló számos hiba kizárásához. A tisztaság elsődleges szempont: a más acélból származó részecskeátvitel (levegőben jelen lévő rozsda) növeli a korrózió kockázatát az egyébként rozsdamentes acélok esetében. A tisztaság azonban nem csak a munkakörnyezet, hanem a munkaanyagok, például a csiszolóanyagok szempontjából is fontos. Az is fontos, hogy időt hagyjunk a passzív réteg kialakulásának. Normál, 20 °C-os környezeti hőmérséklet esetén ez 24–48 órát vehet igénybe, de nedvesség jelenlétében a folyamat még tovább tart. Ezt figyelembe kell venni a megmunkálási időablak meghatározásakor.