Ferdo Vizjak, dipl. inž. Železarna Ravne DK: 672.7:621.785 ASM/SLA: T 6 q, T 29 s, 726, 728 g, 72 g Sodobna proizvodnja strojnih nožev za potrebe celuloze, lesnopredelovalne in grafične industrije Uporaba klasičnih vrst legiranih in visoko legi-ranih orodnih jekel ter postopkov termične obdelave za proizvodnjo strojnih nožev celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije ne daje garancije za izpolnitev vseh zahtevanih pogojev sodobne proizvodnje. Navedeno je vzrok nenehnim raziskavam in osvajanju novih vrst orodnih jekel, postokov termične obdelave in ugotavljanja »optimalnih kompromisnih« značilnih pogojev obratovanja in lastnosti strojnih nožev. Z izbiro vrste jekla ni mogoče zadovoljiti vseh zahtev nastopajočih pogojev obratovanja, zlasti obrabne obstojnosti ob istočasni odpornosti rezine proti udarcem in neobčutljivosti na pojav brusilnih razpok. Samo s kombinacijo pravilnega izbora vrste jekla in načina termične obdelave dosežemo, da ima strojni nož vse tiste lastnosti, ki pri normalnih pogojih obratovanja omogočajo maksimalno možno vzdržnost, ekonomičnost in kakovost proizvodnje. Na osnovi raziskav pogojev obratovanja, vzdržnosti in vzdrževanja so renomirani proizvajalci in koristniki strojnih nožev ugotovili naslednje: Strojni noži termično obdelani po celotni širini na enako trdoto imajo majhno odpornost proti udarnim obremenitvam ter vibracijam in so pri brušenju zelo občutljivi na pojav brusilnih razpok. Karakteristično za strojne nože termično obdelane po postopku »conskega kaljenja« je oster prehod od kaljene trde rezne širine noža v neka-Ijeni mehak hrbet. Navedeno je vzrok, da imajo noži majhno odpornost proti vpenjalni in rezni sili. Zato pogostoma ob vpenjalnih utorih nastopajo lomi nožev. Ravno tako so noži pri brušenju zelo občutljivi na pojav brusilnih razpok. Strojni noži celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije, izdelani iz jeklarsko, kovaško ali valjarsko platiranega materiala, imajo majhno odpornost proti poškodbam. Slaba mesta so na stični površini med reznim in nosilnim materialom. Ker je razmerje po debelini med rezilnim in nosilnim materialom ca. 1:3, so noži znatno manj občutljivi na nastanek brusilnih razpok. Cementirani strojni noži celulozne in grafične industrije imajo majhno odpornost proti obrab-nim, udarnim in reznim obremenitvam. Zaradi ostrega prehoda med cementirano in necementi-rano plastjo so pogosti primeri, da se odkruši cementirana plast. Razmerje po debelini med cementirano in necementirano plastjo zmanjšuje pojav brusilnih razpok. Najugodnejša vzdržnost, produktivnost, kakovost in ekonomičnost proizvodnje v celulozni, lesnopredelovalni in grafični industriji je bila dosežena s površinsko kaljenimi strojnimi noži. To je vzrok, da je površinsko kaljenje v proizvodnji industrijskih nožev postalo najsodobnejši postopek termične obdelave strojnih noževl<2. Uvod članek navaja postopke termične obdelave strojnih nožev celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije. Navedene so 'karakteristične lastnosti strojnih nožev, doseženih z uporabo posameznih postopkov termične obdelave. Večji poudarek je podan za indukcijsko površinsko kaljenje, ki ga v svetu ocenjujejo kot najprimernejšega za termično obdelavo strojnih nožev. Nastopajoča in vedno prisotna konkurenca tržišča zahteva od predelovalne industrije kakovostne in cenene proizvode. Za dosego navedenih zahtev je v tej industriji bilo nujno in neizogibno izvršiti določene tehnološke izboljšave in uvedbo visoko produktivnih strojev, ki obratujejo z velikimi iin spreminjajočimi dinamičnimi obremenitvami ter velikimi obratovalnimi hitrostmi ob nastopu minimalnih stroškov vzidrževanja in zastojev. Osnovni element stroja za rezanje je strojni nož, ki s svojo kakovostjo v glavnem odloča o gospodarnosti obratovanja in o kakovosti proizvodnje. Uporaba klasičnih vrst jekla, klasičnih postopkov in tehnologije izdelave ter termične obdelave ne dajo garancije vseh kakovostnih lastnosti, iki naj bi v proizvodnji ob ustreznih pogojih dopustile velitko proizvodnost in gospodarnost rezanja. Na ta način je v fazi proizvodnje naivno strojni nož postal osnovni faktor pri uvedbi visolko produktivnih predelovalnih strojev za ocenitev tehničnih vrednosti stroja im sposobnosti proizvajalca za vključitev v obstoječo konkurenco tržišča. Iz navedenega sledi, da je osnovni pogoj za dosego vseh zahtev predelovalne industrije upora- ba strojnih nožev, izdelanih iz takšne vrste jekla, ki bodo z ustrezno termično obdelavo omogočili veliko in kakovostno proizvodnjo. To zahteva v proizvodnji strojnih nožev nenehno osvajanje novih vrst jekla in novih postopkov izdelave ter termične obdelave. Iz navedenega razloga se je v določeni meri udomačila v ta namen uporaba visoko legiranih in brzoreznih jekel ter celo kar-bidnih trdin. Pri izbiri jekla in tehnološlkih postopkov izdelave ter termične obdelave strojnih nožev moramo v prvi vrsti poznati pogoje obratovanja posameznih vrst strojnih nožev. Osnovni faktorji, ki so odločilni za kakovost strojnih nožev, so naslednji: — -velika obraibna obstojnost, — velika rezna sposobnost, — velika žilavost, — velika odpornost proti udarcem, — velika meroobstojnost, — velika popuščna obstojnost. Razen navedenih zahtev moramo izpolniti tudi pogoje enostavnega in cenenega vzdrževanja. Pri tem je potrebno upoštevati opremljenost potrošnika z brusilnimi stroji in sredstvi za brušenje. Znano je, da je velikokrat glavni vzrok slabe kakovosti oz. vzdržnosti ali celo neuporabnosti strojnih nožev neustrezno brušenje ali nepravilna vgraditev noža v stroj. Najugodnejši izbor vrste jekla in tehnoloških postopkov izdelave, ter termične obdelave dosežemo na osnovi sistematičnega zbiranja podatkov ter praktičnih izkušenj o vzdržnosti določenih vrst strojnih nožev in če te podatke ovrednotimo s statističnimi metodami za določitev »optimalnih kompromisnih« lastnosti strojnih nožev. Navedene zahtevane lastnosti strojnih nožev so v določeni meri v medsebojni odvisnosti, kar omogoča, da z izboljšanjem ene poslabšamo drugo lastnost. Taiko npr., če ugotovimo, da se zaradi majhne žilavosti strojni nož lomi, lahko z ustrezno termično obdelavo (ne vedno!) povečamo žilavost na račun znižanja trdote do takšne vrednosti, da ne ugotovimo zaradi tega nedopustno obrabo strojnega noža. Takšna razmišljanja nam jasno nakazujejo, kako pomembno je sistematično zbiranje podatkov o obnašanju strojnih nožev pri obratovanju in kako je potrebno ugotavljati vzroke nizke vzdržnosti strojnih nožev. Ravno tako moramo upoštevati stroške nabave, brušenja, menjave in s tem v zvezi stroške zastojev ter kakovost proizvoda. Napačna je ocenitev vrednosti strojnega noža na osnovi nabavne cene kot odločilnega faktorja za ocenitev gospodarnosti uporabe strojnega noža. Tako je npr. podjetje Sandvik — Švedska ugotovilo, da je v grafični industriji z uporabo nožev iz visoko legiranega Cr-C jekla porasla nabavna cena nožev za 30 %, medtem ko so se s tem znižali stroški brušenja za 50 %. Kljub temu, da v tej ocenitvi gospodarnosti niso upoštevani zmanjšani zastoji in izboljšava kakovosti proizvoda, nam navedeni primer jasno dokazuje nepravilnost ocenitve gospodarnosti strojnega noža na osnovi nabavne cene. Ravno tako je s tem načinom ocenitve gospodarnosti potrjena pravilnost uporabe grafičnih nožev iz legiranega Cr-C jekla z višjo nabavno ceno1. Proizvodnja strojnih nožev celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije V preteklosti im še danes v podjetjih z zastarelimi postopki proizvodnje navedenih strojnih nožev uporabljajo v ta namen legirane vrste orodnih jekel ter nože termično obdelajo na zahtevano trdoto po celotnem prerezu, kot je to razvidno iz slike 1. Slaba stran tako termično obdelanih strojnih nožev je majhna odpornost proti udarcem in vibracijam — nož je zelo krhek1'2. pP Slika 1 Strojni nož termično obdelan po celotnem prerezu Slika 2 Consko termično obdelan strojni nož Zaradi navedenih pomanjkljivosti so tehnologijo termične obdelave strojnih nožev izpopolnili z uvedbo »conskega kaljenja«. Po tem postopku termično obdelani strojni noži imajo na zahtevano trdoto kaljeno samo uporabno širino noža, medtem iko je hrbet noža rnehalk, kot je to razvidno iz siilke 2. Za strojne nože termično obdelane po tem postopku je značilen oster prehod iz kaljenega v nakaljeni del noža, kar je vzrak majhni odpornosti noža proti vpenjalni in rezini sili. Zato ob vpenjailimh utorih nastopajo pogosti lomi nožev1-2. \ Slika 3 Kovaško platiran strojni nož Sodobnejši postopek proizvodnje strojnih nožev je zasnovan na uporabi jeklarsiko, kovaško ali valjarsiko platiranega jekla. Iz takega jekla izdelani strojni noži imajo trdi rezni del koristne širine iz legiramega orodnega jekla, medtem ko je preostali nosilni del mehak in je iz nizko ogljionega jekla, kot je to razvidno na sliki 3. Slaba mesta strojnih nožev, izdelanih iz platiranega jekla, so vezne površine med stičnimi površinami posameznih vrst jekla. Zaito imajo platirani strojni noži majhno odpornost proti poškodbam zlasti pri udarnih obremenitvah1'13>15. V tehnično razvitih deželah proizvajajo določene vrste strojnih nožev za potrebe celulozne in grafične industrije iz jekel za cementacijo in sicer tako, da (koristno širino rezne strani strojnega noža cementirajo v globino 3—4 mm, medtem ko je preostali del iz jekla za cementacijo z osnovno ikemijslko sestavo, kot je razvidno iz sliike 4. S kaljenjem dobi cemenitirani koristni del rezine zahtevano trdoto, medtem ko preostali del ostane mehak in žilav. S tem načinom termične obdelave, vključno z difuzij skim žarjenjem, dobimo počasen prehod iz trde cementirane rezne plasti v necementirani mehek in žilav nosilni del noža. Slaba stran cementiranih strojnih nožev je v pojavu odkrušitve cementirane od necementira-ne plasti zaradi možnosti nastopa nezadostne debeline prehodne plasti med cementiranim in nece-mentiranim delom strojnega noža. Za consko kaljene in cementiraine strojne nože ter strojne nože iz platiranega jekla je značilno, da pri termični obdelavi zaradi različne strukture po preseku noža kot posledica načina kaljenja oz. kemijskih sestav nosilnega in reznega dela nožev nastopijo napetosti. Te napetosti povzročajo po termični obdelavi deformacijo oblike nožev. Zato jih moramo ravnati z mehanskimi udarci. Pri ravnanju nastajajo na mestih udarcev dodatne napetosti. Kljub popuščanju za odpravo napetosti nastalih pri termični obdelavi in mehanslkem ravnanju obstaja možnost, da te v celoti ne odpravimo, tako da so lahko raivno te zaostale napetosti vzrok nastanka razpok v času brušenja ali obratovanja1' 2. Izgled prelomne ploslkve strojnega noža zaradi zaostalih notranjih napetosti od mehainsikega ravnanja je razviden na sliki 5. Razen navedenih dobrih in slabih karakteristik celotno in consko kaljenih ter platiranih in cementiranih strojnih nožev lahko s primerjavo občutljivosti pri brušenju ugotovimo naslednje: — Celotno in consko termično obdelam strojni noži imajo celotno brušeno 9traimoo prostega kota noža iz orodnega jekla enake trdote, ustrezne zahtevam rezanja, kar pri brušenju povzroča Slika 4 Cementiran strojni nož Slika 5 Prelomna ploskev strojnega noža z vidnimi napakami od mehanskih udarcev m ■ L ................,......,...,....,., ,. mmm^t^mmmammmmrnmammmmmm Slika 6 Brusilne razpoke na rezini razvoj velikih količin toplote in s tem nastanka lokalnega pregretja oz. brusilnih razpok, ki so prikazane na sliki 6. — Pri platiranih in cementiranih strojnih nožih je samo ca. '/3 celotne brušene stranice prostega kota noža iz orodnega jekla oz. samo ca. 3 do 4 mm cemen ti rana in termično obdelana na ustrezno trdoto, medtem ko je preostali del noža mehak. Pri brušenju teh vrst nožev v primerjavi s prej navedenima vrstama se razvije znatno manj toplote in s tem so podani znatno manjši pogoji nastanka brusilnih razpok'. 2>1J.15. Študije osnovnih mehanskih, ■ tehnoloških in strukturnih lastnosti so v zadnjih letih dale osnovo za razvoj novih vrst orodnih jelkel ter postopkov termične obdelave. Istočasno so te študije nakazale možnost razširitve uporabnosti že znanih vrst jekla na področjih, kjer se še niso uporabljale. Primerjave upogibne in udarne žilavosti, obrabne obstojnosti, mikro trdote, trdote v vročem stanju itd. so z novimi postopki termične obdelave s karakteristikami karbidov in osnovne strukture ter mehanslke predelave odkrile nove še neznane možnosti uporabe posameznih vrst jekla in nakazale smernice za nadaljnji razvoj. Razvoj na področju orodnega jekla je v tehnično razvitih deželah usmerjen ik naraščanju uporabe orodnih jekel, iki se kalijo na zraku. Te vrste jekla omogočajo znižanje stroškov v tehnologiji proizvodnje, na drugi strani pa nastopajo pri teh jeklih zaradi opustitve določenih faz proizvodnje sprostitve kapacitet določenih agregatov, če izvršimo primerjavo orodnih jekel, ki se kalijo na zraku, z orodnimi jekli podobnih slkuipin, ki se (kalijo v tekočih kalilnih sredstvih, ugotovimo prednost jeikel, kaljivih na zraku. S takšno primerjavo s sigurnostjo lahko ugotovimo, da imajo v splošnem jelkla, kaljiva na zraku, razne prednosti, ki jih lahko okarakteriziramo s skupnim nazivom — »večja vzdržljivost«14. Če upoštevamo kriterije in rezultate študij in preiskav zahtev pogojev obratovanja strojnih nožev, lastnosti orodnih jekel, termične obdelave in mehanske predelave, so v sodobni proizvodnji začeli uporabljati za izdelavo strojnih nožev celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije visoko legirana Cr-C in Cr-Mo-C orodna jekla, ki se kalijo na zraku1.2>3. Najsodobnejši postopek termične obdelave strojnih nožev celulozne, lesnopredelovalne in grafične industrije je indukcijsko površinsko kaljenje. Z indukcijskim površinskim kaljenjem strojnih nožev kalimo v zaželeno globino in trdoto samo koristni del noža, medtem ko je preostali del noža nekaljen, to je mehak in žilav, kot je to razvidno na sliki 71. Prednosti površinsko indukcijsko kaljenih strojnih nožev iz visoko legiranih Cr-C in Cr-Mo-C zračno kaljivih orodnih jekel v primerjavi s strojnimi noži, proizvedenimi po že navedenih postopkih, so: — Z indukcijskim površinskim kaljenjem lahko dosežemo poljubno obliko in dimenzije površine ter globine kaljene plasti. Oblika kaljene plasti zavisi od oblike induktorja, medtem ko kalilna globina zavisi od razdalje med induktorjem in kaljeno površino ter od količine dovedene toplote na kaljeno površino v enoti časa. — Z indukcijskim površinskim kaljenjem in naknadnim popuščanjem visoko legiranih Cr-C in Cr-Mo-C zračno kaljivih jekel dobimo v kaljeni rezilni plasti zaželeno trdoto ob maksimalni žilavosti, obrabni obstojnosti, sposobnosti rezanja, odpornosti proti udarcem ter odpornost na popuščanje. — Ob kaljeni rezilni plasti dosežemo maksimalno možno nekaljeno mehko in žilavo nosilno plast. — Dosežena je maksimalna možna vezava med kaljeno trdo rezilno ter nekaljeno mehko in žilavo nosilno plastjo z blagim prehodom trdote. — Zmanjša se občutljivost pri brušenju nožev zaradi zmanjšanja trde brušene stranice prostega kota noža na ca. 1/4, medtem ko je preostali del te stranice mehak in se lahko brusi. — Karakteristično za površinsko indukcijsko kaljenje je znatno zmanjšanje običajnih dimenzijskih sprememb, ki se v znatno večji meri pojavljajo pri navedenih klasičnih postopkih kaljenja. Slika 7 Indukcijsko kaljen strojni nož Navedeno je zaradi tega, ker po kaljenju jedro obdrži trdoto in trdnost izhodnega jekla kakor tudi, da med kaljeno plastjo in nekaljenim jedrom nastopi ustrezna prehodna plast. Ta plast v času ogrevanja ni dosegla temperature in ustreznega časa za izvršitev avstenitizacije in s tem v zvezi popolne trdote. Mehanske lastnosti nekaljenega jedra in vmesne prehodne plasti ublažujejo nastale kalilne napetosti v takšni meri, da ne nastopa deformacija oblike ali celo kalilne razpoke. — Osnovna značilnost indukcijskega površinskega kaljenja je sam način ogrevanja, s katerim dovedemo ca. 10 kW/cm2 ogrevne površine, medtem ko s sevanjem, prevajanjem ali s konvekcijo lahko dovedemo maksimalno 20W/cm2 ogrevne površine ter s plamenskim površinskim kaljenjem do 1 kW/cm2 ogrevne površine. — Primerjava porabe energije pri tem postopku z ostalimi postopki kaljenja daje veliko prednost indukcijskemu kaljenju. — Pomanjkljivost indukcijskega kaljenja so izredno visoki nabavni stroški celotne naprave'. 4. 9. Fizikalne osnove indukcijskega kaljenja Pri indukciji izmeničnega toka nastopi v zunanji plasti kosa, ki ga ogrevamo, toplota, če okoli njega ali ob določenem mestu, ki ga želimo ogrevati, postavimo elektro prevodnik — induktor, skozi katerega teče izmenični tok visoke frekvence. Pri tem lahko smatramo ogrevani kos za sekundarni navoj, katerega primarni navoj je sam induktor. Inducirani tok teče samo v neposredni bližini induktor j a. Količina nastale toplote v glavnem zavisi od jakosti induciranega polja, to je od jakosti električnega toka v induktorju oz. od jakosti izvora energije. Razen tega ima pri indukcijskem gretju znatno vlogo stopnja prenosa energije, kakor tudi lastnosti materiala, iz katerega je izdelan del, ki ga ogrevamo. Pod vplivom indukcirane napetosti nastaja električni tok, ki zavisi od elektro upornosti dela oz. od specifične omske upornosti, ki je oTr 503 -f^ mm Jx - Jo e~-$t o J5 - specifični upor [ohm, mm2/m J f = frekvenca Hz u - relativna magnelna permeabilnost Slika 8 Shema prodiranja električnega toka v kovinah specifična lastnost jekla in zavisi od njegove kemijske sestave, ter se spreminja s temperaturo ogrevanja in s frekvenco toka. Pri indukcijskem ogrevanju jekla do »Curie« — A2 točke, to je do temperature 769° C toplota nastaja zaradi dema-gnetizacije jekla in vrtinčastih tokov. Nad to temperaturo, ko jeklo popolnoma izgubi magnetičnost, toplota nastaja oz. se jeklo ogreva samo zaradi vrtinčastih tokov. Inducirani tok ni enakomerno razdeljen po celotnem preseku kosa in zaradi skin efekta gostota toka eksponencialno pada v notranjost kosa, kot je to razvidno na sliki 8. Debelino ogrevne plasti, v kateri inducirani tok pade na e-ti del (e = osnova prirodnega logaritma), imenujemo »globina prodiranja« toka — 8. Ta »globina« je odvisna od specifične ohmske upornosti — p v ohm, mm2/m, od frekvence toka — f v Hz in od relativne permeabilnosti — [x. Navedena odvisnost je prikazana z naslednjo formulo: Grafični prikaz odvisnosti globine prodiranja električnega toka od frekvence in temperature je prikazan na sliki 9. Črta »a« prikazuje razmere za jeklo pri sobni temperaturi in črta »b« razmere za jeklo pri temperaturi 900° C. 100 4 t5 I ' o < C -§ 10-5 4 10' Frekvenca generatorja v Hz Slika 9 Globina prodiranja izmeničnega toka v jeklo: a — za jeklo pri sobni temperaturi, b — za jeklo pri 900° C. Pri tem moramo upoštevati dejstvo, da globina kaljenja ni enaka globini prodiranja električnega toka, ker ima pri ogrevanju na temperaturo kaljenja znaten vpliv tudi čas ogrevanja. Običajno dosežemo zaradi toplotne prevodnosti jekla večjo globino kaljenja, kot je globina prodiranja električnega toka4.6.10. n-12. Tabela 1 Globina kaljen j a v mm 10 15 20 30 40 60 Minimalna potrebna frekvenca v Hz Prerez 5 7 Okrogli 48.600 24.800 12.160 Pravokotni 97.900 49.600 24.320 Izvor energije za indukcijsko kaljenje Izmenični tok omrežne frekvence (50 Hz) uporabljamo samo za indukcijsko površinsko kaljenje delov prečnika nad 0 300 mm, medtem ko za kaljenje običajnih strojnih delov uporabljamo tok večje frekvence. Razlikujemo srednjo frekvenco, ki znaša 500—10.000 Hz, in jo proizvajamo v rotacijskih generatorjih ter visoko frekvenco, ki znaša 10 KHz do več MHz in jo proizvajamo s cevnimi generatorji. Izbor potrebne frekvence je glede na ustrezno stopnjo izkoriščanja odvisen od preseka kosa, medtem ko je glede na globino kaljenja odvisen od globine prodiranja električnega toka, to je od specifičnega ohmskega upora in relativne permeabilnosti. Pregled potrebne frekvence v odvisnosti od zahtevane globine kaljenja za ploščate in okrogle prereze je razviden iz tabele l5. Metalurgija indukcijskega kaljenja Najvažnejše značilnosti indukcijskega ogrevanja so pri faznih premenah in so naslednje: — Zaradi karakterističnega nastanka toplote fazne premene v celotni ogrevni plasti potekajo istočasno, ker ima ta po celotnem preseku enako temperaturo. Shema istočasne porazdelitve temperature po različnih postopkih ogrevanja je razvidna na sliki 10. — Taka porazdelitev temperature daje vrsto prednosti, in sicer: a) pojav pregretja ogrevne plasti je omejen ali celo nemogoč, AC3 ACj Oddaljenost od površine Slika 10 Porazdelitev temperature po prerezu v času kaljenja: 1 — plamensko ogrevanje, 2 — indukcijsko ogrevanje. 5.400 3.040 1.350 760 338 10.800 6.080 2.700 1.520 676 b) v celotni ogrevni plasti zaradi enakih pogojev ogrevanja dobimo enakomerno strukturo in s tem enake mehanske lastnosti. — Zaradi velikih ogrevalnih hitrosti se fazne premene, pri katerih je kinetika določena z vrsto difuzijskih procesov, premaknejo k višjim temperaturam, kot je to prikazano na sliki 11. C e a 7 ^ \ 2 0 u l r Aq AC3 AC7 Acj Temperatura Slika 11 Shema premen pri gretju: 1 — klasični načini ogrevanja, 2 — indukcijsko ogrevanje. Iz navedene slike je razvidno, da iz že navedenega vzroka potekajo fazne premene pri ogrevanju s klasičnimi postopki pri nižjih temperaturah kot pri indukcijskem ogrevanju. Zaradi tega se indukcijsko kaljenje v primerjavi s klasičnimi načini kaljenja vrši pri višjih temperaturah. Potrebno zvišanje temperature nad temperaturo točke Ac3 je odvisno od hitrosti ogrevanja. Praktični dokaz navedenih trditev potrjuje rentgenografska določitev vsebnosti C v martenzitu kaljenega jekla, če se npr. s klasičnimi postopki ogrevanja pri kalje-nju jekla s ca. 0,75 % C popolna raztopitev C v avstenitu izvrši pri ca. 780° C, se bo ta izvršila pri indukcijskem ogrevanju s hitrostjo gretja ca. 120° C/sek pri ca. 920° C. Pri klasičnih načinih ogrevanja je količina toplote enaka ali ne veliko večja od tiste, ki je potrebna za potek endotermne reakcije premene perlita v avstenit. Pri indukcijskem ogrevanju ni princi-pelnih težav, ki bi onemogočile dovod takšne količine toplote, ki bi znatno presegla toploto reakcije premene perlita v avstenit. Prebitek dovedene toplote v odnosu na potrebno toploto premene se porabi za hitro povišanje temperature ogrevane plasti7.10.12. 3 -L-. CD a Termični parametri indukcijskega kaljenja Jeklo zaradi ogrevanja nad temperaturo »Curie« točko (A2) izgubi magnetičnost, zato se hitrost ogrevanja zmanjša, kar povzroča ponovno porazdelitev indukcijskega toka in s tem v zvezi spremembo temperaturnih gradientov posameznih con ogrevane površine. Zaradi navedenega vzroka nastopi hitro povečanje prevajanja toplote v notranjost, kar lahko povzroči v površinski coni ogrevane plasti zastoj v povišanju temperature ali celo njen padec. Navedeno je prikazano na sliki 12 s krivuljami ogrevanja jekla s ca. 0,6 % C, določenimi z oscilografom. T. 77". in. tU. o A1 ločiti krivuljo ogrevanja s pomočjo oscilografa, kot je to prikazano na sliki 12. Pri izračunu globine prodiranja toka za temperaturno območje od 0—769° C upoštevamo, da je p = 0,25 ohm, mm2/m in [i = 5—6 in pri temperaturi nad 769° C upoštevamo, da je p = 1,21 ohm, mm2/m in p, = 1. Slika 14 prikazuje potek temperature na površini kosa v odvisnosti od časa za periodo ogrevanja, izenačevanja in ohlajanja. Iz krivulje za 1 kW/cm2 je razvidno, da se krivulja temperature dviga do 800° C v času 1,0 sek. Zastoj v dvigu temperature je zaradi magnetne permeabilnosti, ko je ta dosegla vrednost 1. S tem je razvidna premaknitev »Curie« točke k višjim temperaturam, kar je še bolj izrazito pri krivuljah za 2 in 3 kW/cm2, Slika 12 Krivulje ogrevanja jekla z 0,57 °/o C Kinetika indukcijskega ogrevanja zavisi od oblike in dimenzije kosa, ki ga ogrevamo, kemijske sestave jekla in karakterja izhodne strukture. Različne oblike kinetike indukcijskega ogrevanja polnega kosa in cevi različnih debelin sten so prikazane na sliki 13. Pri statičnem indukcijskem ogrevanju temperature kaljenja določamo s fotoelektričnim piro-metrom, medtem ko pri progresivnem indukcijskem kaljenju merimo temperaturo z optičnim pirometrom. Za izračun hitrosti indukcijskega ogrevanja v določenem temperaturnem intervalu moramo za ustrezni generator in induktor ter vrsto jekla do- 0 0.2 0,4 0.6 0,8 10 1,2 1,4 1,6 1,8 2.0 2,2 Ca s v sek. Slika 14 Potek gretja površine v času ogrevanja, izenačevanja in ohlajanja, frekvenca 550 KHz nasprotno pri krivuljah za 4 in 6 kW/cm2 pa ta vpliv še komaj ugotovimo. To povišanje temperature »Curie« točke je pogojeno s sprecifičnostjo izmeničnega toka. Če je površinska plast dosegla temperaturo »Curie« točke, ima magnetna permea-bilnost vrednost 1, medtem ko nižje imajo plasti, ki še niso dosegle navedene temperature, magnetno permeabilnost večjo od 1. V trenutku, ko vse plasti globine prodiranja električnega toka dosežejo temperaturo »Curie« točke, ima celotna ogrevana plast magnetno permeabilnost 1. To stanje nastopa za moč 1 kW/cm2 pri ca. 800° C, medtem ko za večje specifične moči ta pojav nastopa pri višjih temperaturah. V vsakem primeru moramo pri indukcijskem kaljenju ogrevati jeklo na temperaturo AC3. Na osnovi izračunov se določi globina oz. potrebna frekvenca, pri kateri z gotovostjo dosežemo zahtevano temperaturo avstenitizacije. Te vrednosti lahko določimo za različne specifične moči in jih izražamo z diagramom — slika 15 — za temperature 850, 900, 950, 1000 in 1050° C. Istočasno so s tem diagramom zajete hitrosti pomika za progresivno kaljenje. Iz tega diagrama ugotovimo, da za kaljenje globine 0,8 mm od temperature 850° C pri frekvenci 550 KHz moramo imeti pomik 1,3 mm/sek., in specifične moči pod 1 kW/cm2. čas v sek čas v sek čas v sek Slika 13 Različne oblike kinetike indukcijskega gretja lOmm " rmm Kljub obstoječim teoretičnim izračunom se še danes v tehnično razvitih deželah poslužujejo praktičnih poizkusov za določevanje potrebne specifične moči, frekvence, globine kaljenja itd.4.7> n.12. Vi Slika 15 Diagram za določanje globine kaljenja jekla z Ac3 = 780 — 820" C, f = 550 KHz Vplivni faktorji pri indukcijskem kaljenju Vplivni faktor pri indukcijskem kaljenju je termični režim ogrevanja, ki vpliva na strukturo in trdoto jekla. Če ogrevamo jeklo na potrebno temperaturo kaljenja z optimalno hitrostjo, dobimo po kaljenju bolj grobo martenzitno strukturo. Povečanje hitrosti ogrevanja ob normalni temperaturi kaljenja povzroča nastanek finega marten-zita. Na strukturne premene pri indukcijskem kaljenju vpliva v znatni meri tudi izhodna struktura, to je struktura jekla pred indukcijskim ogrevanjem. Ker je perioda indukcijskega ogrevanja kratka in s tem v zvezi je čas avstenitizacije ter raztapljanja karbidov tudi kratek, mora imeti jeklo pred indukcijskim ogrevanjem takšno strukturo, ki bo omogočila čim ugodnejši potek transformacije v avstenit. Določeni vpliv na mehanske lastnosti indukcijsko kaljenih delov ima lahko tudi prehodna plast, ki nastopi med kaljeno trdo plastjo ter nekaljenim mehkim jedrom. Ta prehodna plast je odvisna od začetne temperature kaljenja in časa ogrevanja. Martenzit kaljene trde plasti prehaja v prehodni plasti v sorbit. Kolikor je čas ogrevanja krajši in uporabljana specifična toplota večja, tem ožja je prehodna plast. Iz tega sledi, da je debelina prehodne plasti odvisna od porazdelitve temperature po prerezu. V praksi je ugotovljeno, da ima debelina prehodne plasti zelo majhen vpliv na mehanske lastnosti. Kljub temu obstajajo mišljenja, da pretanka prehodna plast lahko povzroči luščenje kaljene trde plasti od nekaljenega jedra. Praksa je dokazala, da to ne drži in da je ta plast oz. vez v vseh primerih izredno stabilna6. 7.10. Postopki indukcijskega kaljenja Raznolikost oblik strojnih delov, ki jih indukcijsko kalimo, je bila vzrok stabilizacije postopkov indukcijskega kaljenja. Tako imamo tri osnovne postopke indukcijskega kaljenja, in sicer: — statični postopek indukcijskega kaljenja, — progresivni — vzdolžni postopek indukcijskega kaljenja, — progresivni — rotirajoči postopek indukcijskega kaljenja. Pri statičnem postopku indukcijskega kaljenja miruje induktor in del, ki ga kalimo. Pri tem postopku se istočasno ogreva celotna kaljena plast, medtem ko temperaturo kaljenja reguliramo s časom ogrevanja. Ta postopek uporabljamo za kaljenje nepravilnih oblik kaljene plasti. Za kaljenje pravilnih oblik in večjih dolžin kaljenih plasti uporabljamo progresivni — vzdolžni postopek indukcijskega kaljenja. Pri tem postopku ogrevni coni sledi cona ohlajanja in to na ta način, da se pomika ali induktor s hladilno napravo ali pa del, ki ga kalimo. S tem načinom indukcijskega kaljenja dosegamo velik koeficient izkoriščanja energije. Ta postopek indukcijskega kaljenja je najprimernejši za kaljenje strojnih nožev. Pri progresivnem — rotirajočem postopku indukcijskega kaljenja del, ki ga kalimo, rotira s 100—500 obr./min. S tem dosegamo izredno ena-komernost kaljene cone. Ta postopek uporabljamo za kaljenje zunanjih ali notranjih okroglih površin. Razen navedenih postopkov indukcijskega kaljenja obstajajo še drugi postopki, ki so se razvili s popolnoma določenim namenom uporabe. Ob navedenem je treba poudariti prednosti, ki jih ima železarna Ravne kot proizvajalec strojnih nožev. Sama proizvaja vse vrste jekel, ki se uporabljajo za izdelavo teh nožev. Poleg tega je železarna Ravne osvojila tudi vse tehnološke postopke izdelave in termične obdelave, ki so glede na vrsto in način uporabe zelo raznovrstni in zahtevni. Pomembno je dejstvo, da je v železarni Ravne raziskovalna dejavnost tega področja zelo razvita, prav tako je tehnično razvita in dosledna kontrola. Vse izdelke strojnih nožev kontroliramo z metalo-grafskim pregledom, ugotavljamo trdoto in obstojnost rezine nožev proti obrabi in udarcem ter površinske in notranje napake s ferofluksnimi in ultrazvočnimi metodami. Taka kontrola vsekakor daje garancijo visoke kakovosti, vzdržnosti in gospodarnosti uporabe strojnih nožev. Literatura: 1. Sandvik — švedska (katalog). 2. Klingelberg, Remscheid — ZR Nemčija (katalog). 3. Bohler — Avstrija (katalog). 4. Gudcov H. T.: Metallovedenie i termičeskaja obrabotka, Moskva 1957. 5. ASEA: Induktionsvvarmungofen — komercialno-tehnična propagandna publikacija. 6. Stošic P.: Termična obrada metala. 7. Kioin I. N.: Fizičeskie osnovi elektro-termičeskoj obra-botki metallov i splavov, Moskva 1969. 8. Lolič: Visoko-frekventno zagrevanje. 9. Leemann, Baden — Švica: Himveise fiir Anwendung der induktiven Ervvarmung in der Praxis. Peddinghaus, Sonderdruch aus »Industrie — Anzeiger« 8. nov. 1966. 10. Induction Hardening and Tempering, American Society for Metals, 1964. 11. Technische Rundschau, št. 9, 1969. 12. Hohne E.: Induktionsharten, Springer Verlag Berlin, 1955. 13. Schvvartz M.: Modern Metal Joining Techniques. 14. Modern Tool Materials and Metal Fabrication, Metal Progress, May 1960. 15. Golobanenko S. A.: Proizvodstvo bimetallov, 1966. ZUSAMMENFASSUNG Die Anwendung klassischer Sorten der legierten und hochlegierten Werkzeugstahle und der Warmebehandlungs-verfahren fiir die Production der Maschinenmesser der Zellstoff, der Holzverarbeitenden und der Graphischen Industrie, gibt keine Garantie, dass alle anspruchsvolle Bedingungen einer modernen Production auch erfiillt werden konnen. Das ist auch die Ursache der unaufhorli-chen Bemiihungen bei der Forschung immer neuer Werk-zeugstiihle, neuer Warmebehandlungsverfahren und der Bestimmung der optimalen charakteristischen Betriebsbe-dingungen und der Eigenschaften der Maschinenmesser. Nur mit der Auswahl der Stahlsorte kann man nicht allen Betriebsbedingungen geniigen. Besonders nicht der Abtriebbestandigkeit bei der gleichzeitigen Schlagbestan-digkeit der Schneide und nichtempfindlichkeit gegen das Auftretten der Schleifrisse. Nur mit der Kombination der richtigen Ausvvahl der Stahlsorte und der VVarmebehand-lung kann erreicht werden, dass der Maschinenmesser alle diejenigen Eigenschaften besitzt, welche bei den normalen Betriebsbedingungen eine grosstmogliche Bestandigkeit, Wirtschaftlichkeit und Erzeugungsqua!itat ermoglichen. Auf Grund der Untersuchungen der Betriebsbedingungen, der Haltbarkeit und der Instandhaltung haben die renomierten Erzeuger und Verbraucher der Maschinenmesser folgendes festgestellt: Maschinenmesser, vvarmebehandelt auf eine gleich-massige Harte iiber die ganze Breite sind gegen Schlag-beanspruchungen und Vibrationen sehr schlecht bestandig, und beim Schleifen auch sehr empfindlich auf das Auftretten der Schleifrisse. Kennzeichnend fiir die Maschinenmesser vvelche nach dem Verfahren der Zonnenhartung vvarmebehandelt sind, ist ein scharfer Ubergang von der harten geharterten Schneide in den nichtgeharteten weichen Riicken. Das ist auch die Ursache der schlechten Bestandigkeit dieser Messer gegen die Schneidekraft. Aus demselben Grund brechen die Messer haufig an den Einklemmnuten und sind beim Schleifen empfindlich auf das Auftretten der Schleifrisse. Maschinenmesser fiir die Zellstoff, Holzbearbeitende und Graphische Industrie aus platiertem Stahl hergestellt, sind gegen Beschadigungen auch wenig bestandig. Schlech-te Stellen sind an der Beriihrungsflache des Schneide und tragfahigem Material. Da das Verhaltniss der Dicken zwischen dem Schneide und tragendem Material ca 1:3 ist, sind solche Messer bedeutend vveniger empfindlich auf das Auftretten der Schleifrisse. Die Zementierten Maschinenmesser fiir die Zellstoff und Graphische Industrie sind gegen Abniitzung, schlag-artigen und Schneidebeanspruchungen vveniger bestandig. Wegen des scharfen Uberganges zvvischen der zementierten und nichtzementierten Schicht sind Falle dass die zemen-tierte Schicht abbricht haufig. Die beste Haltbarkeit, Leistungsfahigkeit, Qualitet und Wirtschaftlichkeit vvird in der Zellstoff, Holzverarbeitenden und Graphischen Industrie mit den Oberflachen geharteten Maschinenmessern erreicht. Die Oberflachen-hartung ist in der Production der Maschinenmesser das modernste Verfahren der Warmebehandlung gevvorden. SUMMARY Use of standard alIoyed and high-alloyed tool steels, and the heat treatment processes in production of an Hing tools for cellulose, \vood-processing, and graphic industries do not guarantee that ali demands of modern production will be fulfilled. Never-ending investigations in finding new tool steel types, and heat treatment processes, analysing the »optimal compromise« operating conditions, and the properties of cutting tools are taking plače. Ali demands of the present operating conditions cannot be satisfied only by choise of the steel type if wear resistance is combined with the blade resistance against impacts and the unsensibility to grinding cracks. Only by combination of right choise of steel and heat treatment ali those properties of the cutting tools are achieved which under normal operating conditions enable maximal possible life, and economy and quality of production. Basing on investigations of operating conditions, endurance, and maintanance the most renovvn producers and users of cutting tools came to the follovving conclu-sions: Cutting tools heat-treated along the whole vvidth on the same hardness have small resistance against impact loads and vibrations and are very sensitiv to grinding cracks during grinding. Our cutting tools heat-treated by »zone hardening« are characterized by sharp transi tion from the quenched hard cutter blade into the unquenched soft back. Therefore the cutters have small resistance against clamping and cutting force. Therefore cutters often break at clamping notches. They are also very sensitive to grinding cracks during grinding. Cutting tools for cellulose, wood-processing, and graphic industry made of plated materials by forging or rolling have small resistance against damages. Weak points are on the contacts betvveen cutting and supporting material. As the thickness ratio betvveen the cutting and supporting material is about 1:3 the cutters are consider-ably less sensitive to the grinding cracks. Carburized cutting tools for cellulose and graphic industry have small resistance against wear, and impact and cutting loads. As the transition betvveen the carburized and not carburized layer is sharp often happens that carburized layer breaks off. Thickness ratio betvveen the carburized and non-carburized layer reduces the appea-rance of grinding cracks. The best endurance, productivity, production quality and economy in cellulose, vvood-processing, and graphic industry was achieved by čase hardened cutting tools. Therefore the čase hardening became the most modern process in heat treatment of cutting tools 1,2. 3AKAIOqEHHE YnoTpe6AeHHe KAaccHMecKHX coptob AerapoBaHHOH n BbicoicoAe-riipOBaHHOH imCTpVMCHTaAbHOH CTaAII H cnocoču TepMHMCCKOif o6pa-6otkh b np0H3B0ACTBe oGpa6aTbtBaeMLix HOJKefi aah npoMbiuiAeHHOCTH ueAAK)a03bi, oSpačoTKH AepeBa h b hhavctphh noAHrpa<}>HH He yAOB-AeTBOpaer bccm Tpe6oBaHiiaM coBpeMeHHora np0H3B0ACTBa. B crart.e npHBeAeHM npHHHHbi nocToaHHbix HccAeAOBaHHH h He0fiX0AHM0CTH pa3BHTHa HOBbIX COpTOB HHCTpyMeHTaAbHOH CTaAH, cnocočoB TenAOBOH o6pa6oTKH h onpeAeAeHHa onTHMaAHbix CBoilcTB BOCnpHHHTHH b OTHOIHeHHH CneUH<}>hkh yCAOBbeB b 06pa60TKH h cbohctb o6pa6aTLiBacMtix ho>kch. OrpaHHMact toalko Ha Bbl6op COpTa CTaAH He b03m0hch0 VAOBAeTBOpHTb BCeM TpeČOBaHHHM KOTOpbie B03HHKai0T npH paČOTe, B OCoSeHHOCTH vctohhhbocth H3HOCa npH 0AH0BpeMeHH0ii ctohkocth peaua npH TOAiKax h hh3koh ^vctbhtcal-HOCTH Ha B03HHKH0BeHHe TpeiHHH npH HIAHOBaHHIO. AHHIb coieBaHHe npaBHAbHora BbiSopa copTa ctaah h cnocoSa TenAOBOii o6pa6oTKH AaAyr HoacaM Te Heo6xoAHMbia CBOHCTBa, KOTOpbie npH HopMaAbHOM pejKHMe ynoTpcSAeHHfl cnoco6cTByiOT MaKCHMaAbHyio vctohhhboctb, SKOHOMHMHOCTb h KaieCTBO H3AeAHH. Ha ochob3hhh HccAeAOBaHHH ycAOBHH pejKHMa nponecca, ycTofl-mhbocth H coAepacaHHa, np0H3B0AHTeAH noAb3yiomHma xoporuoH penyTauHH h noTpeSHTeAH HO>KeH ycT3HOBHAH CAeAYK>mee: Hoacu TepMHHecKH o6pa6oTaHbi no ueAoS mnpHHe Ha 0AHy H Ty ace tbepaoctb He aoctatohho vctohmhbbi Ha yaapu h BHSpaiuiH a npn iuahK a. 1 iu>K lil npHTOTOBAeHHbie T3KHM CnOCOdOM TepMHMeCKOH o6pa6oTKH HMeiOT HeAOCTaTOqHhIIO yCTOH^HBOCTb HAMHHIIK) CHAbI KOTOpaa B03HHKaCT BO BpeMa 3aKpen-AeHHa HOJKa b npHcnocodAeHHH. Il03TpMy Ha 3aKpenHTeAbHbix na3aB MacTO HacTynaiOT aomkh Hoacen; b CTaTbe ooi>HCH!-'HLl npnmiHBi 3thx aBAeHHH. Ho>kli AAa oSpaSoTKH ueAAi0AO3bi, AepeBa H B noAHrpacj>HH npH-rOTOBAeHHbie H3 npoKaTHoS KAH OKTOBaHHOH CTaAH He HMeiOT AOCTa-TOHHbHO yCTOiPJHBOCTb K nOBpejKAeHHaM. CAaSbie t. e. HyBCTBHTeAb-Hbie MecTa Ha MexaHHHecKHe Harpy:*KH HaxoAaTca b nepexoAHoii 30HbI MOHCAV peaUOM H TblAbHOH K a. 1:3 TO HO>K MeHee HVnCTBH-TeAeH Ha noaBAeHHe TpeauiH bo BpeMa l:rAlli. IJeMeHTanHOHHbie hojkm AAa 3thx OTpocAeH nepapoSoTKH HMeiOT HH3KyK> yCTOHMHBOCTb b OTHOUieHHH H3HOCa, yAapaM H Harpy3KH bo BpeMa pe3aHHa. H3-3a ocTpora nepexoAa ot ijemehtauhohhoh HacTH Hoaca k TepMHHecKH HcaGpaGoTaHOH qaCTO HacTynaioT aomkh UeMeHTaUHOHHOH cpeAbl, MaCTOTa 3THX aBAeHHH 33BHCHT OT paaHHHhl TOAHIHHbl 3THX CAOeB HO«a. CaMaa AVHinaa ycTOHiHBOCTb, BbicoKaa np0AyKTHBH0CTb, xopomoe KaMCCTBO H3AeAHa H 3K0H0MHWM0CTb,06pa60TKH noAyieHO npn no-mou(h n0BepxH0CTH0fl 3aKaAKe HOMcefi, n03T0My stot cnocoS TepMH-wcckoh očpaSoTKH cMHTadca naH6oAee coBpeMeHHUM.