Torneado Experto de Acero Inoxidable AISI 304: Resistencia a la Corrosión Inigualable y Rendimiento

El acero inoxidable austenítico AISI 304 (es decir, acero inoxidable 0Cr18Ni9) tiene buena resistencia a la corrosión, resistencia al calor, resistencia a baja temperatura y propiedades mecánicas integrales. Se utiliza ampliamente en equipos alimentarios, equipos químicos y equipos industriales de energía atómica. Este tipo de acero inoxidable austenítico tiene buena resistencia a la corrosión intergranular, excelente resistencia a la corrosión en muchos ácidos oxidantes (como HNO₃), fuerte resistencia a la corrosión en solución alcalina, la mayoría de ácidos orgánicos e inorgánicos, así como en atmósfera, agua y vapor. El acero inoxidable austenítico AISI 304 tiene una mecanibilidad relativa Kr de aproximadamente 0.4, que es un material típico de difícil mecanizado.

Características del Torneado de Acero Inoxidable AISI 304

El acero inoxidable austenítico AISI 304 tiene mala mecanibilidad, que se manifiesta principalmente en gran fuerza de corte, endurecimiento por trabajo severo, alta temperatura local en el área de corte y fácil adhesión y desgaste de herramientas.

(1) Gran Fuerza de Corte

El acero inoxidable austenítico AISI 304 tiene baja dureza (dureza ≤ 187 HB) y buena plasticidad (elongación después de fractura δ₅ ≥ 40%, reducción de área ψ ≥ 60%) debido a su gran cantidad de Cr, Ni, Mn y otros elementos. La deformación plástica durante el corte es grande, y la resistencia aún puede mantenerse a alta temperatura (la resistencia del acero ordinario disminuye significativamente cuando aumenta la temperatura de corte), resultando en una gran fuerza de corte del acero inoxidable austenítico AISI 304. Bajo condiciones de corte convencionales, la fuerza de corte unitaria del acero inoxidable AISI 304 es de 2450 MPa, que es más del 25% superior al acero 45.

(2) Endurecimiento por Trabajo Severo

El acero inoxidable AISI 304 está acompañado por una deformación plástica obvia durante el mecanizado, y la red del material producirá distorsión severa; Al mismo tiempo, debido a los defectos de la estructura austenítica en estabilidad, una pequeña parte de la austenita se convierte en martensita en este proceso; Además, los compuestos de impurezas en la austenita se descompondrán debido al calentamiento a medida que avanza el proceso de corte, y las impurezas dispersas producirán una capa endurecida en la superficie, lo que hace que el fenómeno de endurecimiento por trabajo sea muy obvio, y la resistencia después del endurecimiento σB hasta 1500 MPa y la profundidad de la capa endurecida es de 0.1-0.3 mm.

(3) Alta Temperatura Local en el Área de Corte

Debido a que el AISI 304 requiere gran fuerza de corte y las virutas no son fáciles de cortar, el trabajo consumido al separar virutas también es grande. Cortar acero inoxidable AISI 304 bajo condiciones convencionales es aproximadamente un 50% más alto que el acero de bajo carbono, resultando en más calor de corte. El acero inoxidable austenítico tiene mala conductividad térmica. La conductividad térmica del acero inoxidable AISI 304 es de 16.3-21.5 W/m·K, que es solo un tercio de la conductividad térmica del acero 45. Por lo tanto, la temperatura del área de corte es alta (generalmente, el calor llevado por las virutas durante el corte debe representar más del 70% del calor de corte). Una gran cantidad de calor de corte se concentra en el área de corte y la superficie de contacto "herramienta-viruta", y el calor transferido a la herramienta es de hasta el 20% (el valor es solo el 9% al cortar acero al carbono general). Bajo las mismas condiciones de corte, la temperatura de corte del acero inoxidable AISI 304 es aproximadamente 200-300 °C más alta que la del acero 45.

(4) La Herramienta es Propensa a Adhesión y Desgaste

Debido a la alta resistencia a temperatura y alta tendencia de endurecimiento por trabajo del acero inoxidable austenítico, la carga de corte es pesada, y la afinidad entre el acero inoxidable austenítico y las herramientas y virutas se mejorará significativamente debido a la afinidad entre el acero inoxidable austenítico y las herramientas durante el proceso de corte, lo que inevitablemente producirá fenómenos de unión, difusión y otros, resultando en adhesión y desgaste de la herramienta. En particular, las inclusiones duras formadas por una pequeña parte de carburos aceleran el desgaste de las herramientas, e incluso causan colapso del filo, lo que reduce enormemente la vida útil de las herramientas y afecta la calidad de superficie de las piezas mecanizadas.

Elegir un Proceso de Torneado Razonable

Debido a la mala mecanibilidad del acero inoxidable austenítico AISI 304, es necesario elegir un proceso de torneado razonable, incluyendo la selección razonable de materiales de herramientas de torneado, parámetros geométricos de herramientas, parámetros de corte y refrigerante, para obtener mayor eficiencia de producción y calidad de procesamiento.

(1) Material de Herramienta

La correcta selección de materiales de herramienta es de gran importancia para garantizar el mecanizado eficiente del acero inoxidable austenítico. Según las difíciles características de torneado del acero inoxidable AISI 304, el análisis muestra que las herramientas de corte seleccionadas deben tener las características de alta resistencia y tenacidad, al mismo tiempo, también deben tener buena resistencia al desgaste y al calor, y asegurar que tengan poca afinidad con el acero inoxidable. Actualmente, el metal duro y el acero de alta velocidad siguen siendo los materiales de herramientas de corte más comúnmente utilizados.

① Metal Duro

Debido a que la fuerza de corte de materiales difíciles de mecanizar es grande y el contacto entre virutas y la cara de rake es corto, la fuerza de corte se concentra principalmente cerca del filo, lo que es propenso a colapso del filo. Por lo tanto, se pueden seleccionar herramientas de metal duro YG para mecanizado. El metal duro YG tiene buena tenacidad, alta resistencia al desgaste y dureza en rojo, y buena conductividad térmica. Es adecuado para mecanizar acero inoxidable austenítico. También se puede seleccionar la herramienta YG8N. Debido a la adición de Nb, el rendimiento de corte es 1-2 veces mayor que YG8, y el efecto es bueno cuando se usa en mecanizado en bruto y semi-precisión.

② Acero de Alta Velocidad

Las herramientas de acero de alta velocidad pueden evitar efectivamente el fenómeno de que las herramientas duras se dañen fácilmente debido al tamaño, forma y estructura de la pieza de torneado de acero inoxidable. Las herramientas tradicionales de acero de alta velocidad (como W18Cr4V) ya no pueden cumplir con los requisitos de procesamiento actuales en términos de durabilidad, pero se pueden usar nuevas herramientas de acero de alta velocidad con rendimiento de corte superior como acero de alta velocidad con aluminio (como W6Mo5Cr4V2Al) y acero de alta velocidad con nitrógeno (como W12Mo3Cr4V3N).

(2) Parámetros Geométricos de la Herramienta

Determinar razonablemente los parámetros geométricos de la herramienta seleccionada es un factor importante para mejorar efectivamente la durabilidad de la herramienta y el efecto de mecanizado de materiales de acero inoxidable AISI 304. Generalmente, se requiere que la herramienta tenga grandes ángulos frontal y trasero y filos de corte agudos.

(3) Parámetros de Corte

El acero inoxidable AISI 304 es un material típico difícil de mecanizar, por lo que los parámetros de corte deben seleccionarse razonablemente. Los parámetros de corte tienen gran influencia en el endurecimiento por trabajo, fuerza de corte, calor y eficiencia de mecanizado. La velocidad de corte tiene el mayor impacto en la temperatura de corte y durabilidad de la herramienta v_c. El segundo es la velocidad de avance f, y la profundidad de corte ap tiene la menor influencia.

(4) Fluido de Corte

Debido al mal rendimiento de corte del acero inoxidable AISI 304, el fluido de corte seleccionado debe tener mejor refrigeración, lubricidad y permeabilidad (es decir, rendimiento anti-adhesión). Se deben seleccionar en la medida de lo posible emulsiones y aceites vulcanizados que contengan aditivos de presión extrema como S y Cl.

La emulsión tiene buen rendimiento de refrigeración y se usa principalmente para torneado en bruto de acero inoxidable. El aceite vulcanizado tiene ciertas propiedades de refrigeración y lubricación y bajo costo. Puede usarse para semi-acabado o acabado de acero inoxidable. Si se añaden aditivos de presión extrema o aceitosos al fluido de corte, su rendimiento lubricante puede mejorar significativamente. Generalmente se usa para mecanizado de acabado de acero inoxidable. El fluido de corte hecho de mezcla de tetracloruro de carbono, queroseno y ácido oleico mejora enormemente la permeabilidad del fluido de refrigeración y lubricación, y es especialmente adecuado para el mecanizado de acabado de materiales de acero inoxidable austenítico AISI 304. Debido al gran calor de corte del acero inoxidable austenítico, se deben usar en la medida de lo posible refrigeración por spray, refrigeración de alta presión y otros métodos para mejorar el efecto de refrigeración.