Czym się różni tarcza INOX od zwykłej tarczy do cięcia metalu?

Dość często spotykam się z pytaniami jaka jest różnica pomiędzy zwykłą tarczą do cięcia metalu a tarczą typu INOX (przeznaczoną do stali nierdzewnej), skoro obie tną w miarę podobnie, a te pierwsze są tańsze ;). Różnica wbrew pozorom jest i to nie mała, bo przy złym wyborze możemy sobie narobić strat znacznie większych niż zaoszczędzone na tarczy pieniądze.

Na początek kilka słów na temat stali nierdzewnych. Swoje właściwości antykorozyjne zawdzięczają one tzw. pierwiastkom stopowym – w tym wypadku domieszce chromu. Na powierzchniach, które mają styczność z powietrzem, chrom utlenia się – tworząc na powierzchni stali cienką warstwę tlenku chromu. Warstwa ta zapobiega utlenianiu się warstw leżących poniżej, stąd odporność na korozję. Jest to tzw. mechanizm pasywacji. Fizyczne uszkodzenie warstwy pasywnej (np. poprzez zarysowanie) zazwyczaj nie jest problemem – leżące tuż poniżej kolejne atomy chromu także wiążą się z tlenem, odbudowując ją.

Mechanizm pasywacji stali (C) walter.com

Drugą ważną cechą stali nierdzewnych jest ich znacznie gorsza przewodność cieplna (17 W/mK w porównaniu do ok. 50 W/mK) oraz większa twardość i odporność na ścieranie od stali niestopowych (o tym później).

Powyższy opis jest bardzo uproszczony – pod pojęciem „stal nierdzewna” kryje się bardzo wiele gatunków stali o różnych dodatkach stopowych (w różnych zawartościach procentowych) i tym samym właściwościach. Jako ciekawostkę podam, że powszechnie stosowany skrót INOX pochodzi od francuskiego słowa inoxydable oznaczającego „nierdzewny” (nie utleniający się) ;).

Co się dzieje w trakcie cięcia?

Wbrew pozorom stal nierdzewna może nam bardzo łatwo skorodować i to w taki sposób, iż korozja będzie bardzo ciężka lub niemożliwa do usunięcia.

W trakcie cięcia lub szlifowania metalu za pomocą szlifierki, ponad 80% energii wydziela się w formie ciepła – przez co temperatura w okolicy styku tarczy i stali bez problemu osiąga 900-1300 stopni Celcjusza[1]. W  wysokiej temperaturze oraz przy dostępie tlenu stal wchodzi w reakcje chemiczne z materiałem z którego wykonana jest tarcza (tlenek glinu – korund).

Korund w zwykłych tarczach do cięcia metalu nigdy nie jest czysty – zawiera do 5% różnych domieszek takich jak związki tytanu, siarki, chloru czy żelaza. Szczególnie obecność jonów chlorkowych bardzo szybko  niszczy warstwę pasywacji i ułatwia tzw. korozję wżerową. Inne związki niemetaliczne – jak np. siarczki mają tendencję to tworzenia tzw. wtrąceń, znacząco osłabiających warstwę pasywną i będących zalążkiem ogniw korozji. Korozja wżerowa wywołana chlorkami ma tą nieprzyjemną właściwość, iż postępuje bardzo szybko a z biegiem czasu tylko przyśpiesza.

Korozja wżerowa nierdzewki. Źródło: http://nem.org.uk/

 

Korozja wżerowa stali nierdzewnej 316L widziana pod mikroskopem elektronowym – źródło: http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/470/2169/20140254

Tarcze typu INOX wykonane są z korundu nie zawierającego związków siarki ani chloru – dlatego też nie ma możliwości zanieczyszczenia nimi stali w trakcie cięcia czy szlifowania.

Jednocześnie koniecznie należy pamiętać o tym aby tych samych tarcz i pasów szlifierskich nie używać zarówno do stali czarnej i stali szlachetnych (np. nierdzewnych). Spowodowane jest to możliwością przeniesienia zanieczyszczeń.

Przegrzanie stali

Jak wspomniałem wcześniej, cięcie i szlifowanie metalu wytwarza bardzo duże ilości ciepła – wprost propocjonalne do mocy szlifierki oraz tego jak ją prowadzimy. Innym bardzo ważnym czynnikiem jest charakterystyka samej tarczy oraz użytej do jej produkcji żywicy – głównym parametrem, który to opisuje jest tzw. twardość.

Źle dobrana tarcza sprawi, iż jej ziarna szybko się stępią i zamiast ciąć/szlifować metal, większośc energii będzie tracone na bezcelowe tarcie po jego powierzchni  (jest to tzw. zapiekanie lub szlichcenie tarczy). Jako, że większość ciepła powinna być odprowadzana za pomocą iskier – zapieczona tarcza szybko nagrzeje metal do wysokich temperatur.

Wpływ wysokiej temperatury na stal to temat na osobny wpis (który zapewne pojawi się wkrótce) – dość powiedzieć, że przegranie stali zarówno jest w stanie trwale uszkodzić warstwę pasywacji jak również spowodować mikropęknięcia czy obniżenie jej wytrzymałości.

Stale nierdzewne są zarówno twardsze jak i mają gorszą przewodność cieplną, stąd ich prawidłowe cięcie jest wymaga większej uwagi. Przez to rynku są dostępne 2 typy tarcz do cięcia metalu – tzw. METAL/INOX (lub Steel/INOX)  oraz tarcze z samym oznaczeniem INOX.

Przez długi czas nie wiedziałem skąd ten podział, gdyż charakterystyka obu takich tarcz u różnych producentów była identyczna. Wyjaśnił mi to swojego czasu technolog pracujący przy ich produkcji – otóż tarcze dedykowane do nierdzewki (z samym oznaczeniem INOX), używają nieco innego ścierniwa, które jest bardziej ostre i tym samym wydajniej tnie twardą stal (naturalnie mniej ją obciążając termicznie). Pomimo różnic (jakość materiału, obróbka termiczna ścierniwa, itp) – dalej wg. normy korund tego typu oznacza się jako 95A, stąd na pierwszy rzut oka tarcze wydają się identyczne :).

 

Przypisy:

[1] http://www.abrasiveengineering.com/therm.htm

https://www.scientificamerican.com/article/scientists-explain-why-st/

http://allaboutmetallurgy.com/wp/wp-content/uploads/2016/10/Lucefin-Catalogue-of-Stainless-Steels.pdf

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=pitting_corrosion