Di cosa è fatta una punta da trapano? Spiegazione dei corpi in acciaio, cobalto e carburo
Prendi una punta elicoidale da 3/16 di pollice su un pezzo di piastra in acciaio inossidabile 304 e guarda cosa succede. La punta diventa blu, il fumo si arriccia e nel giro di un minuto il tagliente sfrega invece di tagliare. Non c'era niente che non andasse nel trapano, tranne questo: superati i 540 C circa, i carburi all'interno del corpo in acciaio smettono di mantenere la loro durezza. Per capire di cosa è fatta una punta da trapano è davvero capire quale materiale di base si frappone tra te e quel momento.
Una punta da trapano è costruita con quattro materiali di base
Ogni punta da trapano è composta da due parti: il tagliente e il corpo che lo sostiene. L'avanguardia proviene da sole quattro famiglie di materiali. Questi sono l'acciaio rapido, l'acciaio rapido contenente cobalto, il carburo di tungsteno in forma solida o brasata e l'abrasivo diamantato. L’acciaio al carbonio è una quinta opzione, per lo più storica, che ora sopravvive principalmente nelle parti economiche per la lavorazione del legno.
Una punta da trapano è un utensile da taglio rotante il cui tagliente è realizzato in acciaio per utensili temprato o carburo di tungsteno, scelto in modo che il tagliente sia più duro del materiale da tagliare e stabile alla temperatura generata dal taglio.
Questa definizione è il motivo per cui la selezione del materiale segue il pezzo da lavorare e non viceversa. Il legno carbonizza intorno ai 200 C. L'aggregato di calcestruzzo si trova intorno a 7 sulla scala di Mohs. L'acciaio inossidabile spinge il tagliente oltre i 600 C. Ogni condizione indica un materiale di base diverso, motivo per cui nessuna punta fora tutto bene.
62-65 HRC per acciaio rapido M2 dopo tempra e rinvenimento
~1500 Durezza HV tipica per una qualità di carburo di tungsteno sinterizzato
540 C Punto approssimativo in cui un bordo M2 inizia a perdere durezza
L'acciaio ad alta velocità è ciò di cui sono effettivamente realizzate la maggior parte delle punte da trapano
Circa otto punte da trapano su dieci vendute in tutto il mondo sono realizzate in acciaio rapido e M2 è la qualità che svolge la maggior parte di questo lavoro. M2 non è un marchio. È una classificazione degli acciai per utensili AISI, scritta come DIN 1.3343 nei cataloghi europei.
Una tipica fusione M2, misurata in peso, contiene:
Carbonio dallo 0,80 allo 0,88%, che forma i carburi duri
Cromo dal 3,8 al 4,5%, per temprabilità e resistenza alla corrosione
Molibdeno dal 4,7 al 5,2% e tungsteno dal 5,9 al 6,7%, i due elementi che portano la durezza a caldo
Vanadio dall'1,7 al 2,0%, che limita la crescita dei grani durante il trattamento termico
Ferro che costituisce l'equilibrio della fusione
Dopo la tempra e il doppio rinvenimento, M2 raggiunge un valore compreso tra 62 e 65 HRC. È abbastanza duro per l'acciaio dolce, l'alluminio, l'ottone, la plastica e la maggior parte del legno, e abbastanza resistente da piegare la punta prima di frantumarsi quando il trapano afferra.
La finitura superficiale non cambia nulla di tutto ciò. Una punta di ossido nero trasporta uno strato di ossido di ferro di spessore inferiore a dieci micron. Trattiene il fluido da taglio e impedisce la saldatura dei trucioli sul bordo. Levigare il rivestimento e l'acciaio sottostante è identico.
L'acciaio rapido deve la sua durezza al trattamento termico e non ai prodotti chimici. Porta la punta oltre i 600 C circa e si trasforma in acciaio normale. Il cambiamento di colore è l'unico avviso che ricevi.
La geometria del punto diviso è la forma più comune che effettivamente acquisterai. I due taglienti principali sono rettificati in quattro sfaccettature che si incontrano a 135 gradi. Sulla lamiera inferiore a 10 mm impedisce lo spostamento della punta e richiede una pressione di avanzamento inferiore rispetto a una punta da 118 gradi perché il bordo dello scalpello è più corto.
Il cobalto è un additivo, non un materiale per punte da trapano
Il cobalto non viene utilizzato per costruire il corpo di una punta da trapano. Si tratta di un elemento legante fuso nell'acciaio rapido in una percentuale compresa tra il 5 e l'8% in peso. M35 ne trasporta circa il 5% e M42 ne trasporta circa l'8%, e questi sono i due nomi che vedrai stampati sulla confezione.
Ciò che fa il cobalto è rallentare l'ingrossamento dei carburi alla temperatura. Le particelle di carburo di tungsteno in una matrice di acciaio tendono ad aggregarsi e crescere e, una volta cresciute, il bordo diventa morbido. Il cobalto ritarda questo processo e spinge verso l'alto la temperatura del bordo utilizzabile. Il guadagno misurato nella durezza a caldo assomiglia più o meno a questo.
Temperatura approssimativa alla quale il tagliente inizia ad ammorbidirsi
Non puoi distinguere una punta al cobalto da una punta non al cobalto guardandola. La stessa fabbrica può rifinire M2, M35 e M42 con lo stesso ossido nero, dallo stesso contenitore. A parte la qualità dell'acciaio stampata sulla confezione, l'unico segnale rimasto è il prezzo e per quanto tempo il bordo sopravvive inossidabile.
M35 (5% di cobalto)
Taglia acciaio inossidabile 304 e acciaio dolce a velocità moderata. Più economico per pezzo e la scelta abituale per lavori di manutenzione e fabbricazione leggera.
M42 (8% di cobalto)
Mantiene il filo notevolmente più a lungo in titanio, Inconel e leghe superiori a 35 HRC. Costa di più ed è abbastanza fragile da poter essere scheggiato con un trapano a mano durante lo sfondamento.
Il carburo di tungsteno è sinterizzato, non fuso
Il carburo di tungsteno non è affatto acciaio. È la metallurgia delle polveri. I grani di carburo di tungsteno submicron sono legati con cobalto o nichel e sinterizzati a circa 1400 C in un pezzo grezzo solido. Un tipico grado WC-Co contiene dal 6 al 12% di legante di cobalto in peso.
La durezza è compresa tra 1400 e 1600 HV, ovvero circa 90 sulla scala HRA e ben oltre qualsiasi cosa possa toccare una lima. Questa durezza è ciò che gli consente di tagliare aggregati di cemento che semplicemente luciderebbero un bordo HSS piatto.
Arriva in due forme. Il metallo duro integrale significa che l'intera punta è sinterizzata, il che è standard per i microfori da 0,3 mm nei circuiti stampati e per i centri di lavoro CNC. Con punta in metallo duro significa che un piccolo inserto sinterizzato è brasato su un gambo in acciaio, che è la struttura utilizzata per lavori di muratura e con martello.
Le punte da martello SDS-plus e SDS-max sono quasi tutte brasate. Una punta in metallo duro a tre taglienti è saldata su un gambo in acciaio scanalato e i tre taglienti dividono l'energia del martello su tre punti di contatto invece che su due, mantenendo il foro rotondo e riducendo il legame nel cemento armato.
La brasatura è il punto debole di ogni punta con punta in metallo duro. Le leghe per brasatura in argento e ottone fondono tra 600 C e 700 C. La muratura si illumina di un po' di rosso e la punta cade, lasciando un gambo di acciaio perfettamente buono senza nulla all'estremità.
I rivestimenti modificano la superficie, non il substrato
I rivestimenti PVD sulle punte da trapano sono pellicole sottili, solitamente da 1 a 4 micron, che scompaiono dopo circa 30 fori nell'acciaio a velocità di avanzamento normali. Il nitruro di titanio e il nitruro di titanio e alluminio sono i due che incontri più spesso e funzionano diminuendo l'attrito e riducendo il tagliente di riporto anziché indurendo l'acciaio sottostante.
Una punta M2 rivestita in titanio e una punta M2 semplice hanno la stessa durezza. Il rivestimento cambia il modo in cui il truciolo scorre, non la durezza del tagliente.
Il colore è un test mediocre in questo caso, che è la trappola in cui cade la maggior parte degli acquirenti. Un bordo ambrato o dorato è spesso TiN, ma un bordo blu-grigio scuro può essere semplicemente ossido di vapore e una punta in vero acciaio al cobalto può non avere alcun colore dopo una finitura brillante. Leggi la qualità dell'acciaio stampata anziché l'ombra.
Le punte per la lavorazione del legno sono in acciaio al carbonio o HSS, non in metallo duro
Il legno carbonizza a circa 200 C, che non è neanche lontanamente vicino al punto in cui un corpo in acciaio si ricottura, quindi una punta per la lavorazione del legno non ha bisogno di cobalto o carburo di tungsteno. È realizzato in acciaio al carbonio o M2 semplice e la geometria porta invece le prestazioni.
Una punta per legno Brad-Point ha tre caratteristiche di lavoro che contano:
Gli speroni esterni, che incidono in modo netto le fibre del legno e impediscono la lacerazione della superficie sul bordo
Il punto centrale, che individua la punta prima che le scanalature tocchino il pezzo
Le due scanalature principali, che sollevano i rifiuti dal foro anziché comprimerli
Eliminare gli speroni e gli strappi del foro. Ecco perché le punte per la lavorazione del legno vengono giudicate in base alla loro affilatura, non al contenuto di leghe.
Le punte per la lavorazione del legno raramente utilizzano un tagliente in metallo duro perché il metallo duro è fragile. Il legno è morbido, ma un chiodo incorporato è sufficiente per scheggiare una punta sinterizzata e renderla inutilizzabile.
Come identificare di cosa è fatta una punta da trapano
Il colore restringe il campo, ma un file risolve la questione. Una lima da 60 HRC morde qualsiasi tipo di acciaio rapido, sia esso M2, M35 o M42, e scivola sul carburo di tungsteno senza lasciare segni.
Tabella: distinguere i materiali comuni delle punte da trapano a occhio e al tatto
Quello che vedi
Molto probabilmente materiale
Come confermarlo
Metallo grigio semplice, senza rivestimento, peso normale
Acciaio rapido M2
Una lima morde e lascia un graffio luminoso
Finitura nera o blu scuro
Ossido nero su HSS o acciaio al carbonio
Una lima morde; l'acciaio al carbonio si graffia più facilmente e si illumina più velocemente
Finitura oro o ambra
Rivestimento TiN, solitamente su M2
La lima raschia via il rivestimento ed espone l'acciaio grigio sottostante
Punta scura, antiriflesso, visibilmente più spessa del gambo
Punta in carburo di tungsteno brasato
La lima pattina; la punta è molto più dura del corpo sottostante
Il bordo sembra granuloso, come carta vetrata fine
Abrasivo diamantato elettrodeposto
La lima pattini e il bordo sembrano grani incastonati, non un bordo molato
Il test della lima è sufficientemente affidabile perché non può essere ingannato dalle leghe. M35 e M42 sono abbastanza vicini a M2 che un file non li separerà, quindi su una domanda sul cobalto solo il grado di acciaio stampato ti dà una risposta.
Se una punta viene fornita senza qualità di acciaio stampata, assumere M2. L’acciaio al cobalto costa denaro reale e nessuna fabbrica lo inserisce tranquillamente in un pezzo senza etichetta.
Domande frequenti sui materiali delle punte da trapano
Le punte da trapano sono realizzate in acciaio puro?
No. Una punta HSS è acciaio, ma l'acciaio super rapido è una lega di acciaio per utensili in cui circa il 15-18% del peso è costituito da tungsteno, molibdeno, cromo e vanadio. Una punta in carburo di tungsteno non contiene alcun acciaio nella sua struttura tagliente; si tratta di grani di carburo di tungsteno sinterizzato tenuti insieme da un legante di cobalto.
Le punte da trapano in cobalto contengono effettivamente cobalto?
Sì, ma meno di quanto suggerisce il nome. M35 contiene circa il 5% di cobalto e M42 circa l'8%, mentre il resto è costituito da ferro e carburi. Il cobalto non forma uno strato separato. Si dissolve nella matrice e rallenta l'ingrossamento del carburo man mano che il tagliente si riscalda.
Una punta da trapano in carburo di tungsteno può tagliare il metallo?
Una punta in metallo duro può essere utilizzata ed è la scelta standard per la ghisa, l'acciaio temprato superiore a 45 HRC e i lavori di produzione di alluminio. Una punta in metallo duro brasato non può. La punta è fragile, si scheggia facilmente nei tagli interrotti e il giunto di brasatura si rompe a circa 650 C, ovvero al di sotto della temperatura del bordo generata da un taglio in acciaio.
Il rivestimento dorato su una punta da trapano è sempre in titanio?
No. Una tinta ambrata può anche derivare dal trattamento con ossido di vapore e una punta in acciaio al cobalto potrebbe non mostrare alcun colore. Le pellicole TiN hanno uno spessore compreso tra 1 e 4 micron e sono visibili solo come cambiamento di colore, non come uno strato distinto. Controlla il grado di acciaio stampato piuttosto che l'ombra.
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