Nástrojová ocel 9SiCr

Nástrojová ocel 9SiCr je nízkolegovaná nástrojová ocel a její klíčové vlastnosti vyplývají z křemíku (Si) a chromu (Cr), které jsou hlavními legujícími prvky. Typické chemické složení v hmotnostních procentech (wt%) se obecně pohybuje v těchto rozmezích, i když mezi různými standardy se mohou vyskytnout drobné rozdíly.

1. Chemické složení nástrojové oceli 9SiCr

• Uhlík (C):85% až 0,95%.
• Křemík (Si): Obvykle 1.20% až 1.60%, i když některé normy, jako je německý DIN 90CrSi5, specifikují 1.05% až 1.25%.
• Mangan (Mn): Typicky 0,30% až 0,60%. Německý standard může opět vykazovat o něco vyšší rozsah (0,60% až 0,80%).
• Chrom (Cr): Obecně 0,95% až 1,25%, s německým standardem 1,05% až 1,30%.
• Fosfor (P) a síra (S): Jedná se o nečistoty, které jsou obvykle udržovány na nízké úrovni, přičemž maximální limity jsou často nastaveny na ≤0,030% pro oba.

Je dobré znát ekvivalenty napříč různými mezinárodními normami: 9SiCr odpovídá AISI L3 (USA), DIN 90CrSi5 / 1.2067 (Německo), BS BL3 (UK), ГОСТ 9ХС (Rusko) a UNE 100Cr6 (Španělsko). V čínském systému (ISC) je to T30100.

2. Fyzikální vlastnosti oceli 9SiCr

Ohledně fyzikální vlastnosti:

2.1 Hustota: Přibližně 7,80 g/cm³.

2.2 Kritické teploty: Pro plánování tepelného zpracování jsou zásadní:

• Ac1 (počátek tvorby austenitu při zahřívání): ~770 °C
• Accm (cementit se úplně rozpustí): ~870°C
• Ar1 (počátek tvorby perlitu při chlazení): ~730°C
• Ms (začátek martenzitu): ~160 °C
• Mf (martenzitová úprava): ~ -30°C

2.3 Magnetické vlastnosti: Koercitivní síla je asi 795,8 A/m a saturační magnetická indukce je 1,78 až 1,82 T.

2.4 Lineární expanzní koeficient: I když konkrétní hodnoty nebyly v poskytnutém zdrojovém materiálu, jedná se o kritický faktor pro přesné díly, zejména s ohledem na změny teploty během tepelného zpracování a použití.

3. Tepelné zpracování

Tepelné zpracování je rozhodující pro získání správných mechanických vlastností z 9SiCr. Standardní proces zahrnuje kalení (kalení) a popouštění.

3.1 Možnosti zpracování předehřátím

• Žíhání po kování: Zahřejte na 790-810 °C, udržujte 1-2 hodiny, nechte pec vychladnout pod 550 °C a poté ochlaďte vzduchem. Výsledkem je tvrdost 197-241 HBW. Izotermickým žíháním (podobné zahřívání, udržování na 700-720 °C) se dosahuje stejného rozsahu tvrdosti a typicky poskytuje sféroidní perlitovou strukturu.
• Vysokoteplotní temperování: Zahřívejte na 600-700°C po dobu 2-4 hodin, poté pec nebo vzduch ochlaďte. Používá se ke zmírnění stresu z práce za studena.
• Normalizace: Zahřejte na 900-920 °C, poté ochlaďte vzduchem. Zjemňuje zrna v přehřáté oceli a odstraňuje síťové karbidy, což má za následek tvrdost 321-415 HBW.
• Kalení a temperování (alternativní předúprava): Zahřejte na 880-900 °C, zachlaďte v oleji, poté temperujte na 680-700 °C (2-4 hodiny) na tvrdost 197-241 HBW. Kované díly mohou být někdy přímo kaleny kovářským teplem s následným vysokoteplotním temperováním.

3.2 Kalení (Kalení)

Doporučená teplota je 860-880°C.

• Kalení oleje: Ochlaďte v oleji (možné různé teploty), poté ochlaďte vzduchem. Tvrdost: 62-65 HRC.
• Kalení solné/alkalické lázně: Po určité časy použijte roztavenou lázeň (150-200 °C), poté ochlaďte vzduchem. Tvrdost: 59-63 HRC. Tyto metody pomáhají minimalizovat deformace u složitých dílů. Struktura po kalení je převážně lištový martenzit, jemné karbidy a část zbytkového austenitu.

3.3 Léčba chladem

U vysoce přesných, rozměrově stálých nástrojů může úprava za studena (-70°C) krátce po kalení mírně zvýšit tvrdost (0-1 HRC). Nejlépe do hodiny po zchlazení.

3.4 Temperování

Tento krok uvolňuje stres a dolaďuje tvrdost a houževnatost. Typické výsledky:

• 140-160 °C Teplota: 62-65 HRC
• 160-180 °C Teplota: 61-63 HRC
• 180-200 °C Teplota: 60-62 HRC
• 200-220 °C Teplota: 58-62 HRC

Vyšší popouštěcí teploty dále snižují tvrdost. Dvojité popouštění (např. 180 °C a potom vyšší teplota jako 240 °C) může výrazně zlepšit houževnatost a životnost nástroje.