NÁSTROJOVÁ OCEL D3 | 1.2080 | skd1

3. Tepelné zpracování

Komplexní nástrojová ocel D3 tepelné zpracování Protokol zahrnuje čtyři hlavní fáze: předehřev, austenitizaci (kalení), kalení a popouštění. Každý krok hraje zásadní roli v dosažení požadované metalurgické struktury a mechanických vlastností.

3.1 Předehřev: Základní první krok při tepelném zpracování nástrojové oceli D3

Předehřev je klíčovou přípravnou fází v cyklu tepelného zpracování nástrojové oceli D3, zejména u ocelí typu D, jako je D3, které mají relativně nízkou tepelnou vodivost.

• Účel: Jeho hlavní funkcí je minimalizovat tepelný šok při vystavení nástroje vysokým austenitizačním teplotám, čímž se snižuje riziko deformace nebo praskání. Předehřev také pomáhá zmírnit některá zbytková napětí z předchozích obráběcích operací.

• Doporučení pro ocel D3: Doporučujeme předehřátí nástrojové oceli D3 na teplotní rozsah 650–705 °C (1200–1300 °F). Běžnou praxí je ponechat teplotu 650 °C (1200 °F) po dobu přibližně 10 až 15 minut nebo dokud se součást rovnoměrně nezahřeje.

• Rychlost ohřevu: Obecně je vhodnější kontrolovaná, pomalá rychlost ohřevu. Rychlý ohřev může způsobit značné teplotní rozdíly mezi povrchem a jádrem nástroje, což může vést k deformaci nebo prasklinám.

3.2 Austenitizace (kalení): Transformace oceli

Austenitizační je fáze kalení jádra při tepelném zpracování nástrojové oceli D3. Během této fáze se žíhaná mikrostruktura (primárně ferit a karbidy) transformuje na austenit a kritické karbidy slitiny se rozpouštějí, čímž se rozvíjí tvrdost a opotřebitelné vlastnosti oceli.

• Proces: U oceli D3, která má vysokou koncentraci karbidů chromu, se austenitizace provádí v austeniticko-karbidové dvoufázové oblasti.

• Teplota pro ocel D3: Nástrojová ocel D3 se obvykle austenitizuje při mírně nižší teplotě než D2, obvykle kolem 960 °C (1760 °F). Pro srovnání, D2 se často zpracovává při 1020 °C (1870 °F).

• Doba výdrže: Ocel musí být udržována na austenitizační teplotě dostatečně dlouho, aby jádro dosáhlo cílové teploty a aby došlo k dostatečnému rozpuštění karbidů, čímž se zajistí rovnoměrné zahřátí v celém průřezu.

• Kritické aspekty: Správná austenitizace je nezbytná pro dosažení vysoké tvrdosti po kalení. Je třeba se vyhnout přehřátí, protože nadměrné teploty mohou vést k hrubému zrnu, zhrubnutí karbidů a zvýšení zbytkového austenitu, což vše negativně ovlivňuje houževnatost a rozměrovou stabilitu. Použití neutrální atmosféry, ochranné fólie nebo solných lázní během austenitizace je důležité, aby se zabránilo oduhličení nebo tvorbě okuhů na povrchu.

3.3 Kalení: Dosažení tvrdosti

Po austenitizaci, kalení je proces řízeného ochlazování při tepelném zpracování nástrojové oceli D3, jehož cílem je přeměnit austenit na tvrdý martenzit.

• Kalící médium pro ocel D3: Na rozdíl od mnoha jiných ocelí typu D, které se kalí na vzduchu, se nástrojová ocel D3 obvykle kalí v oleji. Kalení v oleji zajišťuje mírnější rychlost ochlazování než ve vodě nebo solance, což pomáhá minimalizovat deformaci a riziko praskání, ačkoli D3 je stále náchylnější k deformaci než oceli kalené na vzduchu.

• Postup chlazení: Součást by měla být ochlazena v rozsahu tvorby martenzitu. Před popouštěním je nezbytné součást ochladit na teplotu blízkou okolní teplotě, ideálně mezi 66–93 °C (150–200 °F).

• Načasování je klíčové: Nenechávejte kalenou ocelovou součást D3 zcela vychladnout na pokojovou teplotu a nenechávejte ji před popouštěním delší dobu stát (obecně se nedoporučuje déle než 2 hodiny). Zpoždění popouštění může ocel učinit extrémně křehkou a náchylnou k praskání a nestabilitě.

3.4 Popouštění: Zušlechťování vlastností a uvolňování napětí

Temperování je nepostradatelnou závěrečnou fází procesu tepelného zpracování nástrojové oceli D3. Kalená ocel D3 je extrémně tvrdá, ale také velmi křehká a nese vysoké vnitřní pnutí.

• Účel: Popouštění uvolňuje tato vnitřní pnutí, výrazně zvyšuje houževnatost a umožňuje jemné doladění konečné tvrdosti.

• Vícenásobné popouštění pro ocel D3: U ocelí s vysokým obsahem uhlíku a chromu, jako je D3, se důrazně doporučuje provádět vícenásobné popouštěcí cykly (dvojité nebo dokonce trojité popouštění). Tato praxe pomáhá zjemnit strukturu zrn, dále zlepšuje odolnost proti opotřebení a usnadňuje transformaci případného zbytkového austenitu.

• Teploty a tvrdost: Pro dosažení typické cílové tvrdosti přibližně 60 HRC se D3 často popouště při nižších teplotách, kolem 200 °C (390 °F).

• Rozsah sekundárního kalení: Popouštění v rozsahu sekundárního kalení (obvykle 400–600 °C u legovaných ocelí) může být také prospěšné. To podporuje transformaci zbytkového austenitu a vysrážení jemných karbidů slitiny, což může zvýšit tvrdost za tepla a odolnost proti popouštění, ačkoli odolnost oceli D3 proti popouštění je omezenější ve srovnání s ocelemi s vyšším obsahem molybdenu (Mo) a vanadu (V).

• Doba výdrže: Standardní doba popouštění je 2 hodiny na palec (25 mm) tloušťky nástroje při specifikované teplotě. Mezi jednotlivými cykly popouštění by se díly měly ochladit na pokojovou teplotu. Efektivní popouštění je naprosto nezbytné pro životnost a výkon součástí z nástrojové oceli D3.

3.5 Klíčové aspekty pro tepelné zpracování nástrojové oceli D3

• Zbytkový austenit: Vzhledem k vysokému obsahu uhlíku si ocel D3 může po kalení zachovat austenit. Primární metodou pro jeho přeměnu je několik cyklů popouštění. Pro aplikace vyžadující maximální rozměrovou stabilitu nebo absolutní minimum zbytkového austenitu lze po kalení (a obvykle před konečným popouštěním) použít subnulové nebo kryogenní ošetření. Po tomto ošetření musí bezprostředně následovat popouštění.

• Rozměrová stabilita: Nástrojová ocel D3 je známá svou relativně dobrou rozměrovou stabilitou na vysoce uhlíkovou ocel s očekávaným nárůstem obvykle kolem ±0,0005 palce/palec (nebo ±0,051 TP3T). Pro minimalizaci rozměrových změn je nezbytný správný předehřev, kontrolovaná rychlost ohřevu a chlazení a důkladné vícenásobné popouštění.

• Houževnatost: Je důležité si uvědomit, že ocel D3 má obecně nižší houževnatost ve srovnání s ocelí D2, a to především kvůli vyššímu obsahu uhlíku. Parametry tepelného zpracování nástrojové oceli D3 musí být pečlivě zvoleny tak, aby vyvážily odolnost proti opotřebení s dostatečnou houževnatostí pro zamýšlené použití.

• Povrchové úpravy: Pro zvýšení povrchové tvrdosti a odolnosti proti opotřebení mohou být součásti z nástrojové oceli D3 po primárním tepelném zpracování podrobeny povrchovým úpravám, jako je nitridace nebo tepelná difúze (TD).

3.6 Souhrn parametrů tepelného zpracování nástrojové oceli D3

Pro rychlou orientaci uvádíme shrnutí typických parametrů pro tepelné zpracování nástrojové oceli D3: