Tepelné zpracování nástrojové oceli M2

Tato příručka, čerpající z našich hlubokých znalostí, si klade za cíl poskytnout vám přímé a praktické informace o Nástrojová ocel M2 tepelné zpracování proces. PDF s informacemi o tepelném zpracování nástrojové oceli M2 si můžete zdarma stáhnout v dolní části stránky.

1. Proč je správné tepelné zpracování oceli M2 klíčové

Cílem pečlivě kontrolovaného Tepelné zpracování nástrojové oceli M2 je vyvinout finální mikrostrukturu zušlechtěného martenzitu v kombinaci s jemnou disperzí tvrdých, komplexních karbidů „sekundárně kalených“. Tato specifická struktura je to, co dává nástrojové oceli M2 její proslulou kombinaci vysoké tvrdosti, vynikající odolnosti proti opotřebení a schopnosti udržet si tyto vlastnosti i při zvýšených teplotách. Podrobné informace o vlastnostech M2 naleznete v Vlastnosti nástrojové oceli M2.

2. Čtyři klíčové fáze tepelného zpracování nástrojové oceli M2

Cesta k uvolnění plného potenciálu oceli M2 zahrnuje čtyři odlišné, ale vzájemně propojené tepelné fáze: předehřívání, austenitizující, kalenía temperování. 

2.1 Předehřívání

I když předehřívání přímo nezpůsobuje vytvrzení oceli, je to zásadní přípravný krok v Tepelné zpracování nástrojové oceli M2 proces. Jeho hlavní funkce zahrnují:

• Snížení tepelného šoku: Minimalizuje riziko deformace nebo praskání při kontaktu studených nástrojů s horkou pecí.
• Úleva od stresu: Pomáhá zmírnit některá vnitřní pnutí z předchozího obrábění nebo tváření.
• Zvýšení produktivity: Může zkrátit dobu potřebnou k ošetření ve vysokoteplotní austenitizační peci.
• Ochrana povrchu: V pecích bez dokonale neutrální atmosféry předehřev snižuje potenciální nauhličování nebo oduhličování.

Doporučené postupy předehřívání pro ocel M2:

U rychlořezných ocelí, jako je M2, se často používá dvoustupňový předehřev, zejména při komerčním kalení v solné lázni:

• První předehřátí: 650–760 °C (1200–1400 °F).
• Druhé předehřátí: 815–900 °C (1500–1650 °F).

Při tepelném zpracování v atmosféře nebo ve vakuu je typický jediný předehřev mezi 790-845 °C (1450-1550 °F). Konkrétně pro M2 jsou běžné teploty předehřevu 650 °C (1200 °F) nebo 815 °C (1500 °F).

Doba předehřevu by měla být dostatečná k zajištění rovnoměrné teploty celého průřezu součásti; u oceli M2 je to obvykle 10 až 12 minut. Na rozdíl od oceli D2, která má výhodu pomalého počátečního ohřevu, ocel M2 lépe reaguje na rychlý nárůst teploty z předehřevu na austenitizační teplotu.

2.2 Austenitizace (kalení)

Austenitizace je místem, kde kouzlo kalení skutečně začíná. Tepelné zpracování nástrojové oceli M2Ocel se zahřívá na vysokou teplotu, aby se rozpustily různé komplexní karbidy slitin, což je nezbytné pro rozvoj jejích požadovaných vlastností.

Klíčové parametry austenitizace pro ocel M2:

• Rozsah teplot: Ocel M2 vyžaduje ohřev velmi blízko bodu tání – obvykle v rozmezí 28–56 °C (50–100 °F). Pro M2 je doporučená austenitizační teplota přibližně 1230 °C (2250 °F)Obecný rozsah teplot pro rychlořezné oceli je 1150–1290 °C (2100–2350 °F).
• Doba držení: U rychlořezných nástrojových ocelí je to překvapivě krátká doba, obvykle 2 až 6 minut. Přesná doba závisí na typu M2, konstrukci nástroje a velikosti průřezu. Například profil o tloušťce 150 mm (6 palců) může vyžadovat maximální dobu výdrže 5 až 6 minut.
• Ovládání atmosféry: Vzhledem k extrémně vysokým teplotám je kontrolovaná atmosféra zásadní pro prevenci problémů s povrchem, jako je tvorba vodního kamene a oduhličení. Z tohoto důvodu se často preferují pece se solnou lázní.

Během austenitizace se ferit a karbidy slitin transformují do austenitické zrnité struktury. Teplota austenitizace určuje množství uhlíku a legujících prvků rozpuštěných v austenitu, což přímo ovlivňuje tvrdost po kalení a množství zbývajícího austenitu. Vyšší teploty austenitizace obvykle vedou k vyšší tvrdosti po popouštění, zejména v oblasti sekundárního kalení.

2.3 Kalení

Po austenitizaci je nutné rychlé ochlazení – neboli kalení – k přeměně austenitu na martenzit, což je tvrdá matricová struktura požadovaná u nástrojové oceli M2.

Efektivní metody kalení oceli M2:

• Kalící média: M2 lze účinně kalit v oleji, na vzduchu nebo v neutrální solné lázni. Chlazení vzduchem je nejméně drastické a může být dostatečné pro menší nebo tenčí průřezy M2 k dosažení martenzitického stavu. Po kalení v oleji obvykle následuje ochlazení vzduchem na teplotu blízkou okolní teplotě.
• Kalení v solné koupeli: Tyto lázně se obvykle udržují na teplotě okolo 540–595 °C (1000–1100 °F).
• Technika kalení: Pro minimalizaci pnutí, deformace a zajištění rovnoměrného chlazení ponořujte ploché nebo trubkové profily svisle do kalicího média.
• Chlazení po kalení: Před zahájením popouštění je nezbytné ochladit součást na alespoň 65 °C (150 °F).

Charakteristickým znakem vysoce uhlíkových, vysoce legovaných ocelí, jako je M2, je přítomnost „zbývajícího austenitu“ po kalení, protože k transformaci na martenzit dochází zřídka okamžitě. Zbývající austenit může ohrozit tvrdost, pevnost a rozměrovou stabilitu. K řešení tohoto problému lze po počátečním popouštění použít kryogenní nebo subkutánní ošetření (např. ochlazení na -30 °C až -120 °C), aby se zbytkový austenit dále přeměnil na martenzit, čímž se zvýší tvrdost a stabilita.

2.4 Temperování

Popouštění (nebo tažení) je poslední, kritickou fází v Tepelné zpracování nástrojové oceli M2Po kalení je ocel extrémně tvrdá, ale také vysoce namáhaná a křehká. Popouštění to řeší:

• Zvyšující se houževnatost.
• Rozvoj „sekundární tvrdosti“, klíčové vlastnosti vysoce legovaných nástrojových ocelí.
• Uvolnění vnitřního napětí.
• Rozhodující je přeměna zbytkového austenitu na čerstvý martenzit (který se poté v následujících cyklech popouštění).
• Vysrážení komplexních karbidů, které dále zvyšují sekundární tvrdost.

Nejlepší postupy pro popouštění oceli M2:

• Vícenásobné temperování je povinné: Rychlořezné nástrojové oceli jako M2 obecně vyžadují několik cyklů popouštění (obvykle 2 až 4). Pro M2 je minimálně dvojité temperování je nezbytnéa často se preferují tři stupně popouštění. Tento vícestupňový proces zjemňuje strukturu zrna a popouštějí veškerý martenzit nově vytvořený ze zbytkového austenitu, čímž se výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení a životnost nástroje.
• Teploty a doba popouštění: Minimální teplota popouštění pro většinu jakostí M2 je 540 °C (1000 °F). Běžný a efektivní cyklus pro M2 je:

• První temperování: 565 °C (1050 °F)
• Druhé temperování: 550 °C (1025 °F)
• Třetí temperament (pokud je použit): 540 °C (1000 °F) Každý cyklus by měl trvat 2 hodiny na palec (25 mm) průřezu nástroje.

• Chlazení mezi fázemi: Mezi jednotlivými popouštěcími cykly nechte součást vždy zcela vychladnout na pokojovou teplotu. To je nezbytné pro přeměnu zbytkového austenitu na martenzit, který se v dalším kroku popouštění zušlechtí.
• Vrchol sekundárního kalení: Pro optimalizaci transformace zbytkového austenitu a dosažení maximální sekundární tvrdosti se během popouštění zaměřte na „pravou (horní) stranu“ křivky vrcholu sekundární tvrdosti. Tento jev umožňuje oceli M2 udržet si vysokou tvrdost i při zvýšených teplotách, ke kterým dochází během vysokorychlostního obrábění.

3. Dosažení optimální mikrostruktury a Tvrdost oceli M2

Úspěšný Tepelné zpracování nástrojové oceli M2 transformuje původní ferit a karbidy oceli do robustní struktury, složené převážně z popouštěného martenzitu a jemného, rovnoměrného rozložení tvrdých karbidů. Tato zjemněná mikrostruktura je přímo zodpovědná za kritické výkonnostní vlastnosti, jako je tvrdost, odolnost proti opotřebení a lomová houževnatost.

Univerzální rychlořezné nástrojové oceli M2 se obvykle tepelně zpracovávají, aby se dosáhlo tvrdosti 64 až 66 HRCS přesnou kontrolou celého procesu, zejména teploty kalení (pro optimalizaci rozpouštění karbidů) a následného popouštění, však může M2 dosáhnout tvrdosti 68 HRC a u některých specifických variant rychlořezné oceli až 70 HRC.

Podrobné informace o tvrdosti M2 naleznete v Tvrdost nástrojové oceli M2.