Nástrojová ocel S7 | 1.2355

3. Tepelné zpracování nástrojové oceli S7

Pouze správným procesem tepelného zpracování lze dosáhnout rázové houževnatosti nástrojové oceli S7. 

3.1 Žíhání

Nástrojová ocel S7 se obvykle dodává v žíhaném stavu, což zajišťuje maximální měkkost a snadnou obrobitelnost. Pokud je pro obnovení tohoto optimálního stavu pro výrobu nutné opětovné žíhání, proces zahrnuje:

1. Topení: Rovnoměrně zahřejte ocel S7 na 843 °C (1550 °F).
2. Namáčení: Držte tuto teplotu přibližně 1,5 hodiny na palec (nebo 3,5 minuty na mm) nejtlustší části, abyste zajistili důkladné a rovnoměrné prohřátí.
3. Chlazení: Zaveďte pomalé ochlazování, snižujte teplotu pece kontrolovanou rychlostí 14 °C za hodinu, dokud nedosáhne 482 °C.
4. Konečné ochlazení: Po dosažení teploty 482 °C (900 °F) lze ocel ochladit vzduchem na pokojovou teplotu.

Očekávaná tvrdost po správném žíhání procesem S7 je maximálně 230 HB, což je ideální stav pro následné obráběcí operace.

3.2 Kalení

Fáze kalení při tepelném zpracování nástrojové oceli S7 transformuje žíhanou mikrostrukturu na výrazně tvrdší martenzitickou strukturu, proloženou jemnými karbidy, což je zásadní pro její konečné vlastnosti a houževnatost. To zahrnuje několik klíčových fází:

3.2.1 Kritické kroky předehřívání

Předehřev je klíčovým počátečním krokem v postupu kalení oceli S7. Jeho hlavním účelem je minimalizovat tepelný šok, který může vést k deformaci nebo praskání, a zmírnit veškerá vnitřní pnutí vzniklá během předchozích obráběcích operací.

• První předehřátí: Součást S7 rovnoměrně zahřejte na 650 °C (1200 °F).
• Doba držení: Tuto teplotu udržujte 10 až 15 minut, abyste zajistili rovnoměrné rozložení tepla po celém průřezu součásti, než přistoupíte k austenitizační teplotě.

3.2.2 Austenitizace

Po předehřátí se nástrojová ocel S7 rychle zahřeje na austenitizační (kalicí) teplotu. Tato fáze je navržena tak, aby se účinně rozpustily karbidy slitiny a transformovala se krystalická struktura oceli na austenit.

• Austenitizační teplota: Doporučená teplota pro austenitizaci oceli S7 je 940 °C (1725 °F).

3.2.3 Namáčení

Jakmile je dosaženo austenitizační teploty, musí být součást S7 namočena. Tato doba namočení je klíčová pro to, aby se celá struktura rovnoměrně přeměnila na austenit a aby se zajistilo dostatečné rozpuštění karbidů nezbytné pro optimální kalení.

• Výpočet doby namáčení:

1. Pro díly s průřezem větším než 25 mm (1 palec): Namočte po dobu 1 hodiny na každých 25 mm (1 palec) nejmenšího průřezu.
2. Pro menší úseky: Použijte specifické pokyny, např. 30 minut pro úseky o tloušťce 1/8″ (3,175 mm) a 1 hodinu pro úseky o tloušťce 1″ (25 mm).

• Pozor: Vyhněte se nadměrně dlouhým dobám namáčení, protože to může negativně ovlivnit konečnou strukturu zrna oceli a následně i její mechanické vlastnosti.

3.2.4 Kalení

Kalení je fáze rychlého ochlazování, která transformuje austenitizovanou ocel S7 na tvrdou martenzitickou strukturu. S7 je nástrojová ocel kalitelná na vzduchu, takže chlazení na vzduchu je standardní a nejbezpečnější metodou kalení a minimalizuje riziko deformace.

• Standardní kalení: Ochlazení vzduchem z austenitizační teploty.
• Velké sekce: U součástí s průřezem přesahujícím přibližně 63 mm (2,5 palce) nemusí být chlazení vzduchem dosaženo plné tvrdosti v celém rozsahu. V takových případech může být nutné kalení v oleji S7, aby se zajistilo prokalení.
• Chlazení po kalení: Po kalení nechte součást vychladnout, dokud nebude na dotek sotva teplá (kolem 65 °C), než ihned přistoupíte k popouštění. Tento krok je zásadní pro minimalizaci rizika praskání způsobeného kalením.

3.3 Temperování

Popouštění je nepostradatelným závěrečným krokem v procesu tepelného zpracování nástrojové oceli S7. Slouží ke snížení vnitřního pnutí vznikajícího během kalení, výraznému zvýšení houževnatosti oceli (odolnosti proti rázům) a dosažení požadované konečné pracovní tvrdosti.

• Načasování: Popouštění by mělo začít ihned po kalení a ochlazení součásti S7 na přibližně 65 °C. Struktura po kalení je vysoce namáhaná a inherentně křehká, takže je náchylná k praskání, pokud se popouštění zpozdí.
• Typický rozsah temperování: Pro většinu aplikací se ocel S7 popouště mezi 204 °C (400 °F) a 232 °C (450 °F).
• Doporučeno pro nejlepší výkon: Popouštěním oceli S7 při teplotě 230 °C (450 °F) se dosáhne optimální pracovní tvrdosti přibližně 58 HRC, což efektivně vyvažuje pevnost s charakteristickou vysokou rázovou houževnatostí.
• Aplikace pro práci s vysokými teplotami: Pokud se má nástrojová ocel S7 použít v aplikacích do 540 °C (1000 °F), měla by být popouštěna na teplotu mírně nad předpokládanou maximální provozní teplotou, aby byla zajištěna stabilita.
• Doba výdrže při teplotě: Ponechte na zvolené teplotě popouštění alespoň 2 hodiny pro každý cyklus popouštění. Alternativně je běžným doporučením 2 hodiny na palec (25 mm) tloušťky průřezu.
• Vícenásobné temperování pro optimální výsledky: Pro nástrojovou ocel S7 se důrazně doporučuje dvojité nebo dokonce trojité popouštění. Tato praxe zajišťuje maximální houževnatost, zjemňuje mikrostrukturu a podporuje větší rozměrovou a mikrostrukturální stabilitu. Mezi jednotlivými cykly popouštění nechte součást zcela vychladnout na pokojovou teplotu.
• Konečné ochlazení: Po konečném popouštění se doporučuje pomalé ochlazování vzduchem, aby se minimalizoval vznik zbytkových pnutí.

3.4 Aspekty následné úpravy oceli S7

Pokud kalené součásti S7 podléhají následným dokončovacím operacím, jako je broušení, svařování nebo elektroerozivní obrábění (EDM), důrazně se doporučuje popouštění pro zmírnění pnutí. To by se mělo provádět při teplotě o 14–28 °C nižší, než je teplota posledního použitého efektivního popouštěcího cyklu, aby se zmírnilo riziko praskání nebo rozměrové nestability vyvolané těmito procesy.

3.5 Dosažitelné vlastnosti s vhodným tepelným zpracováním nástrojové oceli S7

Pokud je tepelné zpracování nástrojové oceli S7 provedeno správně, mohou uživatelé očekávat následující typické vlastnosti, díky čemuž je S7 spolehlivou volbou pro náročné aplikace:

• Pracovní tvrdost: Typicky 56-58 HRC.
• Odolnost proti nárazům: Velmi vysoká, což je primární a určující charakteristika S7.
• Odolnost proti opotřebení: Dobré, i když obecně nižší než za studena tvářené oceli s vysokým obsahem uhlíku a chromu, jako je O6 nebo Nástrojová ocel D2.
• Rozměrová stabilita: Dobrá stabilita během správného procesu tepelného zpracování.
• Výhody kalení vzduchem: Schopnost oceli S7 kalit na vzduchu poskytuje během procesu kalení dobrou bezpečnostní rezervu, což snižuje riziko deformace a praskání ve srovnání s ocelemi kalitelnými v kapalině.
• Výkon při zvýšených teplotách: S7 vykazuje dobrou odolnost proti měknutí při mírně zvýšených teplotách, což ji činí vhodnou pro aplikace za tepla při středních teplotách.
• Povrchové kalení: Pomocí procesů povrchové úpravy, jako je karbonitridace nebo nitridace, lze povrchovou tvrdost nástrojové oceli S7 dále zlepšit na přibližně 64 HRC. Takové povrchové úpravy však mohou ovlivnit inherentní odolnost oceli S7 proti nárazu a měly by být pečlivě zváženy na základě požadavků aplikace.
• Změna rozměrů: Po kalení oceli S7 na vzduchu ze správné teploty kalení očekávejte přibližný rozměrový nárůst +0,001 palce na palec (0,001 mm na mm).

Pro rychlou orientaci jsou níže shrnuty klíčové parametry pro tepelné zpracování nástrojové oceli S7: