STAL NIERDZEWNA 440C | 1.4125 | SUS440C

4. Obróbka cieplna

Podstawowa zasada stali 440C obróbka cieplna polega na przekształceniu mikrostruktury stali. Dokonuje się tego poprzez podgrzanie do postaci austenit, a następnie szybkie chłodzenie (gaszenie) w celu stworzenia twardej struktury martenzytycznej, a na koniec odpuszczanie w celu udoskonalenia twardości i zwiększenia wytrzymałości. Prawidłowo obrobiony cieplnie komponent 440C będzie zazwyczaj zawierał odpuszczony martenzyt z dyspersją pierwotnych i drobniejszych węglików wtórnych, co przyczynia się do jego znanej trwałości.

4.1 Kluczowe etapy obróbki cieplnej stali 440C

Aby mieć pewność, że komponenty ze stali nierdzewnej 440C spełniają rygorystyczne wymagania eksploatacyjne, stosujemy precyzyjny, wieloetapowy protokół obróbki cieplnej:

4.1.1 Hartowanie: Austenityzowanie i hartowanie

Faza hartowania jest podstawą uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych stali 440C.

• Austenityzowanie: Ten etap obejmuje podgrzanie stali 440C do określonego zakresu temperatur, zwykle pomiędzy 975°C do 1075°C (1790°F do 1965°F)Aby uzyskać optymalną odporność na korozję i wytrzymałość, często celujemy w górny koniec tego zakresu, około 1010°C do 1065°C (1850°F do 1949°F)Powszechną i skuteczną temperaturą austenityzacji jest 1038°C (1900°F).

• Moczenie: Odpowiedni czas moczenia w wybranej temperaturze austenityzacji jest niezbędny. Pozwala to na całkowitą austenityzację i niezbędne rozpuszczenie węglików, co jest krytyczne dla uzyskania jednorodnej twardości.

• Gaszenie: Bezpośrednio po austenityzacji stal 440C musi zostać szybko schłodzona w celu przekształcenia austenitu w martenzyt.

• Środki gaszące: Zwykle osiąga się to poprzez hartowanie w powietrzu lub w oleju. Hartowanie w oleju od temperatur 1038°C (1900°F) lub 1040°C (1900°F) jest powszechną praktyką w przypadku stali nierdzewnej 440C.

4.1.2 Hartowanie: rafinacja twardości i wytrzymałości

Po hartowaniu stal 440C jest niezwykle twarda, ale może być również krucha. Odpuszczanie jest krytycznym kolejnym krokiem w celu zmniejszenia tej twardości do pożądanego poziomu, przy jednoczesnej znacznej poprawie ciągliwości i wytrzymałości. Wybór temperatury odpuszczania ma bezpośredni wpływ na końcowe właściwości stali nierdzewnej 440C.

• Temperatury i czas odpuszczania:

• Typowe temperatury odpuszczania stali 440C mieszczą się w zakresie 150°C do 375°C (300°F do 705°F).
• W przypadku stali wysokowęglowych, takich jak 440C, odpuszczanie pomiędzy 200°C i 350°C (390°F i 660°F) jest często preferowany.
• Aby uzyskać optymalną równowagę między twardością a odpornością na korozję, stosuje się temperaturę odpuszczania 204°C (400°F) jest często zalecany.
• Czas hartowania wynosi zazwyczaj od 30 minut do 2 godzin, 1 do 2 godzin będąc standardem pod względem spójności, w zależności od grubości przekroju poprzecznego komponentu.

• Efekty hartowania:

• Odpuszczanie w temperaturze poniżej 480°C (900°F) powoduje minimalne zmiękczenie, ale zapewnia zauważalną poprawę wytrzymałości i stabilności wymiarowej materiału 440C.

Poniższa tabela ilustruje typowe wartości twardości (skala Rockwella C – HRC) możliwe do osiągnięcia dla stali nierdzewnej 440C po odpuszczaniu w różnych temperaturach:

Uwaga: Są to wartości typowe; rzeczywiste wyniki mogą się różnić w zależności od precyzyjnych parametrów przetwarzania i składu materiału.

4.2 Specjalne uwagi dotyczące obróbki cieplnej stali 440C

Oprócz podstawowych etapów hartowania i odpuszczania, w kompleksowej obróbce cieplnej stali nierdzewnej 440C istotne są jeszcze inne czynniki:

• Podgrzewanie: Przed głównym procesem hartowania stal nierdzewna 440C jest podgrzewana do temperatury ok. 650°C (1200°F) jest wskazane. Pomaga to zapewnić bardziej równomierny rozkład temperatury i zminimalizować szok termiczny podczas kolejnego etapu austenityzacji.
• Powolne chłodzenie po kuciu: W przypadku gatunków o wyższej zawartości węgla, takich jak 440C, kluczowy jest ostrożny i powolny proces chłodzenia po kuciu. Może to obejmować cykle chłodzenia przerywanego kontrolowane przez piec (np. chłodzenie powietrzem do 150-250°C, ponowne podgrzewanie do ~650°C, a następnie końcowe chłodzenie). Taka praktyka pomaga zapobiegać pękaniu i tworzeniu się niepożądanych węglików na granicy ziaren.
• Zarządzanie austenitem szczątkowym: As-quenched 440C może czasami zawierać znaczną ilość austenitu szczątkowego (potencjalnie 20-30% objętościowo). Jeśli nie zostanie to rozwiązane, ten austenit szczątkowy może przekształcić się spontanicznie w czasie, co prowadzi do zmian wymiarowych i zwiększonego ryzyka pękania.

• Leczenie zimnem (leczenie w temperaturze poniżej zera): Wykonanie obróbki na zimno poniżej zera po hartowaniu może skutecznie przekształcić ten szczątkowy austenit w nieodpuszczany martenzyt. Konieczne jest, aby po tej obróbce na zimno nastąpił co najmniej jeden standardowy cykl odpuszczania w celu odpuszczenia nowo utworzonego martenzytu i złagodzenia naprężeń wewnętrznych.

• Obróbka cieplna po spawaniu (PWHT): W przypadku spawanych elementów ze stali nierdzewnej 440C, PWHT jest niemal zawsze koniecznym krokiem. Ta obróbka służy do odpuszczania martenzytu utworzonego w strefie spoiny i wpływu ciepła, a także do usuwania naprężeń szczątkowych.

• Choć odpuszczanie w temperaturze poniżej 480°C (900°F) nie powoduje znaczącego zmiękczenia, jest korzystne ze względu na poprawę wytrzymałości i stabilności wymiarowej.
• Typowa obróbka PWHT stali nierdzewnych martenzytycznych, takich jak 440C, jest przeprowadzana w zakresie 480°C do 750°C (895°F do 1380°F).