Przegląd techniczny stali 9CrWMn

1. Przegląd i kluczowe cechy

Przegląd techniczny stali 9CrWMn: 9CrWMn to niezawodna stal narzędziowa do obróbki na zimno o niskiej zawartości stopu, szeroko stosowana do produkcji różnych narzędzi i matryc. Jej główna zaleta polega na minimalnej zmianie wymiarów podczas procesu hartowania – często określa się ją jako stal „mikroodkształcalną”. Ta wyjątkowa stabilność sprawia, że jest doskonałym wyborem do wytwarzania złożonych, wysoce precyzyjnych komponentów, w których utrzymanie ścisłych tolerancji po obróbce cieplnej jest absolutnie krytyczne.

Ten gatunek charakteryzuje się doskonałą równowagą podstawowych właściwości:

• Dobra hartowność: Osiąga stałą twardość nawet w grubszych przekrojach, po odpowiednim zahartowaniu.
• Wysoka odporność na zużycie: Zapewnia doskonałą odporność na ścieranie, wydłużając żywotność narzędzi.
• Niezawodna wytrzymałość: Zapewnia wystarczającą odporność na pęknięcia po prawidłowej obróbce cieplnej.

Konkretne elementy stopowe mają kluczowe znaczenie dla jego wydajności:

• Chrom (Cr): Zwiększa hartowność i znacznie podnosi odporność na zużycie.
• Wolfram (W): Zwiększa odporność na zużycie, pomaga udoskonalić strukturę ziarna (poprawiając wytrzymałość) i zmniejsza wrażliwość na przegrzanie podczas obróbki cieplnej.
• Mangan (Mn): Odgrywa również kluczową rolę w poprawie hartowności stali.

2. Skład chemiczny stali 9CrWMn

Standardowy skład chemiczny 9CrWMn według GB/T 1299 jest następujący:

• Węgiel (C): 0.85 – 0.95%
• Krzem (Si): ≤ 0,40%
• Mangan (Mn): 0.90 – 1.20%
• Chrom (Cr): 0.50 – 0.80%
• Wolfram (W): 0.50 – 0.80%
• Fosfor (P): ≤ 0,030%
• Siarka (S): ≤ 0,030%

Uwaga: Istnieją międzynarodowe odpowiedniki, takie jak AISI O1, DIN 1.2510 i JIS SKS3, ale mogą występować niewielkie różnice w zakresach składu. Zawsze odwołuj się do konkretnej normy, jeśli wymagana jest dokładna zgodność.

3. Oceny równoważne

9CrWMn to dobrze znana klasa uznawana na całym świecie. Typowe odpowiedniki obejmują:

• Stany Zjednoczone (AISI/ASTM): O1 (UNS T31501)
• Niemcy (DIN): 1.2510 (znany również jako 100MnCrW4)
• Japonia (JIS): SKS3
• Rosja (GOST): 9ХВГ (lub 9XC)
• ISO: 95MnWCr1
• Wielka Brytania (BS): BO1
• Szwecja (SS / ASSAB / Uddeholm): 2140 / DF-3 / Arne
• Francja (NF): 90MnWCrV5

Szeroka gama odpowiedników świadczy o ich powszechnym stosowaniu w różnych gałęziach przemysłu na całym świecie.

4. Właściwości stali 9CrWMn

4.1 Hartowność

9CrWMn charakteryzuje się dobrą hartownością, co pozwala na skuteczne hartowanie w przekroju poprzecznym poprzez hartowanie olejowe, szczególnie w przypadku przekrojów o grubości do 40-50 mm. Jest to osiągane poprzez łączny wpływ manganu, chromu i wolframu.

4.2 Odporność na zużycie

Spodziewaj się wysokiej odporności na zużycie po hartowaniu i odpowiednim odpuszczaniu w niskiej temperaturze. Wysoka zawartość węgla, wraz z tworzeniem twardych węglików chromu i wolframu w matrycy martenzytycznej, zapewnia doskonałą trwałość na zużycie ścierne.

4.3 Wytrzymałość

Gdy obróbka cieplna jest prawidłowa — zazwyczaj hartowana w temperaturze około 800°C, a następnie odpuszczana w niskiej temperaturze — 9CrWMn wykazuje niezawodną równowagę wytrzymałości w zastosowaniach obróbki na zimno. Należy jednak zachować ostrożność podczas odpuszczania w temperaturze około 300°C, ponieważ ten zakres temperatur może prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości na uderzenia.

4.4 Obróbka skrawaniem

Obróbka skrawaniem jest uważana za odpowiednią dla stali narzędziowej o tym poziomie twardości. Przeprowadzenie właściwego sferoidyzującego wyżarzania przed obróbką skrawaniem jest niezbędne do uzyskania najlepszych rezultatów i łatwości obróbki.

4.5 Stabilność wymiarowa (obróbka cieplna)

Choć znane są z niskich właściwości odkształcania („mikroodkształcenia”), pewne zmiany wymiarowe podczas hartowania są nadal możliwe. Czynniki takie jak geometria części, równomierność nagrzewania i technika hartowania wpływają na końcowy wynik. Zastosowanie właściwych procedur, takich jak prawidłowe podgrzewanie wstępne, hartowanie w gorącym oleju (około 100°C) dla mniejszych przekrojów lub stosowanie metod hartowania w niskich temperaturach/izotermicznego może skutecznie zminimalizować odkształcenia.

4.6 Struktura węglika

Podobnie jak wiele stali narzędziowych, 9CrWMn może potencjalnie tworzyć sieci węglikowe, szczególnie jeśli nie jest prawidłowo przetwarzany, co może negatywnie wpłynąć na wytrzymałość. Zaleca się ostrożne praktyki kucia i odpowiednie cykle obróbki cieplnej, w tym normalizowanie przed wyżarzaniem, aby udoskonalić strukturę węglikową i zapobiec szkodliwym sieciom.

4.7 Odporność na temperaturę

Odporność na zmiękczanie w podwyższonych temperaturach (odporność na odpuszczanie) jest umiarkowana. Twardość znacznie się zmniejszy, jeśli hartowanie odbywa się w wyższych temperaturach (np. powyżej 400-500°C). Dlatego odpuszczanie w niskiej temperaturze (zwykle 160-200°C) jest standardową praktyką w celu zachowania maksymalnej twardości i odporności na zużycie.

4.8 Temperatury kluczowe (przybliżone)

Zrozumienie krytycznych temperatur transformacji jest kluczowe dla skutecznej obróbki cieplnej:

• Ac1 (Początek austenityzowania): ~750°C
• Accm (pełna austenityzacja): ~900°C
• Ar1 (Początek formowania się ferrytu/perlitu podczas chłodzenia): ~700°C
• Pani (początek martenzytu): ~205°C

5. Stal 9CrWMn Obróbka cieplna

5.1 Wyżarzanie (w celu polepszenia obrabialności)

Aby uzyskać optymalną obrabialność:

1. Podgrzewać równomiernie do temperatury 770–790°C.
2. Utrzymywać temperaturę przez odpowiedni czas namaczania.
3. Powoli schładzaj wnętrze pieca (szybkość ≤ 30°C/godz.) do temperatury 550°C.
4. Chłodzenie powietrzem od 550°C. Oczekiwana twardość: ≤ 217 HBW. Notatka: Normalizacja w temperaturze 960-980°C zanim W celu rafinacji węglików zdecydowanie zaleca się wyżarzanie.

5.2 Hartowanie (odpuszczanie)

1. Dokładnie podgrzej.
2. Podgrzać do temperatury austenityzacji: 800–830°C (w przypadku większych lub bardziej złożonych przekrojów należy użyć niższej temperatury z zakresu).
3. Przytrzymaj przez odpowiednią ilość czasu, aby zapewnić równomierną temperaturę.
4. Szybkie hartowanie w oleju. W przypadku przekrojów ≤ 30-50 mm hartowanie w oleju podgrzanym do ~100°C może pomóc zminimalizować ryzyko odkształceń i pęknięć. Oczekiwana twardość (po hartowaniu): ≥ 62 HRC, często osiągając 64-66 HRC.

5.3 Hartowanie

Odpuszczanie przeprowadza się bezpośrednio po hartowaniu, aby uwolnić naprężenia wewnętrzne i uzyskać pożądane właściwości końcowe:

1. Podgrzewać równomiernie do wybranej temperatury hartowania (zwykle 160-300°C).
2. Przytrzymać przez 1–2 godziny na każdy cal (25 mm) grubości (minimum 2 godziny).
3. Chłodzenie powietrzem. Typowe zakresy hartowania i uzyskana twardość:
   
   • 160-180°C: ~61-64 HRC (dla maksymalnej twardości i odporności na zużycie)
   • 200-230°C: ~60-62 HRC
   • 250-275°C: ~56-60 HRC Ostrożność: Należy unikać odpuszczania w zakresie temperatur 275–325°C, ponieważ może to spowodować obniżenie wytrzymałości (kruchość odpuszczania).

5.4 Zaawansowane zabiegi cieplne

W przypadku szczególnych wymagań, takich jak dalsze minimalizowanie odkształceń lub maksymalizowanie wytrzymałości, można rozważyć procesy takie jak hartowanie izotermiczne (hartowanie w niskich temperaturach) lub specjalistyczne obróbki węglików metodą ultrarafinacji. Obejmują one bardziej złożone cykle ogrzewania i chłodzenia.

6. Zastosowania stali 9CrWMn

Zrównoważone właściwości stali 9CrWMn sprawiają, że jest to niezwykle wszechstronna stal do stosowania w szerokiej gamie narzędzi i komponentów do obróbki na zimno:

• Umiera: Wykrojniki, wykrojniki (szczególnie do blach o grubości ≤6 mm), wykrojniki, narzędzia formujące, wykrojniki do gięcia, wykrojniki do głębokiego tłoczenia, stemple dziurkujące, precyzyjne wykrojniki, wykrojniki do tłoczenia na zimno, wykrojniki do walcowania gwintów oraz różnego rodzaju wkładki formujące wymagające dobrej odporności na zużycie i stabilności wymiarowej.
• Narzędzia: Precyzyjne przyrządy pomiarowe, narzędzia pomiarowe, płytki wzorcowe, rozwiertaki, gwintowniki, narzynki do gwintów, mniejsze narzędzia skrawające wymagające mocnego utrzymywania krawędzi, tuleje wiertarskie i ostrza nożyc do cieńszych materiałów.
• Składniki: Utwardzane słupy prowadzące i tuleje (docelowo 58-62 HRC), sworznie wypychające, szablony, komponenty do małych form plastikowych oraz matryce do wytłaczania biżuterii.