Stal 9SiCr Przegląd techniczny

Przegląd techniczny stali 9SiCr: Jest to stal narzędziowa niskostopowa, a jej kluczowe cechy wynikają z krzemu (Si) i chromu (Cr) jako głównych pierwiastków stopowych. Typowy skład chemiczny, według procentu wagowego (wt%), ogólnie mieści się w tych zakresach, chociaż można zauważyć niewielkie różnice między różnymi normami.

1. Skład chemiczny stali narzędziowej 9SiCr

• Węgiel (C):85% do 0,95%.
• Krzem (Si): Zwykle 1.20% do 1.60%, choć niektóre normy, np. niemiecka DIN 90CrSi5 określają wartości od 1.05% do 1.25%.
• Mangan (Mn): Zwykle 0,30% do 0,60%. Ponownie, norma niemiecka może wskazywać nieco wyższy zakres (0,60% do 0,80%).
• Chrom (Cr): Ogólnie rzecz biorąc, jest to od 0,95% do 1,25%, przy czym norma niemiecka wynosi od 1,05% do 1,30%.
• Fosfor (P) i siarka (S): Są to zanieczyszczenia, których poziom zwykle utrzymuje się na niskim poziomie, przy czym maksymalny limit dla obu z nich wynosi często ≤0,030%.

Dobrze jest znać odpowiedniki w różnych normach międzynarodowych: 9SiCr odpowiada AISI L3 (USA), DIN 90CrSi5 / 1.2067 (Niemcy), BS BL3 (Wielka Brytania), ГОСТ 9ХС (Rosja) i UNE 100Cr6 (Hiszpania). W systemie chińskim (ISC) jest to T30100.

2. Właściwości fizyczne stali 9SiCr

W sprawie właściwości fizyczne:

2.1 Gęstość: Około 7,80 g/cm³.

2.2 Temperatury krytyczne: Są one niezbędne przy planowaniu obróbki cieplnej:

• Ac1 (początek tworzenia się austenitu po nagrzaniu): ~770°C
• Accm (cementyt całkowicie rozpuszcza się): ~870°C
• Ar1 (początek formowania się perlitu podczas chłodzenia): ~730°C
• Ms (początek martenzytu): ~160°C
• Mf (wykończenie martenzytyczne): ~ -30°C

2.3 Właściwości magnetyczne: Siła koercji wynosi około 795,8 A/m, a indukcja magnetyczna nasycenia wynosi od 1,78 do 1,82 T.

2.4 Współczynnik rozszerzalności liniowej: Mimo że w dostarczonym materiale źródłowym nie podano konkretnych wartości, jest to czynnik krytyczny w przypadku części precyzyjnych, zwłaszcza biorąc pod uwagę zmiany temperatury podczas obróbki cieplnej i użytkowania.

3. Obróbka cieplna

Obróbka cieplna jest kluczowa dla uzyskania właściwych właściwości mechanicznych z 9SiCr. Standardowy proces obejmuje hartowanie (hartowanie) i odpuszczanie.

3.1 Opcje obróbki wstępnej

• Wyżarzanie po kuciu: Podgrzać do 790-810°C, utrzymać przez 1-2 godziny, pozwolić piecowi ostygnąć poniżej 550°C, a następnie schłodzić na powietrzu. Daje to twardość 197-241 HBW. Wyżarzanie izotermiczne (podobne ogrzewanie, utrzymywanie w temperaturze 700-720°C) osiąga ten sam zakres twardości i zazwyczaj daje sferoidalną strukturę perlitu.
• Odpuszczanie w wysokiej temperaturze: Podgrzać do 600-700°C przez 2-4 godziny, następnie piec lub schłodzić powietrzem. Stosowane w celu złagodzenia stresu związanego z obróbką na zimno.
• Normalizowanie: Podgrzewaj do 900-920°C, a następnie schładzaj powietrzem. Uszlachetnia ziarna w przegrzanej stali i usuwa węgliki sieciowe, co daje twardość 321-415 HBW.
• Hartowanie i odpuszczanie (alternatywna obróbka wstępna): Podgrzać do 880-900°C, hartować w oleju, następnie odpuszczać w 680-700°C (2-4 godziny) do twardości 197-241 HBW. Części kute można czasami bezpośrednio hartować z ciepła kucia, a następnie odpuszczać w wysokiej temperaturze.

3.2 Hartowanie (odpuszczanie)

Zalecana temperatura wynosi 860–880°C.

• Hartowanie olejowe: Ochłodzić w oleju (możliwe różne temperatury), następnie schłodzić na powietrzu. Twardość: 62-65 HRC.
• Hartowanie w kąpieli solnej/alkalicznej: Użyj kąpieli stopionej (150-200°C) przez określony czas, a następnie schłodź na powietrzu. Twardość: 59-63 HRC. Te metody pomagają zminimalizować odkształcenia w złożonych częściach. Struktura po hartowaniu to głównie martenzyt listwowy, drobne węgliki i trochę austenitu szczątkowego.

3.3 Leczenie zimnem

W przypadku narzędzi o wysokiej precyzji i stabilności wymiarowej obróbka na zimno (-70°C) krótko po hartowaniu może nieznacznie zwiększyć twardość (0-1 HRC). Najlepiej wykonać ją w ciągu godziny od hartowania.

3.4 Hartowanie

Ten krok łagodzi stres i dostraja twardość i wytrzymałość. Typowe wyniki:

• 140-160°C Temperatur: 62-65 HRC
• 160-180°C Temperatur: 61-63 HRC
• 180-200°C Temperatur: 60-62 HRC
• 200-220°C Temperatur: 58-62 HRC

Wyższe temperatury odpuszczania jeszcze bardziej zmniejszają twardość. Podwójne odpuszczanie (np. 180°C, a następnie wyższa temperatura, np. 240°C) może znacznie poprawić wytrzymałość i żywotność narzędzia.

4. Właściwości mechaniczne stali 9SiCr

Ten właściwości mechaniczne 9SiCr w dużej mierze zależą od obróbki cieplnej. Po hartowaniu i odpuszczaniu w niskiej temperaturze oferuje wysoką twardość (może utrzymać około 60 HRC nawet po hartowaniu w temperaturze 300-400°C), dobrą hartowność i dobrą odporność na zużycie. Wytrzymałość na zginanie po hartowaniu w temperaturze 850°C wynosi około 2250 MPa. Jednak w przypadku niektórych bardzo wymagających prac jego wytrzymałość na ściskanie i odporność na zużycie mogą być niewystarczające.

5. Zastosowania stali narzędziowej 9SiCr

Jeśli chodzi o zastosowania, 9SiCr jest wszechstronnym wyborem dla matryc i narzędzi do obróbki na zimno wymagających wysokiej odporności na zużycie przy minimalnym odkształceniu podczas obróbki cieplnej. Typowe zastosowania obejmują:

• Narzędzia skrawające wolnoobrotowe (gdzie odporność na zużycie ma kluczowe znaczenie).
• Złożone matryce do obróbki na zimno: rozwiertaki ręczne, ostrza nożycowe, matryce do gwintowania, rolki do walcowania na zimno/prostowania, matryce do walcowania gwintów, matryce do głębokiego tłoczenia, matryce do tłoczenia, matryce do tłoczenia na zimno.
• Precyzyjne narzędzia pomiarowe i przyrządy pomiarowe.
• Małe i średnie matryce do tłoczenia, dziurkowania na zimno i wykrawania.
• Części formowane z tworzyw sztucznych (gdy stal węglowa nie jest wystarczająca).
• Matryce do wytłaczania na zimno i prasowania.
• Matryce krzywkowe, stemple, wykrojniki.
• Ciągarki, matryce formujące, matryce do wytłaczania, rolki.
• Kołki wypychające.
• Duże, skomplikowane, wysoce precyzyjne formy plastikowe.
• Ostrza nożyc (np. duże ostrza osiągające twardość 57-60 HRC z kontrolowaną deformacją poprzez hartowanie/odpuszczanie izotermiczne).

6. 9Porównania i rozważania dotyczące stali 9SiCr

W porównaniu do podstawowych węglowych stali narzędziowych, 9SiCr zapewnia lepszą hartowność, wytrzymałość i odporność na zużycie. Jego wady obejmują wrażliwość na odwęglenie podczas nagrzewania i stosunkowo wysoką twardość po wyżarzaniu.

• Jeśli wymagana jest jeszcze większa odporność na zużycie i wytrzymałość, można rozważyć gatunek Cr8MoWV3Si (z większą zawartością węgla i węglików).
• W przypadku dużych matryc, w których preferowana jest prostsza obróbka cieplna, alternatywą może być stal hartowana na powietrzu, np. 7CrSiMnMoV.
• Obróbka powierzchni (np. azotowanie w połączeniu z hartowaniem) może wydłużyć żywotność matryc 9SiCr w zastosowaniach takich jak kucie na zimno.
• Obróbka termomechaniczna może poprawić wytrzymałość i plastyczność, jeśli wymagana jest wysoka wytrzymałość na zginanie.

Ostatecznie określenie, czy 9SiCr jest właściwym wyborem, zależy całkowicie od konkretnych wymagań zastosowania — rodzaj operacji, obrabiany materiał, oczekiwana żywotność narzędzia i złożoność części to ważne czynniki. Możemy omówić Twoje konkretne potrzeby, aby upewnić się, że używasz najlepszego gatunku stali i obróbki cieplnej dla Twojej sytuacji.