Stal A2 i obróbka cieplna: kompletny przewodnik

Obróbka cieplna nie jest jedynie opcjonalnym krokiem Stal A2; konieczne jest opracowanie specyficznej kombinacji wysokiej twardości, odporności na zużycie i wytrzymałości wymaganej do skutecznego wykorzystania jako materiału narzędziowego i matrycowego. Bez odpowiedniej obróbki cieplnej stal A2 nie miałaby wytrzymałości i trwałości, aby niezawodnie działać w wymagających środowiskach produkcyjnych, co prowadziłoby do przedwczesnych awarii i wzrostu kosztów produkcji. Dlatego przestrzeganie dobrze zdefiniowanego i kontrolowanego cyklu obróbki cieplnej ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji żywotności i wydajności komponentów wykonanych ze stali narzędziowej A2.

A2 Właściwości mechaniczne i wydajność

Właściwości mechaniczne stali A2 zależą w dużym stopniu od stanu jej obróbki cieplnej.

Stan wyżarzany: obrabialność

Przed utwardzeniem w wyżarzany stan, A2 oferuje dobrą obrabialność. Jego ocena wynosi około 60% w porównaniu do stali narzędziowej węglowej 1% (ocenionej na 100%). Ułatwia to łatwiejsze początkowe kształtowanie i wytwarzanie narzędzi. Wyżarzone stale narzędziowe mają na ogół niższą twardość i wytrzymałość niż ich hartowany stan.

Stan zahartowania i odpuszczenia: optymalna równowaga

Prawdziwą wydajność A2 uzyskuje się po odpowiednim hartowanie i odpuszczanie. Proces ten rozwija silną kombinację:

• Odporność na zużycie: A2 zapewnia bardzo dobrą odporność na zużycie, lepszą niż stale odporne na wstrząsy (np. seria S).
• Wytrzymałość: Utrzymuje dobrą wytrzymałość (odporność na pękanie), lepszą niż stale o wysokiej zawartości chromu i dużej odporności na zużycie, takie jak D2Dzięki takiemu połączeniu jest on wytrzymały w zastosowaniach narażonych zarówno na ścieranie, jak i na umiarkowane uderzenia.
• Twardość: Typowa twardość robocza 58-60 HRC jest osiągalne po utwardzeniu (np. od 1775°F / 968°C) i hartowaniu na powietrzu. A2 może całkowicie utwardzić się w przekrojach do około 4,5 cala (114 mm).
• Stabilność wymiarowa: Ze względu na swoją naturę utwardzania na powietrzu, A2 wykazuje dobrą stabilność wymiarową podczas obróbki cieplnej. Zmiana rozmiaru jest stosunkowo niewielka i przewidywalna (około +0,001 cala/cala lub +0,10%), co upraszcza proces osiągania ostatecznych wymiarów narzędzia.
• Bezpieczeństwo podczas hartowania: Metoda A2 charakteryzuje się niezawodnością i bezpieczeństwem podczas procesu hartowania, minimalizując ryzyko w porównaniu do bardziej wymagających metod hartowania.

Rozważania dotyczące właściwości skrętnych

• Wytrzymałość i ciągliwość: Po utwardzeniu wytrzymałość na skręcanie stali A2 jest na ogół większa niż Stal narzędziowa O1, osiągając szczyt po odpuszczaniu w niskiej temperaturze (około 300°F / 150°C). Co ważne, w przeciwieństwie do O1, jego ciągliwość skrętna nie spada znacząco w tych niskich temperaturach odpuszczania.
• Energia uderzeniowa: Należy pamiętać, że energia uderzenia skrętnego może być minimalna, gdy hartowane jest w temperaturze około 500°F (260°C). Można uniknąć tego zakresu temperatur, jeśli zastosowanie obejmuje znaczne obciążenie udarowe skrętne. Jednak energia uderzenia bez karbu jest ogólnie dobra, gdy A2 jest hartowane w celu uzyskania wysokiej twardości.

Przewodnik po obróbce cieplnej stali narzędziowej A2

Osiągnięcie optymalnej wydajności i trwałości stali narzędziowej A2 zależy całkowicie od precyzyjnej i prawidłowo wykonanej obróbki cieplnej. Jako specjalista w dziedzinie stali narzędziowej z ponad 20-letnim doświadczeniem w kuciu, Aobo Steel udostępnia ten przewodnik, aby przedstawić podstawowe kroki skutecznej obróbki stali A2. Przestrzeganie tych procedur jest kluczowe dla uzyskania pożądanej twardości, wytrzymałości i stabilności wymiarowej.

Podgrzewanie wstępne

Podgrzanie wstępne jest pierwszym niezbędnym krokiem przed hartowaniem stali A2.

Zamiar:

• Zminimalizuj szok termiczny podczas wprowadzania stali do wyższych temperatur austenityzacji. Jest to szczególnie ważne w przypadku komponentów o znacznych różnicach grubości.
• Przygotowuje mikrostrukturę stali do nadchodzących przemian fazowych.
• Złagodzenie naprężeń szczątkowych powstałych w trakcie produkcji lub obróbki.

Procedura:

• Podgrzej stal A2 równomiernie do około 1200°F (650°C).
• Przed przystąpieniem do etapu austenityzacji należy upewnić się, że cała część osiągnęła tę temperaturę.

Austenityzowanie (hartowanie)

Na tym etapie struktura stali przekształca się w austenit, rozpuszczając węgiel i kluczowe pierwiastki stopowe w roztworze niezbędnym do hartowania.

Procedura:

• Podgrzać stal od temperatury wstępnego podgrzewania do zakresu temperatur hartowania 1750°F do 1800°F (955°C do 980°C). Częstym celem jest 1775°F (970°C).
• Czas namaczania: Utrzymywać stal w wybranej temperaturze austenityzacji przez 1 godzina na cal (25 mm) najgrubszego przekroju poprzecznego. Odpowiednie namoczenie jest kluczowe dla całkowitej transformacji.
• Kontrola atmosfery: Aby zapobiec odwęgleniu powierzchni (utracie węgla, co prowadzi do zmniejszenia twardości powierzchni), należy przeprowadzić austenityzację w kontrolowanym środowisku. Opcje obejmują:
  • Piec z atmosferą obojętną
  • Piec próżniowy
  • Kąpiel solna neutralna
  • Powszechną i skuteczną metodą ochrony jest również dokładne owinięcie części folią ze stali nierdzewnej.

Gaszenie

A2 to stal narzędziowa hartowana na powietrzu. Oznacza to, że uzyskuje twardość poprzez chłodzenie na powietrzu po austenityzacji.

Procedura:

• Wyjmij stal z pieca i pozwól jej ostygnąć nieruchome powietrze do temperatury pokojowej.
• Chłodzenie przekształca austenit w martenzyt, twarda mikrostruktura odpowiedzialna za odporność A2 na zużycie.
• Należy zadbać o to, aby szybkość chłodzenia była wystarczająca, by zapobiec tworzeniu się miękkich faz, zwłaszcza w rdzeniu większych przekrojów.
• Oczekiwany wynik: Twardość w stanie surowym zwykle osiąga ~64 HRC. Jednak stal w tym stanie jest bardzo krucha i zawiera naprężenia wewnętrzne.
• Zmiana wymiarowa: Oczekuje się ekspansji na poziomie ok. 0,001 cala/cala (0,001 mm/mm) podczas hartowania. Należy pamiętać, że złożone geometrie mogą prowadzić do pewnych zniekształceń.

Odpuszczanie

Hartowanie jest obowiązkowy krok bezpośrednio po hartowaniu. Zmniejsza kruchość i naprężenia wewnętrzne, znacznie zwiększając wytrzymałość stali.

Procedura:

• Podwójne hartowanie: A podwójne hartowanie obróbka jest zdecydowanie zalecana dla stali A2. Zapewnia ona maksymalne odprężenie, stabilność mikrostrukturalną i transformację wszelkiego pozostałego austenitu (nieprzekształconego austenitu pozostałego po hartowaniu), co jest krytyczne dla stabilności wymiarowej podczas eksploatacji.
• Temperatura: Wybierz temperaturę odpuszczania na podstawie pożądanego końcowego stosunku twardości do wytrzymałości, zwykle pomiędzy 375°F i 1000°F (190°C do 540°C)Niższe temperatury dają większą twardość, ale mniejszą wytrzymałość; wyższe temperatury zwiększają wytrzymałość, ale zmniejszają twardość. Powszechną praktyką jest pierwsze hartowanie wokół 400°F (205°C) i druga dookoła 375°F (190°C), ale dostosuj je do wymagań.
• Czas trwania: Utrzymywać stal w wybranej temperaturze odpuszczania przez co najmniej 2 godziny na cal (25 mm) najcieńszej sekcji dla każdy cykl hartowania. Pozostaw część do całkowitego ostygnięcia do temperatury pokojowej pomiędzy hartowaniami.

Łagodzenie stresu

Aby zminimalizować ryzyko odkształceń i pęknięć, odprężanie można stosować na różnych etapach.

Materiał nieutwardzony, łagodzący naprężenia

• W razie potrzeby przed hartowaniem (np. po ciężkiej obróbce mechanicznej) należy powoli podgrzewać do 1200°F–1250°F (649°C–677°C).
• Namoczyć na 2 godziny na cal grubości.
• Ostudzić powoli, najlepiej w piecu, do temperatury pokojowej.

Materiał utwardzony, łagodzący naprężenia

• Zaleca się to szczególnie po zabiegach na częściach hartowanych, np. po szlifowaniu, spawaniu lub obróbce elektroerozyjnej (EDM).
• Odpuść część w temperaturze około od 25°F do 50°F (od 14°C do 28°C) poniżej ostateczna temperatura hartowania stosowana poprzednio.

Ważne uwagi

• Bezpieczeństwo hartowania: Stal A2 zapewnia dobre bezpieczeństwo hartowania i generalnie wykazuje mniejsze odkształcenia niż stale hartowane w oleju.
• Atmosfera: Utrzymanie właściwej atmosfery pieca podczas austenityzacji ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania szkodliwym skutkom utlenianie i dekarburizacja.
• Austenit szczątkowy: Niewłaściwe hartowanie lub niewystarczające odpuszczanie (zwłaszcza pominięcie drugiego odpuszczania) może pozostawić austenit szczątkowy, co może prowadzić do potencjalnej niestabilności wymiarowej w przyszłości. Podwójne odpuszczanie skutecznie rozwiązuje ten problem.

Wpływ obróbki cieplnej na stal A2

Dlaczego obróbka cieplna ma znaczenie dla stali A2

Obróbka cieplna jest podstawowym procesem dla stali narzędziowej A2. Obejmuje ona starannie kontrolowane cykle nagrzewania i chłodzenia. Dlaczego to robimy? Aby zmienić wewnętrzną mikrostrukturę stali. Ta kontrolowana zmiana to sposób, w jaki osiągamy określone właściwości mechaniczne – takie jak twardość i wytrzymałość – wymagane do wymagających zastosowań. Zrozumienie tego procesu jest kluczowe dla uzyskania najlepszej wydajności stali A2.

Osiąganie twardości

Podstawowym sposobem zwiększenia twardości stali A2 jest gaszenie.

• Proces: Oznacza to podgrzanie stali do określonej temperatury austenityzowanie temperatury, a następnie szybkie jej schłodzenie. W przypadku stali A2, która jest stalą hartowaną na powietrzu, chłodzenie to zazwyczaj odbywa się w powietrzu.
• Wynik: Szybkie chłodzenie zmienia strukturę stali w martenzyt, która jest bardzo twarda. Zawartość węgla w stali A2 ma bezpośredni wpływ na maksymalną możliwą do osiągnięcia twardość.
• Wyzwanie: Choć stal jest twarda bezpośrednio po hartowaniu (w stanie schłodzonym) jest często zbyt kruchy dla większości zastosowań narzędziowych. Wymaga dalszej obróbki.

Rozwijanie wytrzymałości

Twardość jest ważna, ale narzędzia również potrzebują wytrzymałości – zdolności do przeciwstawiania się odpryskom lub pękaniu. Osiąga się to poprzez ruszenie.

• Proces: Po zahartowaniu stal jest podgrzewana do określonej temperatury poniżej punktu krytycznego, utrzymywana w tej temperaturze przez określony czas, a następnie chłodzona.
• Wynik: Odpuszczanie modyfikuje kruchą strukturę martenzytu, zmniejszając kruchość i znacznie zwiększając wytrzymałość.
• Saldo: Istnieje bezpośredni kompromis kontrolowany przez temperaturę odpuszczania.
  • Niższe temperatury odpuszczania skutkuje większą twardością, ale mniejszą wytrzymałością.
  • Wyższe temperatury odpuszczania zwiększyć wytrzymałość, ale zmniejszyć twardość.
  • Wybór odpowiedniej temperatury jest krytyczny dla spełnienia konkretnych wymagań zastosowania narzędzia. Dzięki naszemu doświadczeniu w Aobo Steel rozumiemy, jak ważna jest ta równowaga.

Zapewnienie stabilności wymiarowej

Obróbka cieplna wiąże się ze znacznymi zmianami temperatury, które mogą spowodować zmianę kształtu lub rozmiaru stali. Kontrola stabilność wymiarowa jest niezbędne.

• Wyzwania:
  • Nierównomierne ogrzewanie/chłodzenie: Może powodować odkształcenia, deformacje, a nawet pęknięcia, zwłaszcza w przypadku części o skomplikowanych kształtach lub grubych przekrojach.
  • Naprężenia hartownicze: Szybkie chłodzenie i zmiany struktury wewnętrznej podczas hartowania powodują naprężenia wewnętrzne, które mogą prowadzić do zmian wymiarowych.
• Rozwiązania:
  • Równomierne ogrzewanie: Prawidłowe podgrzewanie wstępne może pomóc w równomiernym nagrzaniu danej części.Kontrolowane chłodzenie: Hartowanie na powietrzu materiału A2 pomaga ograniczyć szok termiczny w porównaniu z hartowaniem w oleju lub wodzie
  stali. Nadal jednak kontrolowany przepływ powietrza może być potrzebny w przypadku większych przekrojów. Hartowanie: Ten proces również łagodzi niektóre
  • naprężenia wewnętrzne powstające podczas hartowania, co poprawia stabilność.
  • Zaawansowane techniki: Metody takie jak obróbka cieplna w próżni umożliwiają lepszą kontrolę wymiarów poprzez wyeliminowanie reakcji powierzchniowych, takich jak utlenianie i odwęglanie.

Podsumowanie: Dostosowywanie właściwości stali A2

Krótko mówiąc, obróbka cieplna stali narzędziowej A2 zazwyczaj obejmuje:

1. Austenityzowanie: Podgrzanie do odpowiedniej temperatury w celu przekształcenia struktury.
2. Gaszenie: Chłodzenie powietrzem w celu uzyskania wysokiej twardości poprzez formowanie martenzytu.
3. Ruszenie: Podgrzewanie w celu zrównoważenia twardości i wytrzymałości oraz złagodzenia naprężeń.