Stal narzędziowa A2 Przegląd techniczny

Stal A2 to uniwersalna, hartowana na powietrzu stal narzędziowa. Jest znana z dobrego zrównoważenia odporności na ścieranie, wytrzymałości i ciągliwości. A2 oferuje większą odporność na ścieranie niż odporne na wstrząsy stale serii „S” oraz lepszą wytrzymałość i ciągliwość niż odporne na zużycie stale serii „D”. Pod względem chemicznym zazwyczaj zawiera węgiel, molibden, chrom i wanad. Kluczową cechą stali A2 jest jej stabilność wymiarowa podczas obróbki cieplnej, przy stosunkowo niskich odkształceniach. Ze względu na te właściwości jest szeroko stosowana w różnych zastosowaniach narzędziowych.

1. Skład chemiczny stali narzędziowej A2

2. Właściwości mechaniczne stali A2

3. Zastosowania stali A2

A2 to bardzo wszechstronna stal narzędziowa o wielu zastosowaniach, zwłaszcza w narzędziach do obróbki na zimno. Nadaje się do różnych celów ze względu na swoje kluczowe właściwości, w tym dobrą równowagę odporności na zużycie i wytrzymałości, dobrą stabilność wymiarową podczas hartowania w powietrzu i umiarkowaną obrabialność.

Poniżej przedstawiono szczegółowe zastosowania stali A2 ze względu na jej właściwości:

• Wykrojniki i dziurkarki:Wysoko odporna na ścieranie stal A2 jest idealnym materiałem na wykroje, szczególnie w dużych ilościach produkcyjnych, zwłaszcza tam, gdzie będzie używana walcowana na gorąco, nietrawiona stal. Jest najszerzej stosowana w takich zastosowaniach, dobry kompromis między zużyciem a pękaniem.
• Matryce formujące:Dobre połączenie odporności na zużycie i wytrzymałości sprawia, że materiał ten jest przydatny w wielu operacjach formowania. Dotyczy to zastosowań, w których matryca musi być odporna zarówno na zużycie ścierne, jak i naprężenia formujące.

• Dziurki： Stal A2 jest preferowana do stempli ze względu na jej wytrzymałość, która jest zwykle ważniejsza w zastosowaniach stempli niż ekstremalna odporność na zużycie. Chociaż odporność na zużycie nie jest niedoceniana, gatunki takie jak D2 mogą nie posiadać odpowiedniej wytrzymałości dla dobrego stempla.

• Ostrza nożycowe:A2 można stosować do produkcji ostrzy nożyc, gdy wymagana jest umiarkowana odporność na zużycie i duża wytrzymałość na siły tnące.

• Matryce do walcowania gwintów:Stal A2 jest jedną z opcji dla matryc do walcowania gwintów. Zapewni przyzwoitą żywotność, choć nie taką samą jak bardziej odporne na zużycie gatunki, np. D2 lub M2, w przypadku długich serii produkcyjnych.

• Wskaźniki:Stal A2 charakteryzuje się stabilnością wymiarową po hartowaniu w powietrzu, co czyni ją idealną do stosowania w precyzyjnych przyrządach pomiarowych, w których ważne jest zachowanie dokładnych wymiarów.

• Komponenty maszyn:Stal A2 może być stosowana do elementów maszyn, takich jak krzywki, wały i wrzeciona. Elementy te wymagają dobrej równowagi między wytrzymałością, umiarkowaną odpornością na zużycie i dobrą stabilnością wymiarową.

• Formy wtryskowe z tworzyw sztucznych:Czasami preferowane są stale nierdzewne martenzytyczne, ale do form wtryskowych do tworzyw sztucznych można stosować stal A2, szczególnie w obszarach, w których wymagane jest połączenie dobrej odporności na zużycie i dobrej stabilności wymiarowej.

• Gorące matryce do nagłówków śrub, matryce do zagniatania, i Nitownice:Niektóre źródła klasyfikują je jako typy odporne na wstrząsy, jednak wytrzymałość i twardość A2 pozwala na zastosowania wymagające połączenia odporności na zużycie i odkształcenia.

• Matryce do bicia monet:Stal A2 może być wykorzystywana do normalnych projektów monet, które wymagają ścisłej replikacji wymiarowej. Zapewnia ona uczciwe połączenie odporności na ściskanie i stabilności wymiarowej.

4. Stal A2 obróbka cieplna

4.1 Podgrzewanie wstępne:

• Zazwyczaj proces rozpoczyna się od nagrzania do około 1200°F (650°C). Jest to niezbędny krok, aby umożliwić wyrównanie ciepła w części i uwolnić naprężenia, zanim metal stanie się zbyt miękki.
• Często zaleca się wstępne podgrzanie przez 10–15 minut.

4.2 Austenityzowanie (Hartowanie):

• Po podgrzaniu wstępnym stal doprowadzana jest do temperatury hartowania, która w przypadku stali A2 wynosi zwykle około 1775°F (970°C).
• W tej temperaturze stal przekształca się w austenit, w którym węgiel i pierwiastki stopowe tworzą jednorodny roztwór.
• Czas namaczania w tej temperaturze austenityzacji musi być podany, aby umożliwić całkowite i równomierne przekształcenie przekroju części w austenit. Ogólny czas namaczania wynosi 1 godzinę na cal (25 mm) grubości. Zbyt długie namaczanie może również powodować problemy.

4.3 Hartowanie:

• Stal A2 jest stalą hartowaną na powietrzu. Oznacza to, że jest ona zazwyczaj chłodzona powietrzem do zakresu od temperatury austenityzacji w celu uzyskania hartowania.
• Szybkość chłodzenia jest kluczowa dla przekształcenia austenitu w martenzyt.
• Aby zapobiec tworzeniu się osadu, stal nie powinna mieć kontaktu z atmosferą, dopóki nie straci widocznego czerwonego ciepła.
• W przypadku większych przekrojów (powyżej około 5 cali lub 127 mm) powietrze nie wystarczy do uzyskania pełnej twardości i w takich przypadkach można zastosować alternatywne metody hartowania, takie jak hartowanie w oleju. Nie jest to jednak normalny przypadek użycia w przypadku stali narzędziowej A2.

4.4 Hartowanie:

• Struktura martenzytu utworzona w wyniku hartowania jest twarda, ale także krucha i ma naprężenia wewnętrzne. Odpuszczanie łagodzi te naprężenia i zwiększa wytrzymałość.
• Odpuszczanie polega na podgrzaniu stali do średniej temperatury, wygrzaniu jej przez pewien czas i schłodzeniu, często na powietrzu.
• Pierwsza temperatura odpuszczania dla stali A2 wynosi około 400°F (205°C).
• Cykl odpuszczania zwykle obejmuje wytrzymywanie najcieńszego przekroju w temperaturze odpuszczania przez 2 godziny na cal (25 mm).
• Dlatego też, drugie hartowanie jest zazwyczaj sugerowane dla większości stali narzędziowych, takich jak A2; struktura ziarna może być dalej udoskonalona, uzyskana odporność na zużycie i zapewnione dodatkowe odprężenie. W naszej praktyce, jeśli drugie hartowanie jest stosowane do A2, jest ono zwykle wykonywane w temperaturze o około 25°F (14°C) niższej niż pierwsze i przez ten sam czas (2 godziny na cal najcieńszego przekroju). Na przykład, drugie hartowanie może być w 375 °F (190 °C).

4.5 Ważne uwagi:

• Stabilność wymiarowa podczas obróbki cieplnej: Jak wspomniano wcześniej, jedną z zalet stali A2 jest dobra stabilność wymiarowa podczas obróbki cieplnej — podczas hartowania w powietrzu można spodziewać się rozszerzenia o 0,001 cala/cala (0,001 mm/mm). Jednak odkształcenia mogą nadal występować z powodu zmian w geometrii części i nierównomiernego nagrzewania lub chłodzenia.

• Austenit szczątkowy: Może istnieć pewna ilość austenitu szczątkowego (austenitu, który nie został przekształcony w martenzyt w wyniku tego hartowania). To powiedziawszy, odpuszczanie na etapie drugim, w szczególności, przekształca austenit szczątkowy w bardziej stabilne formy, zwiększając tym samym stabilność wymiarową.

• Prostowanie: W razie potrzeby, po ostygnięciu materiału, ale przed osiągnięciem przez niego pełnego utwardzenia, element ze stali A2 można wyprostować, gdy temperatura przekroczy 205°C (400°F).

Kalibracja pieca i atmosfera — Prawidłowo skalibrowany piec jest kluczowy dla uzyskania optymalnych rezultatów. Ponadto obróbka cieplna stali A2 powinna być, w idealnym przypadku, wykonywana w atmosferze neutralnej, próżni lub środowisku pieca z neutralną solą, aby zapobiec odwęgleniu. Owinięcie folią ze stali nierdzewnej może również służyć jako ochrona powierzchni podczas nagrzewania.

Postępując zgodnie z poniższymi krokami i stosując się do zalecanych temperatur i czasów, możesz skutecznie poddać stal A2 obróbce cieplnej, aby uzyskać pożądany balans twardości, wytrzymałości i odporności na zużycie odpowiedni do zastosowań w Twoim zakładzie.

5. Porównanie stali A2 i innych stali

A2 kontra D2

Poniższa tabela przedstawia ilościowe porównanie parametrów stali narzędziowych A2 i D2, obejmujące hartowanie i stabilność wymiarową, odporność na zużycie, wytrzymałość, obrabialność i zastosowania.

A2VS O1

Poniższy wykres przedstawia ilościowe porównanie wydajności A2 i Stal narzędziowa O1, w tym odporność na zużycie, stabilność wymiarowa, hartowność, obrabialność, wytrzymałość oraz koszty i dostępność.