Stal narzędziowa A2 to wiodąca stal narzędziowa do obróbki na zimno, hartowana w powietrzu, średniostopowa, znana ze swoich zrównoważonych właściwości i znacznej osiągalnej twardości. Stal ta, będąca częścią Amerykański Instytut Żelaza i Stali Stal narzędziowa A2, należąca do systemu klasyfikacji AISI, zazwyczaj zawiera węgiel, chrom, molibden i wanad. Te pierwiastki stopowe przyczyniają się do jej doskonałej odporności na zużycie i wysokiej hartowności, umożliwiając hartowanie w powietrzu, co zapewnia dobrą stabilność wymiarową i minimalne odkształcenia podczas procesu hartowania. Twardość stali narzędziowej A2 w stanie surowym może być wysoka, a późniejsze odpuszczanie, często wykonywane w temperaturach około 204-232°C (400-450°F), dodatkowo poprawia jej mikrostrukturę poprzez przekształcenie austenitu szczątkowego i wspomaganie hartowania wtórnego. Ta staranna obróbka cieplna optymalizuje twardość stali narzędziowej A2, która zazwyczaj mieści się w zakresie od 58 do 64 HRC, dzięki czemu nadaje się ona do różnorodnych zastosowań, takich jak narzędzia ogólnego przeznaczenia, wykrojniki, matryce formujące, sprawdziany i precyzyjne narzędzia pomiarowe, zwłaszcza tam, gdzie kluczowe znaczenie ma połączenie odporności na ścieranie, dobrej udarności i niskich odkształceń.
Wpływ składu chemicznego na twardość stali narzędziowej A2
Skład stali narzędziowej A2 zawiera około 1,00% węgla, 5,00-5,25% chromu, 1,00-1,15% molibdenu, 0,20-0,25% wanadu oraz śladowe ilości manganu i krzemu.
Węgiel jest najważniejszym składnikiem stopowym, umożliwiającym stali A2 utwardzanie się podczas hartowania poprzez tworzenie martenzytu. Zwiększona zawartość węgla bezpośrednio koreluje z wyższą osiągalną twardością i zwiększoną odpornością na zużycie. Dzięki stosunkowo wysokiej zawartości węgla, stal A2 może osiągnąć wyższy poziom twardości po obróbce cieplnej.
Chrom, molibden, wanad i inne mocne węgliki tworzą różne węgliki cementytowe, takie jak bogate w wanad węgliki MC i bogate w chrom węgliki M7C3, których twardość znacznie przewyższa twardość samej osnowy stali. Te nierozpuszczone cząstki węglików są głównymi czynnikami decydującymi o wyjątkowej odporności stali A2 na zużycie.
Ponadto te składniki stopowe zapewniają stalom A2 wysoką hartowność, co pozwala na efektywne hartowanie poprzez chłodzenie powietrzem, a tym samym zmniejsza ryzyko odkształceń i pęknięć.
Jak uzyskać twardość: proces obróbki cieplnej A2
Proces obróbki cieplnej ma kluczowe znaczenie dla uzyskania optymalnych właściwości stali narzędziowej A2, a jego skuteczność znacząco wpływa na końcową twardość i ogólną wydajność narzędzia. Stal A2 jest klasyfikowana jako hartowana w powietrzu, średniostopowa stal narzędziowa do obróbki na zimno. Jej obróbka cieplna zazwyczaj obejmuje kilka etapów: austenityzację, hartowanie i odpuszczanie.
- Etap austenityzacji ma kluczowe znaczenie dla rozpuszczenia węglików stopowych i utworzenia jednorodnej struktury austenitu. W przypadku stali A2 zalecana temperatura hartowania (austenityzowania) wynosi około 950-970°C (1740-1775°F). Austenityzacja w tej optymalnej temperaturze zapewnia maksymalną twardość w stanie po hartowaniu, zazwyczaj sięgającą 64 HRC, dzięki niemal całkowitej przemianie w martenzyt podczas chłodzenia. Odchylenia od tej optymalnej temperatury mogą negatywnie wpłynąć na twardość: zbyt niska temperatura może pozostawić nierozpuszczone węgliki, zmniejszając hartowność, natomiast zbyt wysoka może prowadzić do nadmiernego rozpuszczenia węgla i pierwiastków stopowych, zwiększając ilość austenitu szczątkowego i w konsekwencji obniżając twardość. Temperatura austenityzacji wpływa również na wielkość ziarna austenitu.
- Po austenityzacji stal narzędziowa A2 jest hartowana w powietrzu. Chłodzenie w powietrzu to wolniejsza metoda hartowania, która pomaga zminimalizować szok termiczny, naprężenia wewnętrzne i odkształcenia w porównaniu z hartowaniem w oleju lub wodzie. Hartowanie w powietrzu ma jednak swoje ograniczenia; w przypadku stali A2 przekroje poprzeczne przekraczające 127 mm (5 cali) mogą nie osiągnąć pełnej twardości po schłodzeniu w powietrzu ze względu na masę spowalniającą hartowanie do punktu uniemożliwiającego prawidłową transformację. Po hartowaniu w powietrzu od właściwej temperatury hartowania można oczekiwać rozszerzenia się stali A2 o około 0,001 cala na cal (0,001 mm/mm).
- Odpuszczanie to ostatni krytyczny etap, wykonywany bezpośrednio po hartowaniu w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych, zwiększenia udarności i przekształcenia austenitu szczątkowego. Stale narzędziowe, takie jak A2, są rzadko stosowane w stanie zahartowanym ze względu na wysokie naprężenia wewnętrzne i niską udarność. Stal A2 zazwyczaj poddawana jest dwukrotnemu cyklowi odpuszczania. Pierwsze odpuszczanie odbywa się zazwyczaj w temperaturze 205°C (400°F) przez 2 godziny na każde 25 mm (1 cal) przekroju, co daje twardość około 60 HRC. Drugie odpuszczanie, zazwyczaj w nieco niższej temperaturze 190°C (375°F) z okresem odpoczynku w temperaturze pokojowej, dodatkowo uszlachetnia strukturę ziarna, zwiększa odporność na zużycie i redukuje austenit szczątkowy. Chociaż odpuszczanie zazwyczaj zmniejsza twardość szczytową, znacznie poprawia ogólną wydajność stali, zapewniając niezbędną równowagę między twardością a udarnością.
Tabela odpuszczania stali narzędziowej A2 (typowa twardość po odpuszczaniu)
| Temperatura hartowania | Twardość Rockwella C |
| Jak ugasić | 64 |
| 300 °F / 150 °C | 62 |
| 400 °F / 205 °C | 60 |
| 500 °F / 260 °C | 56 |
| 600 °F / 315 °C | 56 |
| 700 °F / 370 °C | 56 |
| 800 °F / 425 °C | 56 |
| 900 °F / 540 °C | 56 |
| 1000 °F / 540 °C | 56 |
| 1100 °F / 595 °C | 50 |
Twardość A2 w praktyce: Zalecana twardość HRC dla kluczowych zastosowań
Optymalna twardość narzędzia A2 zależy od sił, którym będzie ono poddawane podczas pracy. Zastosowania wymagające kontrolowanych, przewidywalnych sił mogą wymagać wyższej twardości w celu zapewnienia odporności na zużycie, natomiast w przypadku nieprzewidywalnych uderzeń wymagana jest większa wytrzymałość.
- Dla producentów narzędzi i matryc (tłoczenie, formowanie, dziurkowanie)W zastosowaniach narzędziowych i matrycowych, takich jak wykrawanie, tłoczenie i formowanie, stal narzędziowa A2 musi wytrzymywać wysokie obciążenia ściskające i zużycie ścierne podczas długotrwałych cyklów produkcyjnych. Chociaż wytrzymałość pomaga zapobiegać wykruszaniu się krawędzi skrawających, odporność na zużycie jest kluczowym czynnikiem decydującym o trwałości matrycy. W takich zastosowaniach wyższa twardość maksymalizuje żywotność matrycy. Zalecany zakres twardości wynosi 60–62 HRCTen zakres twardości zapewnia doskonałą odporność na zużycie i odkształcenia, jednocześnie w pełni wykorzystując wrodzoną, wyższą wytrzymałość stali narzędziowej A2.
- Dla producentów noży (noże myśliwskie, użytkowe, taktyczne). Używając stali narzędziowej A2 do produkcji narzędzi skrawających, należy znaleźć równowagę między utrzymaniem ostrości (odpornością na zużycie) a wytrzymałością, aby zapobiec odpryskiwaniu lub pękaniu podczas ciężkich zastosowań, takich jak podważanie lub rozłupywanie. Zalecany zakres twardości wynosi 59–61 HRCTa seria zapewnia odpowiednie utrzymanie krawędzi skrawającej, a jednocześnie gwarantuje odpowiednią wytrzymałość korpusu narzędzia w przypadku nieprzewidywalnych naprężeń, co gwarantuje niezawodność.
- Dla stolarzy (dłuta, strugi)Stal narzędziowa A2, stosowana w narzędziach do obróbki drewna, musi umożliwiać szlifowanie do uzyskania niezwykle ostrej krawędzi i utrzymywać tę ostrość przez długi czas podczas cięcia ściernych włókien drewna. Ponieważ siły nacisku są kontrolowane i przewidywalne, utrzymanie ostrości staje się priorytetem. Zalecany zakres twardości wynosi 60–62 HRC.
Wniosek
Twardość stali narzędziowej A2 nie jest stała, lecz można ją precyzyjnie kontrolować. Dzięki procesom obróbki cieplnej, szczególnie na etapie odpuszczania, operatorzy mogą regulować mikrostrukturę stali, aby uzyskać twardość w zakresie 57-62 HRC. W przypadku pytań dotyczących stali narzędziowej A2 prosimy o kontakt w dogodnym dla Państwa terminie.
