STAL NARZĘDZIOWA D3 | 1.2080 | skd1

3. Obróbka cieplna

Kompleksowa stal narzędziowa D3 obróbka cieplna protokół obejmuje cztery podstawowe etapy: podgrzewanie wstępne, austenityzowanie (hartowanie), hartowanie i odpuszczanie. Każdy etap odgrywa istotną rolę w osiągnięciu pożądanej struktury metalurgicznej i właściwości mechanicznych.

3.1 Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne stanowi kluczowy etap przygotowawczy w cyklu obróbki cieplnej stali narzędziowej D3, zwłaszcza w przypadku stali typu D, takich jak D3, które charakteryzują się stosunkowo niską przewodnością cieplną.

• Cel: Jego głównymi funkcjami są minimalizacja szoku termicznego, gdy narzędzie jest poddawane wysokim temperaturom austenityzacji, co zmniejsza ryzyko odkształceń lub pęknięć. Podgrzewanie wstępne pomaga również złagodzić niektóre naprężenia szczątkowe z poprzednich operacji obróbki.
• Zalecenie dla stali D3: Zalecamy wstępne podgrzanie stali narzędziowej D3 do zakresu temperatur 650–705°C (1200–1300°F). Powszechną praktyką jest utrzymywanie temperatury 650°C (1200°F) przez około 10–15 minut lub do momentu równomiernego podgrzania części.
• Szybkość nagrzewania: Kontrolowana, wolna szybkość nagrzewania jest ogólnie preferowana. Szybkie nagrzewanie może powodować znaczne różnice temperatur między powierzchnią a rdzeniem narzędzia, co może prowadzić do zniekształceń lub pęknięć.

3.2 Austenityzowanie (hartowanie)

Austenityzowanie jest podstawową fazą hartowania obróbki cieplnej stali narzędziowej D3. Podczas tego etapu wyżarzana mikrostruktura (głównie ferryt i węgliki) przekształca się w austenit, a krytyczne węgliki stopowe rozpuszczają się, aby uzyskać twardość stali i jej właściwości ścierne.

• Proces: W przypadku stali D3, która ma wysokie stężenie węglików chromu, austenityzacja jest przeprowadzana w dwufazowym polu austenit-węglik.
• Temperatura dla stali D3: Stal narzędziowa D3 jest zazwyczaj austenityzowana w nieco niższej temperaturze niż D2, zazwyczaj około 960°C (1760°F). D2, dla porównania, jest często obrabiana w temperaturze 1020°C (1870°F).
• Czas utrzymywania: Stal musi być utrzymywana w temperaturze austenityzacji wystarczająco długo, aby rdzeń osiągnął docelową temperaturę i nastąpiło odpowiednie rozpuszczenie węglika, co zapewni równomierne nagrzewanie w całym przekroju.
• Krytyczne rozważania: Prawidłowe austenityzacja jest niezbędna do uzyskania wysokiej twardości po hartowaniu. Należy unikać przegrzania, ponieważ nadmierne temperatury mogą prowadzić do grubych ziaren, zgrubienia węglików i wzrostu austenitu szczątkowego, co negatywnie wpływa na wytrzymałość i stabilność wymiarową. Stosowanie neutralnych atmosfer, folii ochronnej lub kąpieli solnych podczas austenityzacji jest ważne, aby zapobiec odwęgleniu powierzchni lub tworzeniu się zgorzeliny.

3.3 Hartowanie

Po austenityzacji, gaszenie jest kontrolowanym procesem chłodzenia w obróbce cieplnej stali narzędziowej D3, mającym na celu przekształcenie austenitu w twardy martenzyt.

• Medium hartownicze dla stali D3: W przeciwieństwie do wielu innych stali typu D, które są hartowane na powietrzu, stal narzędziowa D3 jest zazwyczaj hartowana w oleju. Hartowanie w oleju zapewnia szybkość chłodzenia, która jest mniej surowa niż w wodzie lub solance, co pomaga zminimalizować odkształcenia i ryzyko pękania, chociaż D3 pozostaje bardziej podatna na odkształcenia niż gatunki hartowane na powietrzu.
• Procedura chłodzenia: Część powinna być chłodzona w zakresie formowania martenzytu. Przed przystąpieniem do odpuszczania, kluczowe jest schłodzenie elementu do temperatury zbliżonej do temperatury otoczenia, najlepiej w zakresie 66-93°C (150-200°F).
• Czas ma kluczowe znaczenie: Nie należy dopuścić do całkowitego ostygnięcia hartowanej części ze stali D3 do temperatury pokojowej i pozostawienia jej na dłuższy czas (zwykle odradza się odpuszczanie na dłużej niż 2 godziny) przed odpuszczaniem. Opóźnienie odpuszczania może sprawić, że stal stanie się wyjątkowo krucha i podatna na pękanie i niestabilność.

3.4 Hartowanie

Odpuszczanie jest niezbędnym ostatnim etapem obróbki cieplnej stali narzędziowej D3. Stal D3 po hartowaniu jest niezwykle twarda, ale także bardzo krucha i przenosi duże naprężenia wewnętrzne.

• Cel: Odpuszczanie usuwa te wewnętrzne naprężenia, znacznie zwiększa wytrzymałość i pozwala na precyzyjną regulację końcowej twardości.
• Wielokrotne hartowanie stali D3: W przypadku stali wysokowęglowych i wysokochromowych, takich jak D3, zdecydowanie zaleca się przeprowadzanie wielokrotnych cykli hartowania (podwójne lub nawet potrójne hartowanie). Praktyka ta pomaga udoskonalić strukturę ziarna, dodatkowo poprawia odporność na zużycie i ułatwia transformację austenitu szczątkowego.
• Temperatury i twardość: Aby uzyskać typową docelową twardość wynoszącą około 60 HRC, stal D3 jest często odpuszczana w niższych temperaturach, około 200°C (390°F).
• Zakres hartowania wtórnego: Odpuszczanie w zakresie hartowania wtórnego (zwykle 400-600°C dla stali stopowych) może być również korzystne. Sprzyja to przemianie austenitu szczątkowego i wytrącaniu drobnych węglików stopowych, co może zwiększyć twardość na gorąco i odporność na odpuszczanie, chociaż odporność na odpuszczanie D3 jest bardziej ograniczona w porównaniu ze stalami o wyższej zawartości molibdenu (Mo) i wanadu (V).
• Czas trzymania: Standardowy czas odpuszczania wynosi 2 godziny na cal (25 mm) grubości narzędzia w określonej temperaturze. Części powinny być chłodzone do temperatury pokojowej pomiędzy każdym cyklem odpuszczania. Skuteczne odpuszczanie jest absolutnie niezbędne dla żywotności i wydajności elementów ze stali narzędziowej D3.

3.5 Kluczowe zagadnienia dotyczące obróbki cieplnej stali narzędziowej D3

• Austenit szczątkowy: Ze względu na wysoką zawartość węgla stal D3 może mieć austenit szczątkowy po hartowaniu. Podstawową metodą jego przekształcenia są wielokrotne cykle odpuszczania. W przypadku zastosowań wymagających maksymalnej stabilności wymiarowej lub absolutnego minimum austenitu szczątkowego, można zastosować obróbkę w temperaturze poniżej zera lub kriogeniczną po hartowaniu (i zazwyczaj przed ostatecznym odpuszczaniem). Po tych obróbkach należy natychmiast wykonać odpuszczanie.
• Stabilność wymiarowa: stal narzędziowa D3 ma dobrą stabilność wymiarową, przy oczekiwanym wzroście zwykle około ±0,0005 in./in. (lub ±0,05%). Prawidłowe podgrzewanie wstępne, kontrolowane szybkości nagrzewania i chłodzenia oraz dokładne wielokrotne odpuszczanie są niezbędne do zminimalizowania zmian wymiarowych.
• Wytrzymałość: Należy zauważyć, że stal D3 ma ogólnie niższą wytrzymałość w porównaniu do stali D2, głównie ze względu na wyższą zawartość węgla. Parametry obróbki cieplnej stali narzędziowej D3 muszą być starannie dobrane, aby zrównoważyć odporność na zużycie z odpowiednią wytrzymałością dla zamierzonego zastosowania.
• Obróbka powierzchni: Aby zwiększyć twardość powierzchni i odporność na zużycie, elementy ze stali narzędziowej D3 można poddać obróbce powierzchni, takiej jak azotowanie lub obróbka metodą dyfuzji cieplnej (TD), po wstępnej obróbce cieplnej.