Wady i zapobieganie kutej stali narzędziowej

Nasza firma, Aobo Steel, głównie dostarcza kutą stal narzędziową. W tym artykule omówimy problemy, z którymi się zetknęliśmy podczas kucia stali i jak ich uniknąć. Zazwyczaj kute są okrągłe pręty stalowe o średnicy 70 mm lub większe. Pręty mniejsze niż 70 mm są walcowane na gorąco. Kucie jest stosowane do płyt o grubości 30 mm lub większej, a walcowanie na gorąco jest stosowane do grubości poniżej 30 mm.

Proces produkcji stali narzędziowej kutej

Płynna stal jest wlewana do form wlewkowych i krzepnie w stalowych sztabkach. Sztabki stali narzędziowej ważą zazwyczaj od 0,5 do 10 ton. Gdy potrzebne jest przetopienie i rafinacja, sztabki te służą jako materiał bazowy do procesów takich jak ESR (Electroslag Remelting). Następnie kuźnia je. Dowiedz się więcej o Co to jest ESR

Inżynierowie nazywają stosunek początkowego przekroju poprzecznego wlewka stali do jego powierzchni po kuciu współczynnikiem kucia. Wraz ze wzrostem współczynnika kucia proces rozbija mikrostrukturę na drobniejsze ziarna i eliminuje małe defekty, poprawiając wytrzymałość i ciągliwość. Mówiąc ogólnie, gdy współczynnik kucia przekroczy 5, wytrzymałość prawie się nasyca. Uważamy współczynnik kucia 5 za wartość minimalną.

Wady i zapobieganie

Wady sztabek

1. Segregacja

Segregacja ma miejsce, gdy skład chemiczny wlewka stali i zanieczyszczenia rozkładają się nierównomiernie podczas krzepnięcia. Selektywna krystalizacja, zmiany rozpuszczalności, różnice gęstości i wahania szybkości przepływu powodują nierównomierne rozłożenie.

Różne elementy rozpuszczają się w różny sposób w różnych temperaturach zarówno w fazie stałej, jak i ciekłej. Zmienne gradienty temperatury powodują różną krystalizację. Skurcz podczas krzepnięcia i reakcji chemicznych również prowadzi do segregacji. Czynniki te powodują nierównomierny rozkład składników zarówno w skali makro, jak i mikro.

Segregacja powoduje nierównomierne właściwości mechaniczne i może prowadzić do defektów pękania. Kucie, rekrystalizacja, dyfuzja w wysokiej temperaturze i obróbka cieplna po kuciu eliminują segregację dendrytyczną w stalowych wlewkach. Jednak segregacja strefowa opiera się eliminacji przez obróbkę cieplną. Inżynierowie mogą ją ujednolicić tylko poprzez powtarzające się procesy deformacji i ciągnienia.

2. Włączenia

Związki niemetaliczne, które nie rozpuszczają się w matrycy metalowej, nazywane są wtrąceniami niemetalicznymi. Typowe wtrącenia niemetaliczne obejmują siarczki, tlenki i krzemiany. Wtrącenia możemy podzielić na dwa typy: wewnętrzne i zewnętrzne. Wtrącenia wewnętrzne powstają podczas wytopu i odlewania w wyniku reakcji chemicznych. Wtrącenia zewnętrzne pochodzą ze źródeł zewnętrznych. Obejmują piasek, materiały ogniotrwałe i fragmenty pieca. Ich obecność szkodzi procesowi kucia na gorąco. Obniża również jakość odkuwki. Wtrącenia zakłócają ciągłość metalu. Pod wpływem naprężeń powodują koncentracje naprężeń. Koncentracje te prowadzą do mikroskopijnych pęknięć. Mogą nawet stać się źródłem uszkodzenia zmęczeniowego w odkuwce.

3. Gazy i pęcherzyki

Ciekła stal rozpuszcza wiele gazów, w tym wodór, azot i tlen. Ich rozpuszczalność jest znacznie wyższa w ciekłej stali niż w stali stałej. Kiedy sztabka krzepnie, uwalnia większość gazu. Jednak część gazu pozostaje wewnątrz lub pod powierzchnią sztabki. Gaz ten tworzy bąbelki.

Pęcherzyki wewnątrz wlewka mogą być kute i spawane, jeśli pozostają zamknięte lub jeśli ich wewnętrzne ściany pozostają nieutlenione. Natomiast pęcherzyki pod powierzchnią często powodują pęknięcia.

Typowymi gazami resztkowymi w stalowych wlewkach są tlen, azot i wodór. Tlen i azot tworzą tlenki i azotki, gdy stal krzepnie. Te związki tworzą wtrącenia. Wodór jest najbardziej szkodliwym gazem w stali.

4. Komora skurczowa i porowatość

Podczas krzepnięcia wlewka następuje skurcz fizyczny, a w niektórych obszarach tworzą się puste przestrzenie bez uzupełniania ciekłej stali. Komora skurczowa pojawia się w osiowym środku głowicy wlewka, gdzie krzepnięcie następuje jako ostatnie; ta wada jest nieunikniona, ponieważ ciekła stal nie może wypełnić pustej przestrzeni. Struktura formy i proces wlewania wpływają na rozmiar i lokalizację komory, a nieodpowiednia forma lub słaba izolacja górna mogą spowodować, że do korpusu wlewka wpadnie wtórna komora (rura).

Kowalowie zazwyczaj odcinają komorę skurczową i nadlew podczas kucia, ponieważ jeśli ją pozostawią, nie można jej zespawać, co powoduje pęknięcia wewnętrzne i złom. Porowatość powstaje z międzykrystalicznych pustych przestrzeni utworzonych przez skurcz końcowego krzepnięcia i z mikroporów wytwarzanych przez wytrącanie gazu. Pory te powiększają się w obszarach segregacji i pozostają jako małe dziurki w obszarach dendrytycznych, co obniża gęstość wlewka, przerywa ciągłość metalu i zmniejsza właściwości mechaniczne kutej części. W związku z tym kowalowie muszą stosować duże odkształcenia podczas kucia, aby wyeliminować porowatość.

Niewłaściwe kucie

1. Pęknięcia kucia spowodowane niewłaściwym nagrzewaniem

Przegrzanie lub nierównomierne nagrzewanie powoduje przegrzanie lub miejscowe lub całkowite spalenie odkuwki, co powoduje zwiększenie grubości ziaren i utlenienie lub stopienie granic ziaren, a w rezultacie pęknięcie odkuwki lub powierzchni;
Jeżeli szybkość nagrzewania jest zbyt duża, różnica temperatur między powierzchnią i wnętrzem odkuwki jest zbyt duża, co powoduje duże naprężenie cieplne i pękanie;
Załóżmy, że temperatura nagrzewania jest zbyt niska lub czas utrzymywania jest zbyt krótki. W takim przypadku różnica temperatur między wnętrzem a zewnętrzem jest duża, co powoduje duże naprężenie cieplne. Naprężenie to prowadzi do pęknięć centralnych lub poprzecznych na krawędziach lub płaskich powierzchniach odkuwki ze względu na dużą odporność na odkształcenia i zmniejszoną plastyczność.

2. Pęknięcia spowodowane nieprawidłową deformacją kucia

Załóżmy, że siła młotkowania jest zbyt duża, wielkość odkształcenia jest zbyt duża w jednym uderzeniu, a prędkość odkształcenia jest zbyt duża. W takim przypadku wewnętrzne naprężenie rozciągające wzrośnie z powodu dużej różnicy odkształcenia między powierzchnią a rdzeniem odkuwki. Jest to podatne na powstawanie pęknięć poprzecznych na wewnętrznej lub przedniej i tylnej powierzchni końcowej. Duże i nadmierne odkształcenie może spowodować wzrost temperatury rdzenia i jego przegrzanie, co prowadzi do pęknięć.

3. Wpływ niewłaściwej końcowej temperatury kucia na jakość kucia

Końcowa temperatura kucia ma bezpośredni wpływ na jakość odkuwek matrycowych. Jeśli końcowa temperatura kucia jest zbyt wysoka, ziarna będą nadal rosły podczas procesu chłodzenia, co obniży właściwości mechaniczne stali. Jeśli końcowa temperatura kucia jest zbyt niska, w warunkach słabej plastyczności w niskiej temperaturze, nadmierne uderzenia młotka mogą spowodować natychmiastowe pęknięcia kuźni. Ogólnie rzecz biorąc, końcowa temperatura kucia powinna być nieco wyższa niż temperatura Ar lub Ar, aby zapewnić, że kucie odbywa się w obszarze jednofazowym o stosunkowo jednorodnej plastyczności i stanie naprężenia.

4. Wpływ niewłaściwego chłodzenia na jakość części kutych

Niektóre stale narzędziowe do obróbki na zimno, takie jak: Stal narzędziowa D3, mają wysoką zawartość stopu i dobrą przepuszczalność. Mogą ulec przemianie martenzytycznej po schłodzeniu powietrzem z wysokich temperatur. Pod wpływem łącznego działania naprężeń wewnętrznych i szczątkowych od odkształcenia stale te są podatne na pękanie wzdłużne, jeśli nie są powoli chłodzone po kuciu. W przypadku takich stali narzędziowych konieczne są metody powolnego chłodzenia, takie jak chłodzenie piaskiem, chłodzenie popiołem, chłodzenie w piecu lub natychmiastowe wyżarzanie po kuciu.

5. Białe plamy pojawiające się po kuciu

Dzieje się tak przede wszystkim w modułach o dużych przekrojach, wykonanych ze średniowęglowego i niskostopowego materiału, takich jak 1.2714 stal narzędziowa, a czasami także w niskowęglowych średniostopowych stalach utwardzanych wydzieleniowo. Głównym powodem jest nadmierna ilość wodoru w stali, w połączeniu z szybkim chłodzeniem w niskich temperaturach (150-250℃) po kuciu, co prowadzi do kruchego pękania i powstawania białych plam (pęknięć) w stali. Obecność białych plam obniża właściwości mechaniczne stali i może prowadzić do pęknięć hartowniczych. Jeśli zostaną wykryte białe plamy, należy zwiększyć współczynnik kucia, a duży przekrój należy przekuć na mniejszy przekrój, aby spróbować zespawać pęknięcia. W przeciwnym razie stal z białymi plamami należy odrzucić.

O stalach narzędziowych kutych firmy Aobo Steel

Aobo Steel ma ponad dwudziestoletnie doświadczenie w produkcji stali narzędziowej do kucia, zlokalizowanej w Huangshi, głównym miejscu produkcji stali matrycowej w Chinach. Mamy bogate doświadczenie w produkcji typowej stali narzędziowej, takiej jak Stal narzędziowa D2 , Stal narzędziowa D3 , Stal narzędziowa A2 , Stal narzędziowa H11 , Stal narzędziowa H13 , itd. Posiadamy również możliwości badawczo-rozwojowe w zakresie niestandardowej stali narzędziowej.