Stal narzędziowa H10 | 1.2365 | SKD7

3. H10 Obróbka cieplna stali narzędziowej

Stal narzędziowa H10, wytrzymała stal narzędziowa do obróbki na gorąco na bazie chromu z serii H, została zaprojektowana do wymagających zastosowań, takich jak kucie na gorąco, wytłaczanie i odlewanie ciśnieniowe. Jej wydajność w ekstremalnych temperaturach roboczych, zwykle od 315°C do 650°C (od 600°F do 1200°F), w dużej mierze opiera się na precyzyjnej obróbce cieplnej. 

3.1 Krytyczne kroki w obróbce cieplnej H10

Osiągnięcie szczytowej wydajności stali narzędziowej H10 obejmuje kilka odrębnych i istotnych etapów. Każdy etap musi być starannie kontrolowany, aby uzyskać pożądaną mikrostrukturę i właściwości mechaniczne.

3.2 Wyżarzanie

Wyżarzanie jest zazwyczaj pierwszym krokiem dla stali narzędziowej H10. Jest ono kluczowe dla zmiękczenia stali, aby ułatwić obróbkę i stworzyć jednolitą mikrostrukturę do późniejszej obróbki cieplnej.

• Zamiar: Zmiękczenie stali, aby ułatwić jej obróbkę skrawaniem i uzyskać jednorodną mikrostrukturę.
• Zalecana temperatura: Od 845°C do 900°C (od 1550°F do 1650°F).
• Procedura chłodzenia: Zaleca się powolne schładzanie w tempie około 22°C na godzinę (40°F na godzinę).
• Docelowa twardość: Celem jest uzyskanie twardości po wyżarzaniu wynoszącej 192–229 HB.
• Wynikowa mikrostruktura: Prawidłowo wyżarzany H10 będzie zawierał sferoidyzowane węgliki rozproszone w matrycy ferrytowej, co jest idealne do efektywnego austenit kształtowanie i rozdrabnianie ziarna w trakcie hartowania.

3.3 Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne jest kluczowym etapem przed hartowaniem. Znacznie zmniejsza szok termiczny, minimalizując odkształcenia lub pęknięcia, gdy narzędzie wchodzi do pieca wysokotemperaturowego.

• Zamiar: Aby zredukować szok termiczny, zmniejszyć ryzyko odkształceń/pęknięć, zmniejszyć naprężenia związane z obróbką skrawaniem i skrócić czas przebywania w piecu austenityzacji o wysokiej temperaturze.
• Typowa temperatura: Około 815°C (1500°F) jest powszechne. Etapowe podgrzewanie wstępne może być również korzystne.
• Czas trwania: Upewnij się, że cały przekrój narzędzia jest równomiernie nagrzany.

3.4 Austenityzowanie (hartowanie)

Austenityzowanie (lub hartowanie) polega na nagrzaniu stali narzędziowej H10 do precyzyjnie wysokiej temperatury. Przekształca to jej mikrostrukturę w austenit i rozpuszcza niezbędne węgliki stopowe, kluczowe dla twardości i wtórnych właściwości hartowniczych podczas odpuszczania.

• Zamiar: Przekształcenie struktury stali w austenit i rozpuszczenie niezbędnych pierwiastków stopowych (takich jak chrom, molibden i wanad) w roztworze stałym.
• Zalecana temperatura: Ogólnie rzecz biorąc, pomiędzy 1010°C a 1040°C (1850°F a 1900°F).
• Czas utrzymania: Utrzymywać temperaturę tylko na tyle długo, aby całkowicie się ogrzać (zwykle 15-40 minut po osiągnięciu temperatury). Unikać przedłużonego moczenia dla H10. Temperatura austenityzacji wpływa na rozpuszczone węgliki, temperaturę Ms i austenit szczątkowy.

3.5 Gaszenie

Po austenityzacji, hartowanie szybko chłodzi stal, przekształcając austenit w martenzyt – twardą, pożądaną mikrostrukturę.

• Zamiar: Szybkie schłodzenie stali, przekształcające austenit w twardą strukturę martenzytyczną.
• Zalecane medium chłodzące: W przypadku H10 (gatunku utwardzanego na powietrzu) preferowane jest hartowanie na powietrzu, które minimalizuje naprężenia szczątkowe i zmiany wymiarów.
• Alternatywy dla dużych sekcji: W przypadku bardzo dużych przekrojów konieczne może być zastosowanie przedmuchu powietrzem lub chłodzenia olejem.
• Ważna uwaga: Stal narzędziowa H10 nigdy nie powinna być hartowana wodą.
• Metoda opcjonalna: Możliwe jest również hartowanie w kąpieli solnej (w temperaturze około 540–595°C lub 1000–1100°F), a następnie chłodzenie na powietrzu.
• Wynikowa mikrostruktura: Głównie martenzyt z pewną ilością austenitu szczątkowego.

3..6 Hartowanie

Odpuszczanie jest ostatnim, niezbędnym krokiem po hartowaniu. Utwardzony H10 jest naprężony i może być kruchy; odpuszczanie łagodzi te naprężenia i znacznie poprawia wytrzymałość.

• Zamiar: W celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych, przekształcenia austenitu szczątkowego, wytrącenia drobnych węglików stopowych w celu wtórnego utwardzenia (zwiększenia wytrzymałości na gorąco) oraz poprawy wytrzymałości.
• Czas: Odpuszczać jak najszybciej po zahartowaniu (najlepiej przed osiągnięciem temperatury pokojowej), aby zapobiec pęknięciom.
• Typowy zakres temperatur: 550°C do 650°C (1020°F do 1200°F). H10 wykazuje wtórny szczyt utwardzania około 540°C (1000°F).
• Wielokrotne odpuszczanie: Aby H10 zmaksymalizować przemianę austenitu szczątkowego i zoptymalizować wytrzymałość, konieczne jest przeprowadzenie co najmniej dwóch (często nawet czterech) cykli odpuszczania.
• Czas namaczania: Każdy rodzaj temperowania powinien wiązać się z czasem moczenia wynoszącym od 2 do 4 godzin.
• Docelowa twardość robocza: Zwykle od 38 do 54 HRC, w zależności od zastosowania.

3.7 Podsumowanie parametrów obróbki cieplnej stali narzędziowej H10

Dla szybkiego porównania, kluczowe parametry obróbki cieplnej stali narzędziowej H10 to:

3.8 Ulepszanie stali narzędziowej H10 za pomocą obróbki powierzchni

Aby jeszcze bardziej zwiększyć odporność na zużycie, stal narzędziową H10 można poddać obróbce powierzchniowej, np. azotowaniu.

• Azotowanie: Proces ten polega na wprowadzeniu azotu do powierzchni stali, co powoduje powstanie niezwykle twardej warstwy zewnętrznej (często przekraczającej 1000 HV).
• Korzyści: Znacznie poprawia odporność na zużycie i właściwości przeciwzatarciowe.
• Właściwości podstawowe: Azotowanie jest zazwyczaj wykonywane w temperaturze około 540°C, często poniżej lub w zakresie odpuszczania H10. Utwardza to powierzchnię bez negatywnego wpływu na wytrzymałość i wytrzymałość rdzenia uzyskaną w wyniku wcześniejszej obróbki cieplnej.