Jak prawidłowo poddać obróbce cieplnej stal D2

Obróbka cieplna Stal D2 zwykle obejmuje trzy podstawowe etapy: ogrzewanie (austenityzacja), szybkie chłodzenie (gaszenie) i podgrzanie do niższej temperatury (ruszenie). At each stage, precise control of time and temperature is crucial for achieving the desired Właściwości stali D2 and microstructure.

Konkretne etapy obróbki cieplnej stali narzędziowej D2

1. Przygotowanie i Podgrzewanie wstępne

Stal D2 musi zostać odtłuszczona przed obróbką cieplną, aby zapobiec odbarwieniom spowodowanym przez oleje na powierzchni stali.¹ Umieszczenie stali D2 w kontrolowanej atmosferze neutralnej, próżni lub neutralnym środowisku pieca solnego i owinięcie jej folią ze stali nierdzewnej może zapobiec odwęgleniu podczas obróbki cieplnej. To przygotowanie jest szczególnie ważne w przypadku mniejszych kawałków stali D2.

Po nałożeniu ochrony powierzchniowej należy wykonać podgrzewanie wstępne (nieutwardzone) stali D2 przed formalną obróbką cieplną, zwłaszcza gdy usunięto dużą objętość materiału (ponad 30-50% początkowego bloku). Celem podgrzewania wstępnego jest zmniejszenie ryzyka odkształceń i pęknięć podczas późniejszej obróbki cieplnej.

Kroki podgrzewania wstępnego są następujące: Powoli i równomiernie podgrzej stal D2 do 1200–1250°F (649–677°C). Mocz w tej temperaturze przez 1–2 godziny na cal (25,4 mm) grubości. Następnie powoli ostudź do temperatury pokojowej w piecu.

Najlepiej rozpocząć nagrzewanie stali D2 od zimnego pieca, ponieważ pozwala to na wolniejszy, bardziej równomierny proces nagrzewania. Jeśli piec został już nagrzany do temperatury wstępnego nagrzewania, zalecamy umieszczenie materiału D2 na górze pieca w celu wstępnego nagrzania, aby wyeliminować skurcz na zimno i zmniejszyć szok termiczny, minimalizując w ten sposób pękanie.

2. Austenityzowanie (hartowanie)

To drugi etap obróbki cieplnej. Austenityzowanie przekształca strukturę ferrytyczno-perlityczną w austenit i rozpuszcza dużą część węglików. Stal D2 zależy od rozpuszczania różnych złożonych węglików stopowych podczas austenityzacji, aby rozwinąć swoje właściwości.

The temperature range for this step is 980–1025°C (1796–1877°F), and the soak time is typically 45-60 minutes per inch (1.8-2.4 minutes/mm) of thickness. For items under 1 inch (25.4 mm) thick, a minimum soaking time of 45-60 minutes is recommended. Over-soaking or over-heating can destroy the molecular structure and cause brittleness, while under-soaking leads to insufficient hardness.

3. Gaszenie

Po namoczeniu stal jest szybko schładzana do temperatury poniżej temperatury transformacji, co skutkuje twardą strukturą martenzytyczną. Hartowanie jest trzecim krokiem.

D2 is an air-hardening tool steel, and air quenching is the preferred method for quenching this type of steel. Air quenching can significantly reduce deformation and dimensional changes. However, for very large cross-sections, air cooling alone may not achieve full hardness; in such cases, oil quenching or agitated salt baths may be considered to ensure proper transformation.

Jeśli wybrano chłodzenie powietrzem, wyjmij element obrabiany D2 z pieca i pozwól mu naturalnie ostygnąć do około 150°F (66°C). Ważne jest, aby trzymać element szczelnie zamknięty w jego foliowej kopercie, aż całe widoczne czerwone ciepło zniknie, aby zapobiec kontaktowi z atmosferą.

Jeśli konieczne jest prostowanie, należy je wykonać w temperaturze powyżej 400°F (205°C).

4. Odpuszczanie

Hartowanie (lub ciągnienie) to obróbka cieplna hartowanych stali w celu poprawy wytrzymałości i ciągliwości, złagodzenia naprężeń wewnętrznych i uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych. Przekształca martenzyt w stanie zahartowanym w martenzyt odpuszczony. Martenzyt w stanie zahartowanym jest bardzo twardy, ale również kruchy, a bez odpuszczania jest bardzo podatny na pękanie. Hartowanie udoskonala również strukturę ziarna.

Odpuszczanie należy przeprowadzić natychmiast po hartowaniu, gdy tylko elementy osiągną temperaturę 125–150°F (52–65°C).

Zalecamy podwójne hartowanie dla D2, a nawet potrójne hartowanie, aby poprawić odporność na zużycie i odprężenie. Temperatura pierwszego hartowania wynosi 960°F (515°C), a czas wygrzewania 2 godziny na cal (25 mm) przekroju poprzecznego. Drugie hartowanie musi zostać wykonane, aż temperatura spadnie do temperatury pokojowej po pierwszym hartowaniu. Drugie hartowanie w temperaturze 900°F (480°C) z wygrzewaniem przez 2 godziny na cal przekroju poprzecznego.

Chociaż pojedyncze odpuszczanie w temperaturze 400°F (205°C) może pozwolić na osiągnięcie twardości 62 HRC, zalecamy podwójne odpuszczanie w temperaturze 900°F w celu zwiększenia odporności na zużycie i wyeliminowania naprężeń.

W przypadku hartowanego materiału stalowego D2, po znacznym szlifowaniu, spawaniu lub obróbce elektroerozyjnej (EDM), zalecamy również odpuszczanie w celu odprężenia. Odbywa się to w temperaturze o 25-50°F (14-28°C) niższej od poprzedniej temperatury odpuszczania. ²

Streszczenie

In summary, the above is a common heat treatment scheme for D2 steel. There are several details to consider in this process, such as uneven heating, which can cause deformation or cracking. Overheating or over-soaking during austenitizing can lead to excessive grain growth, making the steel brittle. For the results of D2 steel heat treatment, Twardość stali D2 measurement alone is insufficient to confirm whether the heat treatment is appropriate. Other performance indicators, such as strength, toughness, wear resistance, and microstructural characteristics, better reflect the quality.

1. ASM Międzynarodowe. (1991). Podręcznik ASM, tom 4: Obróbka cieplna. ASM Międzynarodowe. ↩︎
2. Leed, RM (2007). Rozwiązywanie problemów z produkcją narzędzi i matryc. Stowarzyszenie Inżynierów Produkcji (SME). ↩︎