Obróbka cieplna stali narzędziowej M2

Niniejszy przewodnik, oparty na naszej głębokiej wiedzy, ma na celu dostarczenie Państwu bezpośrednich, praktycznych informacji na temat Stal narzędziowa M2 obróbka cieplna proces. Bezpłatne pobieranie pliku PDF obróbki cieplnej stali narzędziowej M2 jest dostępne na dole strony.

1. Dlaczego właściwa obróbka cieplna stali M2 jest tak ważna

Celem jest skrupulatna kontrola Obróbka cieplna stali narzędziowej M2 jest opracowanie ostatecznej mikrostruktury odpuszczonego martenzytu połączonego z drobną dyspersją twardych, złożonych węglików „wtórnego utwardzania”. Ta konkretna struktura nadaje stali narzędziowej M2 jej znaną kombinację wysokiej twardości, doskonałej odporności na zużycie i zdolności do utrzymania tych właściwości w podwyższonych temperaturach. Aby zapoznać się ze szczegółowymi właściwościami M2, przeczytaj Właściwości stali narzędziowej M2.

2. Cztery kluczowe etapy obróbki cieplnej stali narzędziowej M2

Droga do pełnego wykorzystania potencjału stali M2 obejmuje cztery odrębne, ale powiązane ze sobą etapy termiczne: podgrzewanie wstępne, austenityzowanie, gaszenie, I ruszenie. 

2.1 Podgrzewanie wstępne

Chociaż podgrzewanie wstępne nie powoduje bezpośredniego utwardzenia stali, jest to istotny etap przygotowawczy Obróbka cieplna stali narzędziowej M2 proces. Jego główne funkcje obejmują:

• Redukcja szoku termicznego: Minimalizuje ryzyko odkształceń lub pęknięć w przypadku zetknięcia zimnych narzędzi z gorącym piecem.
• Ulgę w stresie: Pomaga złagodzić niektóre naprężenia wewnętrzne powstałe w wyniku wcześniejszej obróbki mechanicznej lub formowania.
• Zwiększanie produktywności: Może skrócić czas potrzebny do przeprowadzenia procesu w piecu austenitycznym o wysokiej temperaturze.
• Ochrona powierzchni: W piecach, w których nie występuje idealnie neutralna atmosfera, podgrzewanie wstępne ogranicza potencjalne nawęglanie lub odwęglanie.

Zalecane praktyki podgrzewania wstępnego stali M2:

W przypadku stali szybkotnących, takich jak M2, często stosuje się dwuetapowe podgrzewanie wstępne, szczególnie w przypadku komercyjnego hartowania w kąpieli solnej:

• Pierwsze podgrzanie: 650-760°C (1200-1400°F).
• Drugie podgrzewanie: 815-900°C (1500-1650°F).

W obróbce cieplnej w atmosferze lub próżni, typowe jest pojedyncze podgrzanie wstępne w zakresie 790-845°C (1450-1550°F). W przypadku M2 typowe temperatury podgrzania wstępnego to 650°C (1200°F) lub 815°C (1500°F).

Czas podgrzewania wstępnego powinien być wystarczający, aby zapewnić, że cały przekrój poprzeczny części osiągnie równomierną temperaturę; w przypadku M2 jest to zazwyczaj 10 do 12 minut. W przeciwieństwie do stali D2, która korzysta z powolnego początkowego podgrzewania, M2 lepiej reaguje na szybki wzrost temperatury od podgrzewania wstępnego do temperatury austenityzacji.

2.2 Austenityzowanie (hartowanie)

Austenityzowanie to proces, w którym magia hartowania naprawdę się zaczyna. Obróbka cieplna stali narzędziowej M2Stal jest podgrzewana do wysokiej temperatury w celu rozpuszczenia różnych złożonych węglików stopowych, co jest niezbędne do uzyskania pożądanych właściwości.

Kluczowe parametry austenityzowania dla stali M2:

• Zakres temperatur: Stal M2 wymaga nagrzania bardzo blisko jej temperatury topnienia – zazwyczaj w granicach 28-56°C (50-100°F). W przypadku M2 zalecana temperatura austenityzacji wynosi około 1230°C (2250°F)Ogólny zakres temperatur dla stali szybkotnących wynosi 1150–1290°C (2100–2350°F).
• Czas utrzymania: Jest to zaskakująco krótki czas dla stali narzędziowych szybkotnących, zazwyczaj od 2 do 6 minut. Dokładny czas zależy od typu M2, konstrukcji narzędzia i rozmiaru przekroju poprzecznego. Na przykład sekcja o grubości 150 mm (6 cali) może wymagać maksymalnego czasu trzymania od 5 do 6 minut.
• Kontrola atmosfery: Ze względu na ekstremalnie wysokie temperatury, kontrolowana atmosfera jest kluczowa, aby zapobiec problemom powierzchniowym, takim jak osadzanie się kamienia i odwęglanie. Piece solne są często preferowane z tego powodu.

Podczas austenityzacji ferryt i węgliki stopowe przekształcają się w strukturę ziarna austenitu. Temperatura austenityzacji dyktuje węgiel i pierwiastki stopowe rozpuszczone w austenicie, co bezpośrednio wpływa na twardość po hartowaniu i ilość austenitu szczątkowego. Wyższe temperatury austenityzacji zwykle prowadzą do wyższej twardości po odpuszczaniu, szczególnie w szczycie hartowania wtórnego.

2.3 Hartowanie

Po austenityzacji konieczne jest szybkie chłodzenie — lub hartowanie — w celu przekształcenia austenitu w martenzyt, twardą strukturę matrycową pożądaną w stali narzędziowej M2.

Skuteczne metody hartowania stali M2:

• Środki gaszące: M2 można skutecznie hartować w oleju, powietrzu lub neutralnej kąpieli solnej. Chłodzenie powietrzem jest najmniej drastyczne i może być wystarczające dla mniejszych lub cieńszych sekcji M2, aby osiągnąć stan martenzytyczny. Hartowanie w oleju jest zazwyczaj kontynuowane chłodzeniem powietrzem do temperatury bliskiej temperaturze otoczenia.
• Hartowanie w kąpieli solnej: Kąpiele te utrzymuje się zazwyczaj w temperaturze ok. 540–595°C (1000–1100°F).
• Technika gaszenia: Aby zminimalizować naprężenia i odkształcenia oraz zapewnić równomierne chłodzenie, płaskie lub rurowe sekcje należy zanurzać pionowo w medium hartowniczym.
• Chłodzenie po hartowaniu: Przed rozpoczęciem odpuszczania konieczne jest schłodzenie elementu do temperatury co najmniej 65°C (150°F).

Cechą charakterystyczną stali wysokowęglowych i wysokostopowych, takich jak M2, jest obecność „austenitu szczątkowego” po hartowaniu, ponieważ przemiana 100% w martenzyt rzadko następuje natychmiast. Austenit szczątkowy może osłabiać twardość, wytrzymałość i stabilność wymiarową. Aby temu zaradzić, można zastosować obróbkę kriogeniczną lub mrozową (np. chłodzenie do temperatury od -30°C do -120°C) po wstępnym odpuszczaniu, aby dalej przekształcić austenit szczątkowy w martenzyt, zwiększając w ten sposób twardość i stabilność.

2.4 Hartowanie

Hartowanie (lub ciągnienie) jest ostatnim, krytycznym etapem Obróbka cieplna stali narzędziowej M2. Po hartowaniu stal jest niezwykle twarda, ale również silnie naprężona i krucha. Odpuszczanie rozwiązuje ten problem poprzez:

• Zwiększenie wytrzymałości.
• Rozwijanie „wtórnej twardości”, kluczowej cechy stali narzędziowych wysokostopowych.
• Rozładowywanie napięć wewnętrznych.
• Kluczowe jest przekształcenie austenitu szczątkowego w świeży martenzyt (który jest następnie odpuszczany w kolejnych cyklach).
• Wytrącanie złożonych węglików, które dodatkowo zwiększają twardość wtórną.

Najlepsze praktyki odpuszczania stali M2:

• Wymagane jest stosowanie wielu temperamentów: Stale narzędziowe szybkotnące, takie jak M2, powszechnie wymagają wielu cykli odpuszczania (zwykle od 2 do 4). W przypadku M2 minimum podwójne hartowanie jest niezbędne, a trzy hartowania są często preferowane. Ten wieloetapowy proces udoskonala strukturę ziarna i hartuje każdy nowo powstały martenzyt z austenitu szczątkowego, znacznie zwiększając odporność na zużycie i żywotność narzędzia.
• Temperatury i czas odpuszczania: Minimalna temperatura odpuszczania dla większości gatunków M2 wynosi 540°C (1000°F). Typowy i skuteczny cykl dla M2 to:

• Pierwszy temperament: 565°C (1050°F)
• Drugi temperament: 550°C (1025°F)
• Trzeci temperament (jeśli używany): 540°C (1000°F) Każdy cykl powinien trwać 2 godziny na każdy cal (25 mm) przekroju narzędzia.

• Ochłodzenie między temperamentami: Zawsze pozwól części całkowicie ostygnąć do temperatury pokojowej pomiędzy cyklami odpuszczania. Jest to niezbędne do przekształcenia austenitu szczątkowego w martenzyt, który jest następnie rafinowany w kolejnym etapie odpuszczania.
• Wtórny szczyt utwardzania: Aby zoptymalizować przemianę austenitu szczątkowego i osiągnąć maksymalną twardość wtórną, należy dążyć do „prawej (wysokiej) strony” krzywej szczytowej twardości wtórnej podczas odpuszczania. Zjawisko to pozwala M2 zachować wysoką twardość nawet w podwyższonych temperaturach występujących podczas obróbki z dużą prędkością.

3. Osiągnięcie optymalnej mikrostruktury i Twardość stali M2

Udany Obróbka cieplna stali narzędziowej M2 przekształca pierwotny ferryt i węgliki stali w wytrzymałą strukturę, składającą się głównie z odpuszczonego martenzytu i drobnego, równomiernego rozłożenia twardych węglików. Ta udoskonalona mikrostruktura jest bezpośrednio odpowiedzialna za krytyczne atrybuty wydajności, takie jak twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość na pękanie.

Zwykle uniwersalne stale narzędziowe szybkotnące M2 są poddawane obróbce cieplnej w celu uzyskania twardości 64 do 66 HRC. Jednakże przy precyzyjnej kontroli całego procesu, szczególnie temperatury hartowania (w celu optymalizacji rozpuszczania węglika) i późniejszego odpuszczania, M2 może osiągnąć poziom twardości 68 HRC, a w niektórych konkretnych odmianach stali szybkotnącej nawet do 70 HRC.

Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat twardości M2, należy zapoznać się z Twardość stali narzędziowej M2.