Przewodnik po obróbce cieplnej stali O1

Stal narzędziowa O1 to popularna, uniwersalna stal narzędziowa hartowana w oleju, znana z dobrej odporności na ścieranie i wystarczającej wytrzymałości w szerokim zakresie zastosowań narzędziowych. obróbka cieplna Proces ten jest kluczowy dla osiągnięcia wysokiej jakości stali narzędziowej O1. Niewłaściwa obróbka cieplna może spowodować przedwczesne uszkodzenie narzędzi O1. Proces obróbki cieplnej stali O1, podobnie jak wszystkich stali narzędziowych, obejmuje trzy podstawowe etapy: austenityzację, hartowanie i odpuszczanie. Przestrzeganie określonych parametrów czasowych i temperaturowych jest kluczowe, ponieważ niewłaściwa obróbka cieplna jest częstą przyczyną przedwczesnego uszkodzenia narzędzi.

1. Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne jest niezbędnym etapem dla niemal wszystkich stali narzędziowych. Pomaga ono zredukować szok termiczny w stali O1 podczas obróbki cieplnej, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo pęknięć.

Temperatura nagrzewania wstępnego stali narzędziowej O1 wynosi 1200°F (650°C). Utrzymywać w tej temperaturze przez 10 do 15 minut lub do momentu równomiernego nagrzania.

Stal O1 to stal hartowana w oleju, którą można nagrzewać szybciej niż stal hartowaną w powietrzu i umieścić bezpośrednio w piecu nagrzanym do wymaganej temperatury. W przypadku bezpośredniego umieszczenia jej w nagrzanym piecu, zaleca się najpierw podgrzać materiał O1 na górze pieca.

2. Austenityzowanie

Po podgrzaniu wstępnym stal należy podgrzać do temperatury austenityzacji, aby zmienić jej strukturę austenit.

Temperatura austenityzacji stali narzędziowej O1 wynosi 1500°F (815°C). Po nagrzaniu do temperatury austenitu należy sprawdzić, czy kolor materiału O1 jest zgodny z kolorem komory pieca, aby określić, czy materiał został równomiernie nagrzany do zadanej temperatury. Następnie należy rozpocząć obliczanie czasu izolacji. Ogólna zasada dla stali O1 to wygrzewanie przez 5 minut na każdy cal (25 mm) najmniejszego przekroju poprzecznego lub do momentu upewnienia się, że element został dokładnie wygrzany.

Stal narzędziowa O1 jest podatna na odwęglenie (utratę węgla z powierzchni) podczas obróbki cieplnej. Aby temu zapobiec, należy ją wyżarzać i/lub hartować w kontrolowanej atmosferze obojętnej, w piecu próżniowym lub w piecu z obojętnymi solami.

3. Hartowanie

Hartowanie szybko schładza stal z temperatury austenityzacji, przekształcając austenit w martenzyt, bardzo twardą fazę. O1 to stal hartująca się w oleju, dlatego wymaga hartowania w oleju. 

Podczas procesu hartowania stali O1, gdy temperatura spadnie do 52-65°C (125-150°F), odpuszczanie należy przeprowadzić natychmiast. Opóźnione odpuszczanie może spowodować pękanie, co jest częstym problemem w przypadku stali O1 hartowanej w oleju.

Po schłodzeniu oleju do właściwej temperatury hartowania można się spodziewać rozszerzenia się O1 o około 0,0015 cala/cala (0,0015 mm/mm). 

4. Hartowanie

Odpuszczanie to kluczowy proces nagrzewania wykonywany po hartowaniu, mający na celu zmniejszenie kruchości i poprawę wytrzymałości poprzez modyfikację struktury martenzytycznej. Zamienia on część wytrzymałości na większą ciągliwość.

Najczęściej stosowaną temperaturą odpuszczania dla stali narzędziowej O1 jest 175°C (350°F). Element musi być wygrzewany w temperaturze odpuszczania przez 2 godziny na każdy cal (25 mm) przekroju.

Chociaż stal narzędziowa O1 zazwyczaj wymaga tylko jednego odpuszczania, czasami preferowane może być podwójne odpuszczanie. Drugie odpuszczanie, zazwyczaj w nieco niższej temperaturze (np. 160°C/325°F), może być korzystne, szczególnie w przypadku części o skomplikowanych detalach lub poddawanych trudnym warunkom eksploatacji. To dodatkowe odpuszczanie uszlachetnia strukturę ziarna, co prowadzi do poprawy wytrzymałości, odporności na zużycie i odprężenia. Pomiędzy odpuszczaniami powinno nastąpić chłodzenie w powietrzu do temperatury pokojowej.

Wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania, twardość i wytrzymałość stali w temperaturze pokojowej generalnie maleją, podczas gdy ciągliwość rośnie. W przypadku stali narzędziowej O1 typowe wartości twardości po odpuszczaniu wynoszą¹:

1. Leed, RM (Rok wydania). ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW W PRODUKCJI NARZĘDZI I WYKONAWCÓW (str. 244). Stowarzyszenie Inżynierów Produkcji. ↩︎