stal narzędziowa p20 | 1.2311

3. P20 Obróbka cieplna stali narzędziowej

Osiągnięcie optymalnej wydajności i trwałości elementów ze stali narzędziowej P20 zależy od precyzyjnej obróbki cieplnej.

3.1 Zrozumienie stanu dostarczonej stali narzędziowej P20

Zwykle stal narzędziowa P20 jest dostarczana w stanie wstępnie utwardzonym. Oznacza to, że przeszła już określoną obróbkę cieplną w walcowni, co skutkuje twardością na ogół od 28 do 40 HRC (twardość Rockwella C), choć czasami sięgającą nawet 60 HRC. Ten stan wstępnego utwardzenia zapewnia doskonałą obrabialność. W przypadku wielu zastosowań, takich jak odlewanie ciśnieniowe stopów o niskiej temperaturze topnienia, można obrabiać wnęki bezpośrednio w tym wstępnie utwardzonym P20 i oddać formę do użytku bez konieczności dalszej obróbki cieplnej w wysokiej temperaturze. Takie podejście oferuje znaczące zalety minimalizacji odkształceń i zmian wymiarowych.

3.1.1 Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne jest krytycznym etapem przygotowawczym dla niemal wszystkich stali narzędziowych, w tym P20.

• Cel: Aby zminimalizować szok termiczny, gdy stal jest poddawana wyższym temperaturom hartowania, zmniejszając tym samym ryzyko odkształceń lub pęknięć. Pomaga również złagodzić naprężenia wywołane podczas obróbki.
• Procedura: Podgrzewaj komponent P20 powoli i równomiernie do około 650°C (1200°F). Upewnij się, że cały przekrój osiągnie tę temperaturę. Typowy czas utrzymywania temperatury wynosi 10–15 minut po osiągnięciu jednorodności.

3.1.2 Austenityzowanie (hartowanie)

Jest to etap wysokiej temperatury, w którym zmienia się mikrostruktura stali.

• Cel:Aby podgrzać stal P20 do temperatury, w której jej struktura zmieni się w austenit i węgliki rozpuszczają się, co jest niezbędne do uzyskania pełnej twardości gaszenie.
• Procedura: W przypadku stali narzędziowej P20 temperatura hartowania wynosi zazwyczaj od 830°C (1525°F) do 845°C (1550°F). Czas namaczania w tej temperaturze jest kluczowy: należy odczekać 45–60 minut dla elementów o grubości do 1 cala (25 mm). W przypadku grubszych sekcji należy utrzymywać namaczanie przez dodatkowe 45–60 minut na każdy cal grubości.

3.1.3 Hartowanie

Aby uzyskać pożądaną twardość konieczne jest szybkie schłodzenie.

• Cel:Aby schłodzić austenityczną stal P20 na tyle szybko, aby przekształcić austenit w martenzyt, bardzo twardą mikrostrukturę.
• Procedura: P20 to stal o średniej hartowności, która jest zwykle hartowana w oleju. Olej zapewnia wolniejsze i mniej surowe chłodzenie niż woda, co zmniejsza szok termiczny i naprężenia wewnętrzne. Po hartowaniu stal powinna zostać schłodzona do temperatury 66-93°C (150-200°F) przed przystąpieniem do hartowania.

3.1.4 Hartowanie

Odpuszczanie jest przeprowadzane bezpośrednio po hartowaniu w celu polepszenia właściwości stali.

• Cel:Aby złagodzić naprężenia wewnętrzne powstające podczas hartowania, znacznie zwiększyć wytrzymałość, zmniejszyć kruchość i przekształcić wszelki szczątkowy austenit.
• Procedura: Podgrzewaj hartowany komponent P20 powoli i równomiernie do wybranej temperatury odpuszczania. W przypadku P20 zwykle mieści się ona w zakresie od 200°C do 650°C (390°F do 1200°F), przy czym powszechna praktyka mieści się w zakresie od 400 do 550°C (750–1020°F), w zależności od wymaganej końcowej twardości. Utrzymuj temperaturę odpuszczania przez około 2 godziny na cal przekroju poprzecznego. W przypadku P20 zdecydowanie zaleca się wielokrotne cykle odpuszczania (np. dwa cykle po 2 godziny każdy), aby zapewnić optymalne odprężenie i stabilność mikrostrukturalną.

3.2 Specjalistyczne procesy obróbki cieplnej stali P20

Oprócz standardowego cyklu hartowania i odpuszczania, korzystne dla stali narzędziowej P20 mogą okazać się inne rodzaje obróbki.

3.2.1 Odprężanie P20 przed hartowaniem

Jeżeli element P20 był poddawany intensywnej obróbce skrawaniem, zaleca się odprężenie przed ostatecznym hartowaniem.

• Cel:Aby zminimalizować ryzyko odkształceń i pęknięć podczas kolejnych etapów austenityzacji i hartowania.
• Procedura: Powoli podgrzej stal do temperatury 705–730°C (1300–1350°F). Utrzymuj tę temperaturę przez co najmniej 2 godziny lub 30 minut na cal największego przekroju poprzecznego. Następnie powoli schładzaj w spokojnym powietrzu.

3.2.2 Nawęglanie P20 w celu zwiększenia twardości powierzchni

W zastosowaniach wymagających doskonałej odporności powierzchni na zużycie, np. przy formowaniu tworzyw sztucznych, stal narzędziowa P20 jest często nawęglana.

• Cel:Wprowadzenie węgla do warstwy powierzchniowej stali, co znacznie zwiększa jej twardość powierzchniową.
• Wynik: Nawęglana powierzchnia P20 może osiągnąć poziom twardości do 65 HRC w stanie po hartowaniu. Ważne jest, aby pamiętać, że temperatury nawęglania przekraczające 870°C (1600°F) mogą negatywnie wpłynąć na polerowalność P20. Nawęglana powłoka będzie również łatwiej zmiękczać się podczas odpuszczania w porównaniu z materiałem rdzenia.

3.3 Zarządzanie zmianami wymiarowymi podczas obróbki cieplnej P20

P20, będąc stalą hartowaną w oleju, generalnie wykazuje mniejszą zmianę wymiarów podczas obróbki cieplnej w porównaniu ze stalami hartowanymi w wodzie. Można oczekiwać wzrostu o około +0,0015 cala na cal wymiaru. Wdrożenie właściwego odprężania przed hartowaniem i przestrzeganie prawidłowych procedur odpuszczania są kluczowe dla kontrolowania i minimalizowania odkształceń.