D3 ORODNO JEKLO | 1.2080 | skd1

3. Toplotna obdelava

Celovito orodno jeklo D3 toplotna obdelava Protokol vključuje štiri glavne faze: predgrevanje, avstenitizacijo (kaljenje), kalitev in popuščanje. Vsak korak igra ključno vlogo pri doseganju želene metalurške strukture in mehanskih lastnosti.

3.1 Predgretje

Predgrevanje je ključna pripravljalna faza v ciklu toplotne obdelave orodnega jekla D3, zlasti za jekla tipa D, kot je D3, ki imajo relativno nizko toplotno prevodnost.

• Namen: Njegove glavne funkcije so zmanjšanje toplotnega šoka, ko je orodje izpostavljeno visokim temperaturam avstenitizacije, s čimer se zmanjša tveganje za deformacijo ali razpoke. Predgrevanje pomaga tudi ublažiti nekatere preostale napetosti zaradi predhodnih obdelav.
• Priporočilo za jeklo D3: Priporočamo predgrevanje orodnega jekla D3 na temperaturno območje 650–705 °C (1200–1300 °F). Običajna praksa je, da se temperatura 650 °C (1200 °F) zadržuje približno 10 do 15 minut oziroma dokler se del enakomerno ne segreje.
• Hitrost segrevanja: Na splošno je zaželena nadzorovana, počasna hitrost segrevanja. Hitro segrevanje lahko povzroči znatne temperaturne razlike med površino in jedrom orodja, kar lahko povzroči deformacije ali razpoke.

3.2 Avstenitizacija (kaljenje)

Avsteniziranje je faza kaljenja jedra pri toplotni obdelavi orodnega jekla D3. Med to fazo se žarjena mikrostruktura (predvsem ferit in karbidi) pretvori v avstenit, kritični karbidi zlitine pa se raztopijo, da se razvije trdota in obrabne lastnosti jekla.

• Postopek: Pri jeklu D3, ki ima visoko koncentracijo kromovih karbidov, se avstenitizacija izvaja v dvofaznem avstenitno-karbidnem polju.
• Temperatura za jeklo D3: Orodno jeklo D3 se običajno avstenitizira pri nekoliko nižji temperaturi kot D2, običajno okoli 960 °C (1760 °F). D2 se za primerjavo pogosto obdeluje pri 1020 °C (1870 °F).
• Čas zadrževanja: Jeklo je treba držati pri temperaturi avstenitizacije dovolj dolgo, da jedro doseže ciljno temperaturo in da pride do zadostnega raztapljanja karbidov, kar zagotavlja enakomerno segrevanje po celotnem prerezu.
• Kritični premisleki: Pravilna avstenitizacija je ključnega pomena za doseganje visoke trdote po kaljenju. Pregrevanju se je treba izogniti, saj lahko prekomerne temperature povzročijo grobo zrnje, grobost karbidov in povečanje zaostalega avstenita, kar vse negativno vpliva na žilavost in dimenzijsko stabilnost. Uporaba nevtralne atmosfere, zaščitnega ovijanja s folijo ali solnih kopeli med avstenitizacijo je pomembna za preprečevanje razogljičenja ali luščenja površine.

3.3 Kaljenje

Po avstenitizaciji, kaljenje je nadzorovan postopek hlajenja pri toplotni obdelavi orodnega jekla D3, zasnovan za pretvorbo avstenita v trdi martenzit.

• Kaljenje jekla D3: Za razliko od mnogih drugih jekel tipa D, ki se kalijo na zraku, se orodno jeklo D3 običajno kali v olju. Kaljenje v olju zagotavlja hitrost ohlajanja, ki je manjša kot v vodi ali slanici, kar pomaga zmanjšati deformacije in tveganje za razpoke, čeprav je D3 še vedno bolj dovzeten za deformacije kot jekla, kaljena na zraku.
• Postopek hlajenja: Del je treba ohladiti do območja nastanka martenzita. Pred popuščanjem je ključnega pomena, da se komponenta ohladi na temperaturo blizu sobne, idealno med 66 in 93 °C (150 in 200 °F).
• Čas je ključnega pomena: Kaljenemu jeklu D3 ne dovolite, da se popolnoma ohladi na sobno temperaturo in ga pred popuščanjem ne pustite stati dlje časa (običajno se več kot 2 uri ne priporoča). Odlašanje s popuščanjem lahko povzroči izjemno krhkost jekla, ki je dovzetno za razpoke in nestabilnost.

3.4 Kaljenje

Kaljenje je nepogrešljiva zadnja faza v postopku toplotne obdelave orodnega jekla D3. Kaljeno jeklo D3 je izjemno trdo, a tudi zelo krhko in prenaša visoke notranje napetosti.

• Namen: Popuščanje lajša te notranje napetosti, znatno poveča žilavost in omogoča fino nastavitev končne trdote.
• Večkratno popuščanje za jeklo D3: Za jekla z visoko vsebnostjo ogljika in kroma, kot je D3, je zelo priporočljivo izvesti več ciklov popuščanja (dvojno ali celo trojno popuščanje). Ta praksa pomaga izboljšati strukturo zrn, dodatno izboljša odpornost proti obrabi in olajša transformacijo morebitnega ostanka avstenita.
• Temperature in trdota: Za doseganje tipične ciljne trdote približno 60 HRC se D3 pogosto popušča pri nižjih temperaturah, okoli 200 °C (390 °F).
• Območje sekundarnega kaljenja: Popuščanje v območju sekundarnega kaljenja (običajno 400–600 °C za legirana jekla) je lahko prav tako koristno. To spodbuja transformacijo zaostalega avstenita in izločanje finih karbidov zlitine, kar lahko poveča vročo trdoto in odpornost proti popuščanju, čeprav je odpornost proti popuščanju pri D3 bolj omejena v primerjavi z jekli z višjo vsebnostjo molibdena (Mo) in vanadija (V).
• Čas popuščanja: Standardno trajanje popuščanja je 2 uri na palec (25 mm) debeline orodja pri določeni temperaturi. Med posameznimi cikli popuščanja je treba dele ohladiti na sobno temperaturo. Učinkovito popuščanje je bistvenega pomena za življenjsko dobo in delovanje komponent iz orodnega jekla D3.

3.5 Ključni dejavniki za toplotno obdelavo orodnega jekla D3

• Ohranjen avstenit: Zaradi visoke vsebnosti ogljika lahko jeklo D3 po kaljenju ohrani avstenit. Več ciklov popuščanja je glavna metoda za pretvorbo tega. Za aplikacije, ki zahtevajo maksimalno dimenzijsko stabilnost ali absolutni minimum ohranjenega avstenita, se lahko po kaljenju (in običajno pred končnim popuščanjem) uporabijo obdelave pod ničlo ali kriogene obdelave. Tem obdelavam mora takoj slediti popuščanje.
• Dimenzijska stabilnost: Orodno jeklo D3 ima dobro dimenzijsko stabilnost, s pričakovano rastjo običajno okoli ±0,0005 in./in. (ali ±0,05%). Pravilno predgrevanje, nadzorovane hitrosti segrevanja in hlajenja ter temeljito večkratno popuščanje so bistveni za zmanjšanje dimenzijskih sprememb.
• Žilavost: Pomembno je omeniti, da ima D3 na splošno nižjo žilavost v primerjavi z jeklom D2, predvsem zaradi višje vsebnosti ogljika. Parametri toplotne obdelave orodnega jekla D3 morajo biti skrbno izbrani, da se uravnoteži odpornost proti obrabi z ustrezno žilavostjo za predvideno uporabo.
• Površinska obdelava: Za večjo trdoto površine in odpornost proti obrabi se lahko komponente iz orodnega jekla D3 po primarni toplotni obdelavi površinsko obdelajo, kot sta nitriranje ali toplotna difuzija (TD).