A2 Jeklo in toplotna obdelava: popoln vodnik

Toplotna obdelava ni le neobvezen korak za A2 jeklo; potrebno je razviti posebno kombinacijo visoke trdote, odpornosti proti obrabi in žilavosti, ki je potrebna za učinkovito uporabo kot material za orodje in matrice. Brez ustrezne toplotne obdelave jeklu A2 ne bi bilo dovolj trdnosti in vzdržljivosti za zanesljivo delovanje v zahtevnih proizvodnih okoljih, kar bi povzročilo prezgodnjo odpoved in povišane proizvodne stroške. Zato je upoštevanje natančno definiranega in nadzorovanega cikla toplotne obdelave ključnega pomena za povečanje življenjske dobe in zmogljivosti komponent iz orodnega jekla A2.

A2 Mehanske lastnosti in zmogljivost

Mehanske lastnosti jekla A2 so močno odvisne od njegovega toplotno obdelanega stanja.

Stanje žarjenja: obdelovalnost

Pred utrjevanjem v žarjeno stanje, A2 nudi dobro obdelovalnost. Njegova ocena je okoli 60% v primerjavi z ogljikovim orodnim jeklom 1% (ocenjeno na 100%). To olajša začetno oblikovanje in izdelavo orodij. Žarjena orodna jekla imajo na splošno nižjo trdoto in trdnost kot njihovo kaljeno stanje.

Utrjeno in temperirano stanje: optimalno ravnovesje

Prava zmogljivost A2 je dosežena po pravilnem kaljenje in popuščanje. Ta proces razvije močno kombinacijo:

• Odpornost proti obrabi: A2 zagotavlja zelo dobro odpornost proti obrabi, boljšo od jekel, odpornih proti udarcem (kot je serija S).
• Žilavost: Ohranja dobro žilavost (odpornost proti zlomu), boljšo od jekel z visoko vsebnostjo kroma in visoko obrabo, npr. D2. Zaradi te kombinacije je vzdržljiv pri aplikacijah, ki se soočajo z abrazivno obrabo in zmernimi udarci.
• Trdota: Tipična delovna trdota 58-60 HRC je mogoče doseči po utrjevanju (npr. od 1775°F / 968°C) in kaljenju na zraku. A2 se lahko popolnoma strdi skozi dele do približno 4,5 palca (114 mm).
• Dimenzijska stabilnost: Zaradi svoje narave, ki se utrjuje na zraku, ima A2 dobro dimenzijsko stabilnost med toplotno obdelavo. Sprememba velikosti je razmeroma majhna in predvidljiva (okoli +0,001 in./in. ali +0,10%), kar poenostavi postopek doseganja končnih dimenzij orodja.
• Varnost pri utrjevanju: A2 je znan po svoji zanesljivosti in varnosti med procesom kaljenja, kar zmanjšuje tveganja v primerjavi z zahtevnejšimi metodami kaljenja.

Premisleki o torzijskih lastnostih

• Trdnost in duktilnost: Ko je utrjen, torzijska trdnost A2 na splošno presega trdnost O1 orodno jeklo, ki doseže vrh po temperiranju pri nizki temperaturi (okoli 300 °F / 150 °C). Pomembno je, da za razliko od O1 njegova torzijska duktilnost ne pade bistveno pri teh nizkih temperaturah popuščanja.
• Energija udarca: Upoštevajte, da je torzijska udarna energija lahko minimalna, če je kaljena okoli 500 °F (260 °C). Temu temperaturnemu območju se je mogoče izogniti, če uporaba vključuje znatne torzijske udarne obremenitve. Vendar pa je nezarezana udarna energija na splošno dobra, če je A2 kaljen za visoko trdoto.

A2 Vodnik za toplotno obdelavo orodnega jekla

Doseganje optimalne zmogljivosti in dolgotrajnosti orodnega jekla A2 je v celoti odvisno od natančne in pravilno izvedene toplotne obdelave. Kot specialist za orodno jeklo z več kot 20-letnimi izkušnjami kovanja Aobo Steel ponuja ta vodnik, v katerem opisuje bistvene korake za učinkovito obdelavo jekla A2. Upoštevanje teh postopkov je ključnega pomena za doseganje želene trdote, žilavosti in dimenzijske stabilnosti.

Predgretje

Predgretje je bistveni prvi korak pred kaljenjem jekla A2.

Namen:

• Zmanjšajte toplotni šok pri uvajanju jekla na višje temperature avstenitizacije. To je še posebej pomembno za komponente z velikimi razlikami v debelini.
• Kondicionirajte mikrostrukturo jekla za prihajajoče fazne transformacije.
• Razbremenite preostale napetosti, ki nastanejo med proizvodnjo ali strojno obdelavo.

Postopek:

• Jeklo A2 enakomerno segrejte na približno 1200°F (650°C).
• Zagotovite, da celoten del doseže to temperaturo, preden nadaljujete s korakom avstenitizacije.

Avstenitizacija (kaljenje)

Ta stopnja spremeni strukturo jekla v avstenit, pri čemer se ogljik in ključni legirni elementi raztopijo v raztopini, ki je potrebna za utrjevanje.

Postopek:

• Jeklo segrejte od temperature predgretja do temperaturnega območja kaljenja 1750°F do 1800°F (955°C do 980°C). Skupna tarča je 1775°F (970°C).
• Čas namakanja: Jeklo držite pri izbrani temperaturi avstenitizacije 1 ura na palec (25 mm) njegovega najdebelejšega preseka. Ustrezna namočenost je ključnega pomena za popolno preobrazbo.
• Nadzor atmosfere: Da preprečite površinsko razogljičenje (izguba ogljika, ki povzroči zmanjšano trdoto površine), izvedite avstenitizacijo v nadzorovanem okolju. Možnosti vključujejo:
  • Peč z nevtralno atmosfero
  • Vakuumska peč
  • Kopel z nevtralno soljo
  • Varno zavijanje dela v folijo iz nerjavečega jekla je prav tako običajna in učinkovita metoda zaščite.

Kaljenje

A2 je orodno jeklo, ki se kali na zraku. To pomeni, da doseže trdoto z ohlajanjem na zraku po avstenitizaciji.

Postopek:

• Odstranite jeklo iz peči in pustite, da se ohladi mirni zrak na sobno temperaturo.
• Hlajenje pretvori avstenit v martenzit, trdo mikrostrukturo, ki je odgovorna za odpornost A2 proti obrabi.
• Prepričajte se, da je hitrost ohlajanja zadostna, da preprečite nastanek mehkejših faz, zlasti v jedru večjih delov.
• Pričakovani rezultat: Kaljena trdota običajno doseže ~64 HRC. Vendar pa je jeklo v tem stanju zelo krhko in vsebuje notranje napetosti.
• Sprememba dimenzij: Pričakujte širitev približno 0,001 in./in. (0,001 mm/mm) med kaljenjem. Zavedajte se, da lahko zapletene geometrije povzročijo nekaj izkrivljanja.

Kaljenje

Kaljenje je a obvezno korak takoj po kaljenju. Zmanjšuje krhkost in notranje napetosti, kar bistveno poveča žilavost jekla.

Postopek:

• Dvojno kaljenje: A dvojno kaljenje obdelava je močno priporočljiva za jeklo A2. To zagotavlja največjo razbremenitev napetosti, mikrostrukturno stabilnost in preoblikovanje morebitnega zadržanega avstenita (netransformiranega avstenita, ki ostane po kaljenju), kar je ključnega pomena za dimenzijsko stabilnost med uporabo.
• Temperatura: Izberite temperaturo popuščanja glede na želeno končno ravnovesje trdote in žilavosti, običajno med 375 °F in 1000 °F (190 °C do 540 °C). Nižje temperature dajejo večjo trdoto, vendar manjšo žilavost; višje temperature povečajo žilavost, vendar zmanjšajo trdoto. Običajna praksa vključuje prvo jezo 400°F (205°C) in drugo okoli 375°F (190°C), vendar prilagodite glede na zahteve.
• Trajanje: Jeklo držite pri izbrani temperaturi popuščanja najmanj 2 uri na palec (25 mm) najtanjšega dela za vsak cikel kaljenja. Pustite, da se del med temperacijami popolnoma ohladi na sobno temperaturo.

Lajšanje stresa

Razbremenitev lahko uporabite na različnih stopnjah, da zmanjšate tveganje za popačenje in razpoke.

Neutrjen material za blaženje napetosti

• Če je potrebno pred utrjevanjem (npr. po težki obdelavi), počasi segrejte do 1200°F–1250°F (649°C–677°C).
• Namočite za 2 uri na palec debeline.
• Počasi ohladimo, najbolje v pečici, na sobno temperaturo.

Utrjen material za blaženje napetosti

• To je močno priporočljivo po posegih na utrjenih delih, kot je močno brušenje, varjenje ali obdelava z električnim praznjenjem (EDM).
• Del kalite pri temperaturi približno 25°F do 50°F (14°C do 28°C) spodaj prej uporabljena končna temperatura kaljenja.

Pomembni premisleki

• Varnost pri utrjevanju: Jeklo A2 nudi dobro varnost pri kaljenju in na splošno kaže manj deformacij kot jekla, kaljena v olju.
• Vzdušje: Ohranjanje pravilne atmosfere v peči med avstenitizacijo je ključnega pomena za preprečevanje škodljivih oksidacija in razogljičenje.
• Zadržani avstenit: Nepravilno kaljenje ali nezadostno popuščanje (zlasti opustitev drugega popuščanja) lahko pusti ohranjeni avstenit, kar kasneje vodi do morebitne dimenzijske nestabilnosti. Dvojno kaljenje učinkovito rešuje to.

Vpliv toplotne obdelave na jeklo A2

Zakaj je toplotna obdelava pomembna za jeklo A2

Toplotna obdelava je temeljni postopek za orodno jeklo A2. Vključuje skrbno nadzorovane cikle ogrevanja in hlajenja. Zakaj to delamo? Za spremembo notranje mikrostrukture jekla. S to nadzorovano spremembo dosežemo specifične mehanske lastnosti – kot sta trdota in žilavost – potrebne za zahtevne aplikacije. Razumevanje tega procesa je ključnega pomena za doseganje najboljše učinkovitosti jekla A2.

Doseganje trdote

Primarni način za povečanje trdote jekla A2 je skozi kaljenje.

• Postopek: To pomeni segrevanje jekla na določeno vrednost avstenitiziranje temperaturo in nato hitro ohladite. Za jeklo A2, ki se utrjuje na zraku, se to hlajenje običajno izvaja na zraku.
• Rezultat: Hitro ohlajanje spremeni strukturo jekla v martenzit, kar je zelo težko. Vsebnost ogljika v jeklu A2 neposredno vpliva na največjo možno trdoto.
• Izziv: Čeprav je trdo, jeklo neposredno po kaljenju (kot gašeno) je pogosto preveč krhka za večino orodij. Potrebuje nadaljnjo obdelavo.

Razvijanje žilavosti

Trdota je pomembna, vendar orodja potrebujejo tudi žilavost – sposobnost, da se uprejo krušenju ali zlomu. To se doseže s kaljenje.

• Postopek: Po kaljenju se jeklo ponovno segreje na točno določeno temperaturo pod kritično točko, zadrži določen čas in nato ohladi.
• Rezultat: Kaljenje spremeni strukturo krhkega martenzita, zmanjša krhkost in znatno poveča žilavost.
• Ravnovesje: Obstaja neposreden kompromis, ki ga nadzira temperatura kaljenja.
  • Nižje temperature kaljenja povzroči večjo trdoto, vendar nižjo žilavost.
  • Višje temperature kaljenja povečati žilavost, a zmanjšati trdoto.
  • Izbira prave temperature je ključnega pomena za izpolnjevanje posebnih zahtev uporabe orodja. S svojimi izkušnjami v podjetju Aobo Steel razumemo, kako pomembno je to ravnovesje.

Zagotavljanje dimenzijske stabilnosti

Toplotna obdelava vključuje znatne temperaturne spremembe, zaradi katerih lahko jeklo spremeni obliko ali velikost. Nadzorovanje dimenzijska stabilnost je vitalnega pomena.

• Izzivi:
  • Neenakomerno ogrevanje/hlajenje: Lahko povzroči zvijanje, deformacijo ali celo razpoke, zlasti v delih s kompleksnimi oblikami ali debelimi deli.
  • Gašenje napetosti: Hitro ohlajanje in spremembe notranje strukture med kaljenjem ustvarjajo notranje napetosti, ki lahko povzročijo spremembe dimenzij.
• Rešitve:
  • Enakomerno ogrevanje: Pravilni koraki predgretja lahko pomagajo zagotoviti enakomerno segrevanje dela.Nadzorovano hlajenje: Narava utrjevanja na zraku A2 pomaga zmanjšati toplotni šok v primerjavi s kaljenjem v olju ali vodi
  jekla. Kljub temu bo za večje dele morda potreben nadzorovan pretok zraka. Kaljenje: Ta postopek tudi razbremeni nekatere
  • notranje napetosti, uvedene med kaljenjem, izboljšanje stabilnosti.
  • Napredne tehnike: Metode, kot je vakuumska toplotna obdelava, lahko nudijo vrhunski nadzor dimenzij z odpravo površinskih reakcij, kot sta oksidacija in razogljičenje.

Povzetek: Lastnosti jekla po meri A2

Skratka, toplotna obdelava orodnega jekla A2 običajno vključuje:

1. Avsteniziranje: Ogrevanje na pravilno temperaturo za preoblikovanje strukture.
2. Kaljenje: Zračno hlajenje za doseganje visoke trdote s tvorbo martenzita.
3. Kaljenje: Ponovno segrevanje za uravnoteženje trdote in žilavosti ter lajšanje stresa.