THÉP CÔNG CỤ D3 | 1.2080 | skd1

3. Xử lý nhiệt

Thép công cụ D3 toàn diện xử lý nhiệt giao thức bao gồm bốn giai đoạn chính: nung nóng trước, austenit hóa (làm cứng), làm nguội và ram. Mỗi bước đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được cấu trúc luyện kim và tính chất cơ học mong muốn.

3.1 Làm nóng trước

Làm nóng trước là giai đoạn chuẩn bị quan trọng trong chu trình xử lý nhiệt thép công cụ D3, đặc biệt đối với thép loại D như D3, có độ dẫn nhiệt tương đối thấp.

• Mục đích: Chức năng chính của nó là giảm thiểu sốc nhiệt khi dụng cụ được đưa vào nhiệt độ austenit hóa cao, do đó giảm nguy cơ biến dạng hoặc nứt. Làm nóng trước cũng giúp giảm bớt một số ứng suất dư từ các hoạt động gia công trước đó.
• Khuyến nghị cho thép D3: Chúng tôi khuyến nghị làm nóng trước thép công cụ D3 ở nhiệt độ từ 650-705°C (1200-1300°F). Một cách làm thông thường là giữ ở nhiệt độ 650°C (1200°F) trong khoảng 10 đến 15 phút hoặc cho đến khi chi tiết được làm nóng đều.
• Tốc độ gia nhiệt: Tốc độ gia nhiệt chậm, được kiểm soát thường được ưa chuộng hơn. Gia nhiệt nhanh có thể tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa bề mặt và lõi của dụng cụ, có khả năng dẫn đến biến dạng hoặc nứt.

3.2 Austenit hóa (Làm cứng)

Austenit hóa là giai đoạn tôi lõi của quá trình xử lý nhiệt thép công cụ D3. Trong giai đoạn này, cấu trúc vi mô ủ (chủ yếu là ferit và cacbua) được chuyển thành austenit và các cacbua hợp kim quan trọng được hòa tan để phát triển độ cứng và đặc tính chống mài mòn của thép.

• Quy trình: Đối với thép D3 có hàm lượng crom cacbua cao, quá trình austenit hóa được thực hiện trong trường hai pha austenit-cacbua.
• Nhiệt độ cho thép D3: Thép công cụ D3 thường được austenit hóa ở nhiệt độ thấp hơn một chút so với D2, thường là khoảng 960°C (1760°F). Ngược lại, D2 thường được xử lý ở 1020°C (1870°F).
• Thời gian giữ: Thép phải được giữ ở nhiệt độ austenit hóa đủ lâu để lõi đạt đến nhiệt độ mục tiêu và để xảy ra quá trình hòa tan cacbua đủ, đảm bảo gia nhiệt đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang.
• Những cân nhắc quan trọng: Quá trình austenit hóa đúng cách là rất quan trọng để đạt được độ cứng khi tôi cao. Phải tránh quá nhiệt, vì nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến kích thước hạt thô, làm thô các cacbua và làm tăng austenit giữ lại, tất cả đều ảnh hưởng tiêu cực đến độ dẻo dai và độ ổn định kích thước. Sử dụng bầu khí quyển trung tính, bọc màng bảo vệ hoặc tắm muối trong quá trình austenit hóa là điều quan trọng để ngăn ngừa quá trình khử cacbon hoặc đóng cặn bề mặt.

3.3 Làm nguội

Sau khi austenit hóa, dập tắt là quá trình làm nguội có kiểm soát trong xử lý nhiệt thép công cụ D3 được thiết kế để biến đổi austenit thành martensit cứng.

• Môi trường tôi cho thép D3: Không giống như nhiều loại thép loại D khác được tôi bằng không khí, thép công cụ D3 thường được tôi bằng dầu. Tôi bằng dầu cung cấp tốc độ làm mát ít khắc nghiệt hơn nước hoặc nước muối, giúp giảm thiểu biến dạng và nguy cơ nứt, mặc dù D3 vẫn dễ bị biến dạng hơn các loại thép tôi bằng không khí.
• Quy trình làm mát: Bộ phận phải được làm mát qua phạm vi hình thành martensite. Điều quan trọng là phải làm mát bộ phận đến gần nhiệt độ môi trường, lý tưởng nhất là từ 66-93°C (150-200°F), trước khi tiến hành tôi.
• Thời gian là chìa khóa: Không để phần thép D3 đã tôi nguội hoàn toàn đến nhiệt độ phòng và để trong thời gian dài (nói chung, không nên để quá 2 giờ) trước khi tôi luyện. Việc trì hoãn tôi luyện có thể khiến thép cực kỳ giòn và dễ nứt và mất ổn định.

3.4 Làm nguội

Làm nguội là giai đoạn cuối cùng không thể thiếu trong quá trình xử lý nhiệt thép công cụ D3. Thép D3 tôi khi tôi cực kỳ cứng nhưng cũng rất giòn và chịu ứng suất bên trong cao.

• Mục đích: Quá trình tôi luyện làm giảm các ứng suất bên trong, tăng đáng kể độ dẻo dai và cho phép điều chỉnh độ cứng cuối cùng.
• Nhiều lần tôi luyện cho thép D3: Đối với thép cacbon cao, crom cao như D3, nên thực hiện nhiều chu kỳ tôi luyện (tôi luyện đôi hoặc thậm chí ba lần). Thực hành này giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt, cải thiện thêm khả năng chống mài mòn và tạo điều kiện cho quá trình biến đổi bất kỳ austenit giữ lại nào.
• Nhiệt độ và độ cứng: Để đạt được độ cứng mục tiêu điển hình khoảng 60 HRC, D3 thường được tôi ở nhiệt độ thấp hơn, khoảng 200°C (390°F).
• Phạm vi làm cứng thứ cấp: Làm cứng trong phạm vi làm cứng thứ cấp (thường là 400-600°C đối với thép hợp kim) cũng có thể có lợi. Điều này thúc đẩy quá trình chuyển đổi austenit giữ lại và kết tủa các cacbua hợp kim mịn, có thể tăng cường độ cứng nóng và khả năng chống tôi, mặc dù khả năng chống tôi của D3 bị hạn chế hơn so với các loại thép có hàm lượng molypden (Mo) và vanadi (V) cao hơn.
• Thời gian giữ: Thời gian tôi luyện tiêu chuẩn là 2 giờ cho mỗi inch (25mm) độ dày của dụng cụ ở nhiệt độ quy định. Các bộ phận phải được làm nguội đến nhiệt độ phòng giữa mỗi chu kỳ tôi luyện. Tôi luyện hiệu quả là vô cùng quan trọng đối với tuổi thọ và hiệu suất của các bộ phận thép công cụ D3.

3.5 Những cân nhắc chính khi xử lý nhiệt thép công cụ D3

• Austenit giữ lại: Do hàm lượng cacbon cao, thép D3 có thể có austenit giữ lại sau khi tôi. Nhiều chu kỳ tôi luyện là phương pháp chính để biến đổi điều này. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định kích thước tối đa hoặc austenit giữ lại tối thiểu tuyệt đối, có thể sử dụng phương pháp xử lý dưới 0 hoặc đông lạnh sau khi tôi (và thường là trước khi tôi luyện cuối cùng). Các phương pháp xử lý này phải được thực hiện ngay sau khi tôi luyện.
• Độ ổn định về kích thước: Thép công cụ D3 có độ ổn định về kích thước tốt, với mức tăng trưởng dự kiến thường vào khoảng ±0,0005 in./in. (hoặc ±0,05%). Việc gia nhiệt trước thích hợp, kiểm soát tốc độ gia nhiệt và làm nguội, và tôi luyện nhiều lần kỹ lưỡng là điều cần thiết để giảm thiểu những thay đổi về kích thước.
• Độ bền: Điều quan trọng cần lưu ý là thép D3 thường có độ bền thấp hơn so với thép D2, chủ yếu là do hàm lượng cacbon cao hơn. Các thông số xử lý nhiệt thép công cụ D3 phải được lựa chọn cẩn thận để cân bằng khả năng chống mài mòn với độ bền phù hợp cho ứng dụng dự định.
• Xử lý bề mặt: Để tăng cường độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn, các thành phần thép công cụ D3 có thể được xử lý bề mặt như thấm nitơ hoặc xử lý khuếch tán nhiệt (TD) sau quá trình xử lý nhiệt sơ cấp.