Thép A2 và Xử lý nhiệt: Hướng dẫn đầy đủ

Xử lý nhiệt không chỉ là một bước tùy chọn Thép A2; cần phải phát triển sự kết hợp cụ thể giữa độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai cần thiết để sử dụng hiệu quả như một vật liệu dụng cụ và khuôn. Nếu không được xử lý nhiệt đúng cách, thép A2 sẽ không có đủ độ bền và độ tin cậy để hoạt động đáng tin cậy trong môi trường sản xuất khắt khe, dẫn đến hỏng hóc sớm và tăng chi phí sản xuất. Do đó, việc tuân thủ chu trình xử lý nhiệt được xác định rõ ràng và kiểm soát chặt chẽ là tối quan trọng để tối đa hóa tuổi thọ và hiệu suất của các bộ phận được làm từ thép dụng cụ A2.

A2 Tính chất cơ học và hiệu suất

Tính chất cơ học của thép A2 phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng xử lý nhiệt của nó.

Điều kiện ủ: Khả năng gia công

Trước khi làm cứng, trong ủ trạng thái, A2 cung cấp khả năng gia công tốt. Xếp hạng của nó là khoảng 60% so với thép công cụ cacbon 1% (xếp hạng ở mức 100%). Điều này tạo điều kiện cho việc định hình và chế tạo dụng cụ ban đầu dễ dàng hơn. Thép công cụ ủ thường có độ cứng và độ bền thấp hơn so với trạng thái tôi của chúng.

Điều kiện tôi luyện và tôi luyện: Sự cân bằng tối ưu

Hiệu suất thực sự của A2 đạt được sau khi thực hiện đúng cách làm cứng và tôi luyện. Quá trình này tạo ra sự kết hợp mạnh mẽ giữa:

• Khả năng chống mài mòn: Thép A2 có khả năng chống mài mòn rất tốt, vượt trội hơn so với các loại thép chống va đập (như dòng S).
• Độ bền: Nó duy trì độ dẻo dai tốt (khả năng chống gãy), tốt hơn so với thép có hàm lượng crom cao, chịu mài mòn cao như Ngày 2Sự kết hợp này làm cho sản phẩm bền bỉ trong các ứng dụng chịu được cả sự mài mòn và va đập vừa phải.
• Độ cứng: Độ cứng làm việc điển hình của 58-60 HRC có thể đạt được sau khi làm cứng (ví dụ, từ 1775°F / 968°C) và làm nguội bằng không khí. A2 có thể làm cứng hoàn toàn qua các phần lên đến khoảng 4,5 inch (114 mm).
• Độ ổn định kích thước: Do bản chất tôi luyện bằng không khí, A2 thể hiện tính ổn định kích thước tốt trong quá trình xử lý nhiệt. Thay đổi kích thước tương đối nhỏ và có thể dự đoán được (khoảng +0,001 in./in. hoặc +0,10%), giúp đơn giản hóa quá trình đạt được kích thước dụng cụ cuối cùng.
• An toàn trong quá trình tôi luyện: A2 được biết đến với độ tin cậy và an toàn trong quá trình tôi luyện, giảm thiểu rủi ro so với các phương pháp làm nguội đòi hỏi khắt khe hơn.

Các cân nhắc về tính chất xoắn

• Độ bền và độ dẻo: Khi được làm cứng, sức bền xoắn của A2 thường vượt quá sức bền xoắn của Thép dụng cụ O1, đạt đỉnh sau khi tôi luyện ở nhiệt độ thấp (khoảng 300°F / 150°C). Điều quan trọng là, không giống như O1, độ dẻo xoắn của nó không giảm đáng kể ở những nhiệt độ tôi luyện thấp này.
• Năng lượng tác động: Lưu ý rằng năng lượng va chạm xoắn có thể là tối thiểu khi tôi luyện ở nhiệt độ khoảng 500°F (260°C). Có thể tránh phạm vi nhiệt độ này nếu ứng dụng liên quan đến tải va chạm xoắn đáng kể. Tuy nhiên, năng lượng va chạm không khía thường tốt khi tôi luyện A2 để có độ cứng cao.

Hướng dẫn xử lý nhiệt thép công cụ A2

Việc đạt được hiệu suất và tuổi thọ tối ưu từ thép công cụ A2 hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt chính xác và được thực hiện đúng cách. Là một chuyên gia về thép công cụ với hơn 20 năm kinh nghiệm rèn, Aobo Steel cung cấp hướng dẫn này để phác thảo các bước thiết yếu để xử lý thép A2 hiệu quả. Việc tuân thủ các quy trình này là rất quan trọng để đạt được độ cứng, độ dẻo dai và độ ổn định về kích thước mong muốn.

Làm nóng trước

Làm nóng trước là bước đầu tiên cần thiết trước khi làm cứng thép A2.

Mục đích:

• Giảm thiểu sốc nhiệt khi đưa thép vào nhiệt độ austenit hóa cao hơn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thành phần có độ dày thay đổi đáng kể.
• Điều chỉnh cấu trúc vi mô của thép cho các chuyển đổi pha sắp tới.
• Giảm ứng suất dư phát sinh trong quá trình sản xuất hoặc gia công.

Thủ tục:

• Làm nóng thép A2 đều đến khoảng 1200°F (650°C).
• Đảm bảo toàn bộ chi tiết đạt đến nhiệt độ này trước khi tiến hành bước austenit hóa.

Austenit hóa (Làm cứng)

Giai đoạn này chuyển đổi cấu trúc thép thành austenit, hòa tan cacbon và các nguyên tố hợp kim quan trọng vào dung dịch, cần thiết cho quá trình tôi luyện.

Thủ tục:

• Làm nóng thép từ nhiệt độ nung nóng trước đến phạm vi nhiệt độ làm cứng của 1750°F đến 1800°F (955°C đến 980°C). Một mục tiêu chung là 1775°F (970°C).
• Thời gian ngâm: Giữ thép ở nhiệt độ austenit hóa đã chọn trong 1 giờ cho mỗi inch (25 mm) có mặt cắt ngang dày nhất. Việc ngâm đủ nước là rất quan trọng để chuyển đổi hoàn toàn.
• Kiểm soát khí quyển: Để ngăn ngừa quá trình khử cacbon bề mặt (mất cacbon, dẫn đến giảm độ cứng bề mặt), hãy thực hiện austenit hóa trong môi trường được kiểm soát. Các tùy chọn bao gồm:
  • Lò nung không khí trung tính
  • Lò chân không
  • Tắm muối trung tính
  • Bọc chặt bộ phận đó bằng giấy bạc thép không gỉ cũng là một phương pháp bảo vệ phổ biến và hiệu quả.

Làm nguội

A2 là thép công cụ tôi bằng không khí. Điều này có nghĩa là nó đạt được độ cứng bằng cách làm mát trong không khí sau khi austenit hóa.

Thủ tục:

• Lấy thép ra khỏi lò và để nguội trong không khí tĩnh lặng đến nhiệt độ phòng.
• Quá trình làm mát biến đổi austenit thành mactensit, cấu trúc vi mô cứng chịu trách nhiệm cho khả năng chống mài mòn của A2.
• Đảm bảo tốc độ làm mát đủ để tránh hình thành các pha mềm hơn, đặc biệt là ở phần lõi của các phần lớn hơn.
• Kết quả mong đợi: Độ cứng khi tôi thường đạt tới ~64HRCTuy nhiên, thép ở trạng thái này rất giòn và chứa ứng suất bên trong.
• Thay đổi kích thước: Dự kiến mở rộng khoảng 0,001 inch/in. (0,001 mm/mm) trong quá trình làm nguội. Cần lưu ý rằng hình học phức tạp có thể dẫn đến một số biến dạng.

Làm nguội

Làm nguội là một bắt buộc bước ngay sau khi tôi. Nó làm giảm độ giòn và ứng suất bên trong, làm tăng đáng kể độ dẻo dai của thép.

Thủ tục:

• Ủ kép: MỘT tôi luyện gấp đôi xử lý được khuyến nghị mạnh mẽ cho thép A2. Điều này đảm bảo giảm ứng suất tối đa, ổn định cấu trúc vi mô và chuyển đổi bất kỳ austenit giữ lại nào (austenit chưa chuyển đổi còn lại sau khi tôi), điều này rất quan trọng đối với độ ổn định kích thước khi sử dụng.
• Nhiệt độ: Chọn nhiệt độ tôi luyện dựa trên sự cân bằng cuối cùng mong muốn của độ cứng và độ dẻo dai, thường là giữa 375°F và 1000°F (190°C đến 540°C). Nhiệt độ thấp hơn tạo ra độ cứng cao hơn nhưng độ dẻo dai thấp hơn; nhiệt độ cao hơn làm tăng độ dẻo dai nhưng làm giảm độ cứng. Thực hành phổ biến bao gồm việc tôi luyện lần đầu tiên xung quanh 400°F (205°C) và một giây xung quanh 375°F (190°C)nhưng điều chỉnh dựa trên yêu cầu.
• Khoảng thời gian: Giữ thép ở nhiệt độ tôi luyện đã chọn trong thời gian tối thiểu 2 giờ cho mỗi inch (25 mm) của phần mỏng nhất cho mỗi chu trình tôi luyện. Để cho bộ phận nguội hoàn toàn đến nhiệt độ phòng giữa các lần tôi luyện.

Giảm căng thẳng

Có thể áp dụng biện pháp giảm ứng suất ở nhiều giai đoạn khác nhau để giảm thiểu nguy cơ biến dạng và nứt vỡ.

Vật liệu chưa cứng giảm ứng suất

• Nếu cần trước khi làm cứng (ví dụ, sau khi gia công nặng), hãy làm nóng từ từ đến 1200°F–1250°F (649°C–677°C).
• Ngâm trong 2 giờ cho một inch có độ dày.
• Làm nguội từ từ, tốt nhất là trong lò, đến nhiệt độ phòng.

Vật liệu cứng giảm ứng suất

• Điều này được khuyến khích thực hiện sau các hoạt động trên các bộ phận cứng, chẳng hạn như mài nặng, hàn hoặc gia công bằng tia lửa điện (EDM).
• Làm nguội bộ phận ở nhiệt độ xấp xỉ 25°F đến 50°F (14°C đến 28°C) dưới nhiệt độ tôi luyện cuối cùng được sử dụng trước đó.

Những cân nhắc quan trọng

• An toàn khi tôi luyện: Thép A2 có độ an toàn cao khi tôi luyện và thường ít bị biến dạng hơn thép tôi luyện bằng dầu.
• Bầu không khí: Việc duy trì bầu không khí lò nung chính xác trong quá trình austenit hóa là rất quan trọng để ngăn ngừa các tác hại quá trình oxy hóa và khử cacbon.
• Austenit giữ lại: Việc tôi không đúng cách hoặc ram không đủ (đặc biệt là bỏ qua lần ram thứ hai) có thể để lại austenit còn sót lại, dẫn đến khả năng mất ổn định kích thước sau này. Ram kép có thể giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả.

Ảnh hưởng của xử lý nhiệt lên thép A2

Tại sao xử lý nhiệt lại quan trọng đối với thép A2

Xử lý nhiệt là một quy trình cơ bản đối với thép công cụ A2. Nó bao gồm các chu kỳ gia nhiệt và làm mát được kiểm soát cẩn thận. Tại sao chúng tôi làm điều này? Để thay đổi cấu trúc vi mô bên trong của thép. Sự thay đổi được kiểm soát này là cách chúng tôi đạt được các đặc tính cơ học cụ thể - như độ cứng và độ dẻo dai - cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Hiểu được quy trình này là chìa khóa để có được hiệu suất tốt nhất từ thép A2.

Đạt được độ cứng

Cách chính để tăng độ cứng của thép A2 là thông qua dập tắt.

• Quy trình: Điều này có nghĩa là nung nóng thép đến một nhiệt độ cụ thể austenit hóa nhiệt độ và sau đó làm nguội nhanh. Đối với A2, là thép tôi trong không khí, quá trình làm nguội này thường được thực hiện trong không khí.
• Kết quả: Làm mát nhanh chóng biến đổi cấu trúc thép thành mactensit, rất cứng. Hàm lượng cacbon trong thép A2 ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng tối đa có thể đạt được.
• Thử thách: Trong khi cứng, thép ngay sau khi tôi (đã dập tắt) thường quá giòn đối với hầu hết các ứng dụng công cụ. Nó cần được xử lý thêm.

Phát triển độ bền

Độ cứng là quan trọng, nhưng các công cụ cũng cần độ bền – khả năng chống sứt mẻ hoặc vỡ. Điều này đạt được thông qua sự tôi luyện.

• Quy trình: Sau khi tôi, thép được nung lại đến nhiệt độ chính xác dưới điểm tới hạn, giữ trong một thời gian cụ thể, sau đó làm nguội.
• Kết quả: Quá trình tôi luyện làm thay đổi cấu trúc martensitic giòn, giảm độ giòn và tăng đáng kể độ dẻo dai.
• Sự cân bằng: Có một sự đánh đổi trực tiếp được kiểm soát bởi nhiệt độ tôi luyện.
  • Nhiệt độ tôi thấp hơn dẫn đến độ cứng cao hơn nhưng độ dẻo dai thấp hơn.
  • Nhiệt độ tôi luyện cao hơn tăng độ dẻo dai nhưng giảm độ cứng.
  • Việc lựa chọn nhiệt độ phù hợp là rất quan trọng để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng công cụ. Với kinh nghiệm của mình, chúng tôi tại Aobo Steel hiểu được sự cân bằng này quan trọng như thế nào.

Đảm bảo tính ổn định về kích thước

Xử lý nhiệt liên quan đến những thay đổi nhiệt độ đáng kể, có thể khiến thép thay đổi hình dạng hoặc kích thước. Kiểm soát sự ổn định về kích thước là rất quan trọng.

• Những thách thức:
  • Sưởi ấm/làm mát không đều: Có thể gây cong vênh, biến dạng hoặc thậm chí nứt, đặc biệt là ở những bộ phận có hình dạng phức tạp hoặc phần dày.
  • Ứng suất làm nguội: Quá trình làm nguội nhanh và thay đổi cấu trúc bên trong trong quá trình tôi tạo ra ứng suất bên trong có thể dẫn đến thay đổi kích thước.
• Các giải pháp:
  • Sưởi ấm đồng đều: Các bước làm nóng trước thích hợp có thể giúp đảm bảo bộ phận được làm nóng đều.Làm mát có kiểm soát: Bản chất làm cứng bằng không khí của A2 giúp giảm sốc nhiệt so với dầu—hoặc làm nguội bằng nước
  thép. Tuy nhiên, luồng không khí được kiểm soát có thể cần thiết cho các phần lớn hơn. Làm nguội: Quá trình này cũng làm giảm một số
  • ứng suất bên trong được tạo ra trong quá trình tôi, cải thiện độ ổn định.
  • Kỹ thuật tiên tiến: Các phương pháp như xử lý nhiệt chân không có thể kiểm soát kích thước vượt trội bằng cách loại bỏ các phản ứng bề mặt như oxy hóa và khử cacbon.

Tóm tắt: Điều chỉnh các đặc tính của thép A2

Tóm lại, quá trình xử lý nhiệt cho thép công cụ A2 thường bao gồm:

1. Austenit hóa: Đun nóng đến nhiệt độ thích hợp để biến đổi cấu trúc.
2. Làm nguội: Làm mát bằng không khí để đạt được độ cứng cao bằng cách hình thành martensit.
3. Làm nguội: Làm nóng lại để cân bằng độ cứng và độ dai, đồng thời giảm ứng suất.