Xử lý nhiệt thép công cụ M2

Hướng dẫn này, dựa trên kiến thức sâu rộng của chúng tôi, nhằm mục đích cung cấp cho bạn thông tin trực tiếp, thực tế về Thép dụng cụ M2 xử lý nhiệt quá trình. Có thể tải xuống miễn phí tệp PDF về xử lý nhiệt thép công cụ M2 ở cuối trang.

1. Tại sao xử lý nhiệt thích hợp cho thép M2 lại quan trọng

Mục tiêu của một kiểm soát tỉ mỉ Xử lý nhiệt thép công cụ M2 là phát triển cấu trúc vi mô cuối cùng của martensite tôi luyện kết hợp với sự phân tán mịn của các cacbua “làm cứng thứ cấp” phức tạp, cứng. Cấu trúc cụ thể này là thứ mang lại cho thép công cụ M2 sự kết hợp nổi tiếng của độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và khả năng duy trì các đặc tính này ở nhiệt độ cao. Để biết các đặc tính chi tiết của M2, vui lòng đọc Tính chất của thép công cụ M2.

2. Bốn giai đoạn chính của quá trình xử lý nhiệt thép công cụ M2

Hành trình khai thác hết tiềm năng của thép M2 bao gồm bốn giai đoạn nhiệt riêng biệt nhưng có sự kết nối với nhau: nung nóng trước, austenit hóa, dập tắt, Và sự tôi luyện. 

2.1 Làm nóng trước

Mặc dù quá trình nung nóng trước không làm cứng thép trực tiếp nhưng đây là bước chuẩn bị quan trọng trong quá trình Xử lý nhiệt thép công cụ M2 quá trình. Các chức năng chính của nó bao gồm:

• Giảm sốc nhiệt: Giảm thiểu nguy cơ biến dạng hoặc nứt khi dụng cụ lạnh tiếp xúc với lò nung nóng.
• Giảm căng thẳng: Giúp giảm bớt một số ứng suất bên trong từ quá trình gia công hoặc tạo hình trước đó.
• Tăng cường năng suất: Có thể rút ngắn thời gian cần thiết trong lò austenit hóa nhiệt độ cao.
• Bảo vệ bề mặt: Trong các lò nung không có bầu không khí trung tính hoàn toàn, việc gia nhiệt trước sẽ làm giảm khả năng thấm cacbon hoặc thoát cacbon.

Thực hành nung nóng trước được khuyến nghị cho thép M2:

Đối với thép tốc độ cao như M2, người ta thường sử dụng phương pháp gia nhiệt trước hai bước, đặc biệt là trong quá trình tôi luyện bằng muối thương mại:

• Làm nóng trước lần đầu: 650-760°C (1200-1400°F).
• Làm nóng trước lần thứ hai: 815-900°C (1500-1650°F).

Trong xử lý nhiệt chân không hoặc khí quyển, một lần gia nhiệt trước ở mức 790-845°C (1450-1550°F) là bình thường. Riêng đối với M2, nhiệt độ gia nhiệt trước thông thường là 650°C (1200°F) hoặc 815°C (1500°F).

Thời gian nung nóng trước phải đủ để đảm bảo toàn bộ mặt cắt ngang của bộ phận đạt đến nhiệt độ đồng đều; đối với M2, thời gian này thường là 10 đến 12 phút. Không giống như thép D2 được hưởng lợi từ quá trình nung nóng ban đầu chậm, M2 phản ứng tốt hơn với sự gia tăng nhiệt độ nhanh từ nung nóng trước đến nhiệt độ austenit hóa.

2.2 Austenit hóa (Làm cứng)

Austenitizing là nơi mà phép thuật làm cứng thực sự bắt đầu trong Xử lý nhiệt thép công cụ M2. Thép được nung ở nhiệt độ cao để hòa tan nhiều hợp kim cacbua phức tạp, điều này rất cần thiết để phát triển các tính chất mong muốn của thép.

Các thông số austenitizing chính cho thép M2:

• Phạm vi nhiệt độ: Thép M2 cần được gia nhiệt rất gần với điểm nóng chảy của nó – thường là trong khoảng 28-56°C (50-100°F). Đối với M2, nhiệt độ austenit hóa được khuyến nghị là khoảng 1230°C (2250°F). Phạm vi nhiệt độ chung cho thép tốc độ cao là 1150-1290°C (2100-2350°F).
• Thời gian giữ: Đây là thời gian ngắn đáng ngạc nhiên đối với thép công cụ tốc độ cao, thường là 2 đến 6 phút. Thời gian chính xác phụ thuộc vào loại M2, thiết kế công cụ và kích thước mặt cắt ngang. Ví dụ, một phần dày 150mm (6 inch) có thể cần thời gian giữ tối đa là 5 đến 6 phút.
• Kiểm soát khí quyển: Do nhiệt độ cực cao, nên bầu không khí được kiểm soát là rất quan trọng để ngăn ngừa các vấn đề bề mặt như đóng cặn và khử cacbon. Lò tắm muối thường được ưa chuộng vì lý do này.

Trong quá trình austenit hóa, ferit và hợp kim carbide chuyển thành cấu trúc hạt austenit. Nhiệt độ austenit hóa quyết định lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim hòa tan trong austenit, ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng khi tôi và lượng austenit được giữ lại. Nhiệt độ austenit hóa cao hơn thường dẫn đến độ cứng cao hơn sau khi ram, đặc biệt là ở đỉnh tôi thứ cấp.

2.3 Làm nguội

Sau khi austenit hóa, cần phải làm nguội nhanh—hay tôi—để chuyển austenit thành martensit, cấu trúc nền cứng mong muốn trong thép công cụ M2.

Phương pháp làm nguội hiệu quả cho thép M2:

• Phương tiện làm nguội: M2 có thể được làm nguội hiệu quả trong dầu, không khí hoặc bồn muối trung tính. Làm nguội bằng không khí là cách ít khắc nghiệt nhất và có thể đủ cho các phần M2 nhỏ hơn hoặc mỏng hơn để đạt được trạng thái martensitic. Làm nguội bằng dầu thường được theo sau bằng làm nguội bằng không khí đến gần nhiệt độ môi trường.
• Làm nguội bằng bồn muối: Những bồn tắm này thường được duy trì ở nhiệt độ khoảng 540-595°C (1000-1100°F).
• Kỹ thuật dập tắt: Để giảm thiểu ứng suất, biến dạng và đảm bảo làm mát đều, nhúng các phần phẳng hoặc hình ống theo chiều thẳng đứng vào môi trường làm nguội.
• Làm mát sau khi tôi: Điều quan trọng là phải làm nguội chi tiết xuống mức ít nhất 65°C (150°F) trước khi bắt đầu quá trình tôi luyện.

Một đặc điểm của thép hợp kim cao, cacbon cao như M2 là sự hiện diện của “austenit giữ lại” sau khi tôi, vì sự chuyển đổi 100% thành martensite hiếm khi xảy ra ngay lập tức. Austenit giữ lại có thể làm giảm độ cứng, độ bền và độ ổn định về kích thước. Để giải quyết vấn đề này, có thể áp dụng các phương pháp xử lý nhiệt độ thấp hoặc dưới 0 (ví dụ, làm lạnh đến -30°C đến -120°C) sau khi tôi ban đầu để chuyển đổi austenit giữ lại thành martensite, do đó tăng cường độ cứng và độ ổn định.

2.4 Làm nguội

Làm nguội (hoặc kéo) là giai đoạn cuối cùng, quan trọng trong Xử lý nhiệt thép công cụ M2. Sau khi tôi, thép cực kỳ cứng nhưng cũng chịu ứng suất cao và giòn. Tôi luyện giải quyết vấn đề này bằng cách:

• Tăng độ dẻo dai.
• Phát triển “độ cứng thứ cấp”, một đặc điểm chính của thép công cụ hợp kim cao.
• Giải tỏa căng thẳng bên trong.
• Quan trọng hơn, chuyển đổi austenit giữ lại thành martensite mới (sau đó được ram trong các chu trình tiếp theo).
• Kết tủa các cacbua phức hợp giúp tăng cường thêm độ cứng thứ cấp.

Thực hành tôi luyện tốt nhất cho thép M2:

• Nhiều tính khí là bắt buộc: Thép công cụ tốc độ cao như M2 thường yêu cầu nhiều chu kỳ tôi luyện (thường là 2 đến 4). Đối với M2, tối thiểu tôi luyện kép là điều cần thiếtvà ba mức tôi luyện thường được ưa chuộng. Quy trình nhiều giai đoạn này tinh chỉnh cấu trúc hạt và tôi luyện bất kỳ martensit nào mới hình thành từ austenit giữ lại, tăng đáng kể khả năng chống mài mòn và tuổi thọ của dụng cụ.
• Nhiệt độ và thời gian ủ: Nhiệt độ tôi tối thiểu cho hầu hết các loại M2 là 540°C (1000°F). Một chu trình phổ biến và hiệu quả cho M2 là:

• Cơn nóng giận đầu tiên: 565°C (1050°F)
• Cơn nóng giận thứ hai: 550°C (1025°F)
• Tính khí thứ ba (nếu sử dụng): 540°C (1000°F) Mỗi chu kỳ phải kéo dài 2 giờ cho mỗi inch (25 mm) tiết diện của dụng cụ.

• Làm mát giữa các cơn nóng giận: Luôn để bộ phận nguội hoàn toàn đến nhiệt độ phòng giữa các chu kỳ tôi luyện. Điều này rất quan trọng đối với quá trình chuyển đổi austenite giữ lại thành martensite, sau đó được tinh chế trong bước tôi luyện tiếp theo.
• Đỉnh cứng thứ cấp: Để tối ưu hóa quá trình biến đổi austenit giữ lại và đạt được độ cứng thứ cấp tối đa, hãy hướng đến “phía bên phải (cao)” của đường cong đỉnh độ cứng thứ cấp trong quá trình tôi luyện. Hiện tượng này cho phép M2 duy trì độ cứng cao ngay cả ở nhiệt độ cao gặp phải trong các hoạt động gia công tốc độ cao.

3. Đạt được cấu trúc vi mô tối ưu và Độ cứng trong thép M2

Một thành công Xử lý nhiệt thép công cụ M2 biến đổi ferit và cacbua ban đầu của thép thành một cấu trúc chắc chắn, chủ yếu bao gồm martensite đã tôi luyện và phân bố đều các cacbua cứng. Cấu trúc vi mô tinh tế này chịu trách nhiệm trực tiếp cho các thuộc tính hiệu suất quan trọng như độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền gãy.

Thông thường, thép công cụ tốc độ cao M2 mục đích chung được xử lý nhiệt để đạt được độ cứng 64 đến 66 HRC. Tuy nhiên, với khả năng kiểm soát chính xác toàn bộ quá trình, đặc biệt là nhiệt độ làm cứng (để tối ưu hóa quá trình hòa tan cacbua) và quá trình ram sau đó, M2 có thể đạt độ cứng 68 HRC và ở một số biến thể thép tốc độ cao cụ thể, thậm chí có thể lên tới 70 HRC.

Để biết độ cứng M2 chi tiết, vui lòng đọc Độ cứng của thép công cụ M2.