Thép dụng cụ S7 | 1.2355

3. Xử lý nhiệt thép công cụ S7

Đạt được hiệu suất đặc biệt mà thép công cụ S7 được biết đến—đặc biệt là độ bền va đập đặc trưng của nó—phụ thuộc rất nhiều vào quá trình xử lý nhiệt chính xác và được thực hiện đúng cách. Hướng dẫn này trình bày chi tiết các bước xử lý nhiệt thép công cụ S7 cần thiết để mở khóa toàn bộ các đặc tính tối ưu của nó. 

3.1 Ủ

Thép công cụ S7 thường được cung cấp ở trạng thái ủ, đảm bảo độ mềm tối đa và dễ gia công. Nếu cần ủ lại để khôi phục trạng thái tối ưu này cho quá trình chế tạo, quy trình bao gồm:

1. Sưởi ấm: Làm nóng đều thép S7 đến nhiệt độ 1550°F (843°C).
2. Ngâm: Giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 1,5 giờ cho mỗi inch (hoặc 3,5 phút cho mỗi mm) phần dày nhất để đảm bảo gia nhiệt đều và kỹ lưỡng.
3. Làm mát: Thực hiện làm mát chậm, giảm nhiệt độ lò ở mức được kiểm soát là 25°F (14°C) mỗi giờ cho đến khi đạt 900°F (482°C).
4. Làm mát cuối cùng: Sau khi đạt đến nhiệt độ 900°F (482°C), thép có thể được làm mát bằng không khí đến nhiệt độ phòng.

Độ cứng dự kiến sau quá trình ủ S7 thích hợp đạt tối đa 230 HB, mang lại trạng thái lý tưởng cho các hoạt động gia công tiếp theo.

3.2 Làm cứng

Giai đoạn tôi luyện của quá trình xử lý nhiệt thép công cụ S7 biến đổi cấu trúc vi mô đã ủ thành cấu trúc martensitic cứng hơn đáng kể, xen kẽ với các cacbua mịn, đóng vai trò cơ bản đối với hiệu suất sử dụng cuối cùng và độ bền của nó. Điều này bao gồm một số giai đoạn chính:

3.2.1 Các bước làm nóng sơ bộ quan trọng

Làm nóng trước là bước đầu tiên quan trọng trong chuỗi làm cứng thép S7. Mục đích chính của nó là giảm thiểu sốc nhiệt, có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt, và làm giảm bất kỳ ứng suất bên trong nào phát sinh trong các hoạt động gia công trước đó.

• Làm nóng trước lần đầu: Làm nóng đều thành phần S7 đến nhiệt độ 1200°F (650°C).
• Thời gian giữ: Duy trì nhiệt độ này trong 10 đến 15 phút, đảm bảo nhiệt được phân bổ đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bộ phận trước khi chuyển sang nhiệt độ austenit hóa.

3.2.2 Austenit hóa

Sau khi nung nóng sơ bộ, thép công cụ S7 được nung nóng nhanh đến nhiệt độ austenit hóa (làm cứng). Giai đoạn này được thiết kế để hòa tan hiệu quả các hợp kim cacbua và biến đổi cấu trúc tinh thể của thép thành austenit.

• Nhiệt độ austenit hóa: Nhiệt độ khuyến nghị để austenit hóa S7 là 1725°F (940°C).

3.2.3 Ngâm

Khi đạt đến nhiệt độ austenit hóa, thành phần S7 phải được ngâm. Khoảng thời gian giữ này, hay thời gian ngâm, rất quan trọng để toàn bộ cấu trúc chuyển đổi đồng đều thành austenit và đảm bảo sự hòa tan đầy đủ của các cacbua cần thiết cho quá trình tôi tối ưu.

• Tính toán thời gian ngâm:

1. Đối với các bộ phận có mặt cắt ngang lớn hơn 1 inch (25mm): Ngâm trong 1 giờ cho mỗi inch (25mm) của mặt cắt ngang nhỏ nhất.
2. Đối với các phần nhỏ hơn: Sử dụng các hướng dẫn cụ thể, ví dụ: 30 phút cho các phần 1/8″ (3,175mm) và 1 giờ cho các phần 1″ (25mm).

• Thận trọng: Tránh ngâm thép trong thời gian quá dài vì điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến cấu trúc hạt cuối cùng của thép và do đó ảnh hưởng đến tính chất cơ học của thép.

3.2.4 Làm nguội

Làm nguội là giai đoạn làm nguội nhanh biến đổi thép S7 austenit hóa thành cấu trúc martensitic cứng. S7 là thép công cụ làm cứng bằng khí, khiến làm nguội bằng khí trở thành phương pháp làm nguội tiêu chuẩn và an toàn nhất, giảm thiểu rủi ro biến dạng.

• Làm nguội tiêu chuẩn: Làm mát bằng không khí từ nhiệt độ austenit hóa.
• Phần lớn: Đối với các thành phần có phần vượt quá khoảng 2,5 inch (63mm), làm mát bằng không khí có thể không đạt được độ cứng đầy đủ trong suốt. Trong những trường hợp như vậy, có thể cần phải làm nguội bằng dầu S7 để đảm bảo làm cứng xuyên suốt.
• Làm mát sau khi dập tắt: Sau khi tôi, để bộ phận nguội cho đến khi chỉ ấm khi chạm vào (khoảng 150°F hoặc 65°C) trước khi tiến hành tôi ngay. Bước này rất quan trọng để giảm thiểu nguy cơ nứt do tôi.

3.3 Làm nguội

Tôi luyện là bước cuối cùng không thể thiếu trong quy trình xử lý nhiệt thép công cụ S7. Nó có tác dụng làm giảm ứng suất bên trong phát triển trong quá trình tôi luyện, tăng đáng kể độ dẻo dai của thép (khả năng chống va đập) và đạt được độ cứng làm việc cuối cùng mong muốn.

• Thời gian là chìa khóa: Quá trình tôi luyện nên bắt đầu ngay sau khi thành phần S7 được tôi luyện và làm nguội đến khoảng 150°F (65°C). Cấu trúc sau khi tôi luyện có ứng suất cao và giòn, dễ nứt nếu quá trình tôi luyện bị chậm trễ.
• Phạm vi nhiệt độ điển hình: Đối với hầu hết các ứng dụng, S7 được tôi luyện ở nhiệt độ từ 400°F (204°C) đến 450°F (232°C).
• Đề xuất cho hiệu suất tốt nhất: Quá trình tôi luyện S7 ở nhiệt độ 450°F (230°C) thường mang lại độ cứng làm việc tối ưu khoảng 58 HRC, cân bằng hiệu quả độ bền với khả năng chống va đập cao đặc trưng của nó.
• Ứng dụng làm việc nóng: Nếu dụng cụ S7 được sử dụng trong các ứng dụng lên đến 1000°F (540°C), dụng cụ này phải được tôi ở nhiệt độ cao hơn một chút so với nhiệt độ vận hành tối đa dự kiến để đảm bảo độ ổn định.
• Thời gian giữ nhiệt: Giữ ở nhiệt độ tôi luyện đã chọn trong ít nhất 2 giờ cho mỗi chu kỳ tôi luyện. Ngoài ra, hướng dẫn chung là 2 giờ cho mỗi inch (25mm) độ dày mặt cắt ngang.
• Nhiều tính khí cho kết quả tối ưu: Tôi luyện gấp đôi hoặc thậm chí gấp ba lần được khuyến khích cho thép công cụ S7. Thực hành này đảm bảo độ bền tối đa, tinh chỉnh cấu trúc vi mô và thúc đẩy sự ổn định về kích thước và cấu trúc vi mô lớn hơn. Để bộ phận nguội hoàn toàn đến nhiệt độ phòng giữa mỗi chu kỳ tôi luyện.
• Làm mát cuối cùng: Nên làm mát bằng không khí chậm sau khi tôi luyện lần cuối để giảm thiểu sự phát triển của ứng suất dư.

3.4 Những cân nhắc sau khi xử lý đối với thép S7

Nếu các thành phần S7 đã tôi cứng trải qua các hoạt động hoàn thiện tiếp theo như mài, hàn hoặc Gia công bằng tia lửa điện (EDM), thì nên ủ giảm ứng suất. Quá trình này nên được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn 25-50°F (14-28°C) so với nhiệt độ của chu kỳ ủ hiệu quả cuối cùng được sử dụng, để giảm thiểu rủi ro nứt hoặc mất ổn định kích thước do các quá trình này gây ra.

3.5 Các tính chất có thể đạt được với phương pháp xử lý nhiệt thép công cụ S7 thích hợp

Khi quá trình xử lý nhiệt thép công cụ S7 được thực hiện đúng cách, người dùng có thể mong đợi các đặc tính điển hình sau, khiến S7 trở thành sự lựa chọn đáng tin cậy cho các ứng dụng khắt khe:

• Độ cứng làm việc: Thông thường là 56-58 HRC.
• Khả năng chống sốc: Rất cao, một đặc điểm chính và xác định của S7.
• Khả năng chống mài mòn: Tốt, mặc dù nói chung ít hơn thép làm việc nguội có hàm lượng cacbon cao, crom cao như O6 hoặc Thép công cụ D2.
• Độ ổn định kích thước: Độ ổn định tốt trong suốt quá trình xử lý nhiệt khi các quy trình được thực hiện đúng.
• Lợi ích của việc làm cứng bằng không khí: Khả năng làm cứng bằng khí của S7 mang lại biên độ an toàn tốt trong quá trình làm cứng, giảm nguy cơ biến dạng và nứt so với thép tôi bằng chất lỏng.
• Hiệu suất nhiệt độ cao: S7 có khả năng chống mềm tốt ở nhiệt độ cao vừa phải, do đó phù hợp với một số ứng dụng làm việc ở nhiệt độ trung bình cao mà tính chất này có lợi.
• Làm cứng bề mặt: Trong khi các đặc tính cốt lõi của S7 đạt được thông qua quá trình xử lý nhiệt được mô tả, độ cứng bề mặt có thể được tăng thêm bằng các quy trình như cacbonit hóa hoặc thấm nitơ (có khả năng lên tới khoảng 64 HRC). Tuy nhiên, các phương pháp xử lý bề mặt như vậy có thể ảnh hưởng đến khả năng chống va đập vốn có của thép và cần được cân nhắc cẩn thận dựa trên các yêu cầu ứng dụng.
• Thay đổi kích thước: Dự kiến kích thước sẽ tăng trưởng xấp xỉ +0,001 inch trên một inch (0,001 mm trên một mm) khi S7 được làm nguội bằng không khí từ nhiệt độ làm cứng thích hợp.

Để cung cấp thông tin tham khảo nhanh, các thông số chính về xử lý nhiệt thép công cụ S7 được tóm tắt dưới đây: