7

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna ma decyduj¹cy wp³ywa na wydajnoœæ narzêdzia. Jednak¿e nie

jest mo¿liwe w tym miejscu dok³adne opisanie poszczególnych aspektów

obróbki cieplnej wszystkich rodzajów narzêdzi. Ograniczymy siê wiêc do

wskazówek odnosz¹cych siê do najwa¿niejszych rodzajów obróbki cieplnej. W

indywidualnych przypadkach prosimy o kontakt z naszym dzia³em jakoœci.

Stale narzêdziowe hartowane wskroœnie

Poni¿sze przedstawienie w formie wykresów czas/temperatura (1), (2) i (3)

ukazuje schematycznie przebieg obróbki cieplnej stali hartowanych.

Azotowanie jest stosowane w niektórych przypadkach przy stalach, których

temperatura odpuszczania jest wy¿sza od temperatury azotowania (w

przeciwnym wypadku materia³ traci twardoœæ/wytrzyma³oœæ pierwotn¹).

Odprê¿anie

Z regu³y stale narzêdziowe s¹ dostarczane w wersji wy¿arzonej; dalsza obróbka

odbywa siê u u¿ytkownika b¹dŸ w narzêdziowniach. Obróbka ta powoduje

powstawanie wewnêtrznych naprê¿eñ w stali, które przy nagrzewaniu do

temperatury hartowania s¹ uwalniane i powoduj¹ miêdzy innymi zmiany

wymiarów. Dlatego te¿ narzêdzia, wobec których istniej¹ wysokie wymagania

dotycz¹ce zachowania wymiarów, po obróbce wstêpnej kszta³towej (przed

ostateczna obróbk¹ do hartowania) powinny zostaæ odprê¿one.

Temperatura:

600-650°C

Czas wygrzewania:

co najmniej 2 h lub 1 h na ka¿de 50 mm gruboœci

Sch³adzanie: w

piecu

Podgrzewanie wstêpne do hartowania

Im bardziej wysokostopowa jest stal, tym mniejsza jest jej przewodnoϾ

cieplna. Dlatego narzêdzia ze œrednio i wysokostopowych stali musz¹ byæ

podgrzewane powoli i ostro¿nie. Niewystarczaj¹ce podgrzanie wstêpne

powoduje du¿y spadek temperatury od powierzchni do rdzenia elementu oraz

...

8

naprê¿enia cieplne, które mog¹ skutkowaæ wypaczeniem a nawet w pewnych

warunkach pêkniêciami.

W praktyce sprawdzi³o siê stopniowe podgrzewanie.

Podgrzewanie wstêpne, stopieñ 1

Temperatura:

400°C

Czas wygrzewania:

1 min na 1 mm gruboœci

Podgrzewanie wstêpne, stopieñ 2

Temperatura:

650°C

Czas wygrzewania: ½ min na 1 mm gruboúci

Podgrzewanie wstêpne, stopieñ 3

(tylko przy temperaturach hartowania powy¿ej 850°C)

Temperatura:

850°C

Czas wygrzewania: ½ min na 1 mm gruboúci

Austenityzacja (utrzymywanie w temperaturze hartowania)

Temperatury hartowania podawane przez dostawców powinny byæ

bezwzglêdnie zachowane. Zbyt niska temperatura hartowania powoduje

niedostateczny wzrost twardoœci, zbyt wysoka z kolei powoduje pojawienie siê

kruchoœci, wzrost ziarna, niebezpieczeñstwo pêkniêæ itd. Powy¿sze dotyczy

tak¿e czasu wygrzewania. Jako orientacyjne wartoœci przybli¿one mo¿na podaæ

nastêpuj¹ce czasy wygrzewania:

0,5 min na 1 mm gruboœci dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co

1,0 min na 1 mm gruboœci dla œredniostopowych stali narzêdziowych

1,5 min na 1 mm gruboœci dl 12% stali chromowych

Hartowanie

Nale¿y koniecznie stosowaæ media sch³adzaj¹ce: olej, powietrze,

k¹piel gor¹ca lub pró¿nia azotowa, przewidziane dla danego rodzaju

stali. Ze wzglêdu na wypaczenia zaleca siê stosowanie najdelikatniejszego

9

œrodka sch³adzaj¹cego oraz przeprowadzenie sch³adzania poœredniego przy

900°C dla stali o temperaturach hartowania powy¿ej 900°C.

Ze wzglêdu na niebezpieczeñstwo powstania pêkniêæ naprê¿eniowych nale¿y

unikaæ sch³odzenia narzêdzi do temperatury pomieszczenia. Tak¿e przy

hartowaniu w pró¿ni za pomoc¹ sch³adzania azotem nale¿y w

szczególnoœci dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co przewidzieæ

symulacjê k¹pieli gor¹cej (patrz szkic). Zazwyczaj przeprowadza siê

sch³adzanie do ok. 150°C. Nastêpnie przy temperaturze ok. 100-150°C

nastêpuje proces wyrównania maj¹cy na celu zniwelowanie ró¿nic temperatur i

struktury miêdzy powierzchni¹ a rdzeniem.

Punkt prze³¹czenia
z „wolny bieg“
na „podgrzewanie
konwekcyjne”

te

m

p

e

ra

tu

ra

max. ciœnienie gazu sch³adzaj¹cego

temperatura rdzenia

temperatura powierzchni

min. ciœnienie gazu sch³adzaj¹cego

koniec symulacji k¹pieli gor¹cej

powy¿ej MS
Ms

czas

SYMULACJA K¥PIELI GOR¥CEJ

w pró¿niowym piecu

do hartowania dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co.

10

Odpuszczanie

Odpuszczanie nastêpuje bezpoœrednio po hartowaniu. Jego celem jest

usuniêcie naprê¿eñ powsta³ych w czasie hartowania oraz zniwelowanie czêsto

zbyt wysokiej twardoœci po sch³odzeniu na korzyœæ odpornoœci na obci¹¿enia

dynamiczne.

Temperaturê odpuszczania w zale¿noœci od ¿¹danej twardoœci nale¿y dobraæ wg

odpowiedniego wykresu odpuszczania.

Czas odpuszczania

1 godzina na ka¿de 25 mm gruboœci, nie mniej ni¿ 2 godziny

Sch³adzanie po odpuszczaniu odbywa siê na powietrzu.

Azotowanie (obróbka gazowa lub Tenifer/Tuffride)

Azotowanie wyd³u¿a ¿ywotnoœæ narzêdzia. Powstaj¹ nastêpuj¹ce zalety:

podwy¿szona odpornoœæ na zu¿ycie

zmniejszone niebezpieczeñstwo powstania pêkniêæ termicznych

zmniejszenie sk³onnoœci do klejenia siê

Stale do nawêglania

W praktyce stale te s¹ poddawane hartowaniu bezpoœredniemu z pieca wykres

czasu/temperatury (4).

Aby unikn¹æ przewêglenia (powoduje ono niewystarczaj¹cy przyrost twardoœci

oraz skrzywienie hartownicze), nale¿y zwracaæ uwagê na stosowanie

odpowiednich karburyzatorów.

Podczas hartowania stali nie jest mo¿liwe idealne, ca³kowite zachowanie ich

wymiarów. Przekszta³cenie struktury (ze struktury stanu wy¿arzonego do

struktury po zahartowaniu) oznacza powiêkszenie objêtoœci, która poprzez

nastêpuj¹ce póŸniej odpuszczanie jest ponownie redukowana lecz nie jest

przywracana do stanu wy¿arzonego.

Aby podczas hartowania wyst¹pi³y mo¿liwie najmniejsze zmiany formy, nale¿y

pamiêtaæ o nastêpuj¹cych sprawach:

a) Uwzglêdnienie przebiegu w³ókien; zmiana wymiarów jest wiêksza w kierunku

przebiegu w³ókien

11

a) Po ust¹pieniu naprê¿enia g³ównego nale¿y usun¹æ naprê¿enia zwi¹zane z

obróbka w drodze odprê¿ania lub co stosuje siê czasami w stalach do

nawêglania poprzez wstêpne ulepszenie cieplne.

b) Staranne hartowanie: dobre u³o¿enie w piecu hartowniczym, powolne i

równomierne podgrzewanie do temperatury hartowania (ew. stopnie

podgrzewania wstêpnego).

Stosowanie najdelikatniejszego, dopuszczalnego dla danej jakoœci stali,

œrodka sch³adzaj¹cego. Sprawdzi³o siê hartowanie w k¹pieli gor¹cej i pró¿ni

jako symulacja k¹pieli gor¹cej dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co.

Strefa krawêdzi i przejœciowa
po prawid³owym
utwardzeniu dyfuzyjnym

po utwardzeniu dyfuzyjnym
z przewêgleniem

Wykresy czas/temperatura ukazuj¹ schematycznie przebieg obróbki cieplnej

stali hartowanych w podziale na grupy stali i temperatury austenityzacji.

12

te

m

p

e

ra

tu

ra

o

b

ró

b

k

a

w

s

tê

p

n

a

1

1

Wykres dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co i zimno 900°C

powolne

sch³adzanie

w piecu

600-650°C

odprê¿anie

nagrzewanie, austenizacja, sch³adzanie

odpuszczanie

o

b

ró

b

k

a

k

o

ñ

c

o

w

a

n

e

p

r

w

a

st

o

p

i

o

d

g

ze

a

n

i

w

t

n

o

s

ê

p

e

g

temperatura

hartowania

30 sec/mm

650°C

30 sec/mm

400°C

powietrze

olej

woda

te

m

p

e

ra

tu

ra

w

y

ró

w

n

a

n

ia

1

h

/1

m

m

czas

k¹piel gor¹ca

200°C

odpuszczanie

1h/25 min

p

o

w

ie

tr

z

e

>

1

2

1

2

3

2

Wykres dla stali na narzêdzia do pracy na zimno 900°C

>

te

m

p

e

ra

tu

ra

o

b

ró

b

k

a

w

s

tê

p

n

a

powolne

sch³adzanie

w piecu

600-650°C

odprê¿anie

nagrzewanie, austenizacja, sch³adzanie

odpuszczanie

o

b

ró

b

k

a

k

o

ñ

c

o

w

a

30 sec/mm

400°C

30 sec/mm

650°C

60 sec/mm

800°C

temperatura

hartowania

powietrze

olej

te

m

p

e

ra

tu

ra

w

y

ró

w

n

a

n

ia

1

h

/1

m

m

czas

k¹piel gor¹ca

500 - 600°C

odpuszczanie

1h/25 min

p

o

w

ie

tr

z

e

1

2

3

1

2

te

m

p

e

ra

tu

ra

3

Wykres dla stali na narzêdzia do pracy na gor¹co 900°C

>

obróbka wstêpna

o

b

ró

b

k

a

w

s

tê

p

n

a

600 - 700°C

i

z

e

w

y

jœ

c

e

p

ic

a

o

b

ró

b

k

a

k

o

ñ

c

o

w

a

d

o

h

a

rt

o

w

a

n

ia

nagrzewanie, austenizacja, sch³adzanie

temperatura

hartowania

odpuszczanie

azotowanie

³

e

m

s

c

h

a

d

z

a

n

ie

p

o

w

i

trz

e

s

c

a

p

o

ie

te

m

h

³a

d

z

n

ie

w

rz

dla temperatur hartowania powy¿ej 850°C

czas

4

Wykres dla stali do nawêglania 930°C

>

te

m

p

e

ra

tu

ra

o

b

ró

b

k

a

w

s

tê

p

n

a

odprê¿anie

c

yjœ

cie

z

p

i

a

w

e

1

2

o

b

ró

b

k

a

k

o

ñ

c

o

w

a

d

o

h

a

rt

o

w

a

n

ia

nawêglanie z hartowaniem

bezpoœrednio z pieca

nawêglanie (karburyzacja)

st

oi

e

d

g

r

e

w

a

n

i

p

np

o

z

a

w

tê

p

e

g

o

s

n

temperatura

hartowania

c

³o

d

z

e

n

ie

h

o

le

je

/p

o

w

ie

trz

e

m

m

hartowanie

w k¹pieli gor¹cej

odpuszczanie

ch

³o

d

ze

n

ie

p

o

ie

trz

m

w

e

o

b

ró

b

k

a

k

o

ñ

c

o

w

a

czas