hotvar - Uddeholm

HOTVAR
Hot work tool steel
HOTVAR
Ogólne dane
Właściwości
HOTVAR jest molibdenowo-wanadową stalą narzędziową
do pracy na gorąco cechującą się:
• Bardzo dobrą odpornością na wysokie temperatury
• Bardzo dobrymi właściwościami w wysokich
temperaturach
• Bardzo dobrą odpornością na zmęczenie cieplne
• Bardzo dobrą wytrzymałością na odpuszczanie
• Bardzo dobrą przewodnością cieplną
Wszystkie próbki pobrano ze środka pręta o średnicy 115
mm (4,5"). O ile nie określono inaczej, wszystkie próbki były
hartowane w temperaturze 1050°C (1920°F), chłodzone
powietrzem i odpuszczane 2+2h w temp. 575°C (1070°F)
do twardości odpowiadającej 56 HRC.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE
Dane w temperaturze pokojowej oraz podwyższonej.
Skład chemiczny %
Standardowa
specyfikacja
Stan dostawy
Kod kolorystyczny
C
0,55
Brak
Si
1,0
Mn
0,75
Cr
2,6
Mo
2,25
V
0,85
Zmiękczona do około 210 HB
Czerwony/brązowy
LEPSZE WŁAŚCIWOŚCI NARZĘDZI
HOTVAR jest specjalną stalą do pracy na gorąco typu
premium opracowaną przez Uddeholm, aby umożliwić
wydajną pracę narzędzi w temperaturach do 650°C. Dobór
składników stopowych powoduje, że stal HOTVAR cechuje
się wysoką odpornością na zużycie cieplne oraz dobrymi
właściwościami w wysokich temperaturach. W produkcji stali
HOTVAR zastosowano specjalną technologię.
Zastosowania
HOTVAR to stal narzędziowa do pracy na gorąco
odpowiednia na zastosowania, gdzie zużycie cieplne i/lub
odkształcenia plastyczne są podstawowymi czynnikami
powodującymi uszkodzenia.
Ciekawsze zastosowania i narzędzia:
• Kucie na gorąco, matryce i stemple
• Walcowanie na walcach kuźniczych, segmenty
walcownicze
• Kucie obwodowe, stemple i matryce
• Spęczanie, narzędzia zaciskowe
• Kucie posuwowe, matryce
• Kucie osiowe w matrycach zamkniętych, matryce górne i
dolne
• Formowanie krzyżowe, segmenty
• Gięcie na gorąco, narzędzia
• Wzorcowanie na gorąco, narzędzia
• Odlewanie ciśnieniowe cynku, matryce
• Wyciskanie rur aluminiowych
Temperatura
Gęstość
kg/m3
lbs/in3
Współczynnik sprężystości
N/mm2
psi
Współczynnik rozszerzalności
cieplnej
°C od 20°C
°F od 68°F
Przewodność cieplna
W/m °C
Btu in (ft2h°F)
20°C
(68°F)
400°C
(750°F)
600°C
(1110°F)
7800
0,281
7700
0,277
7600
0,274
210 000
30,5x106
180 000
26,1x106
140 000
20,3x106
-
12,6x10-6
7,0x10-6
13,2x10-6
7,3x10-6
31
215
33
230
33
230
WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE
Przybliżona wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze
pokojowej.
Twardość
Wytrzymałość na
rozciąganie
Rm
Granica plastyczności
Rp0,2
54 HRC
2100 MPa
136 tsi
305 000 psi
1800 MPa
117 tsi
260 000 psi
56 HRC
2200 MPa
142 tsi
320 000 psi
1820 MPa
119 tsi
265 000 psi
58 HRC
2300 MPa
149 tsi
335 000 psi
1850 MPa
121 tsi
270 000 psi
Zalecany poziom twardości to 54-58 HRC.
Celem poprawy odporności na zużycie, narzędzia mogą być
poddane azotowaniu plazmowemu lub węgloazotowaniu.
2
HOTVAR
Wytrzymałość na gorąco
Wpływ czasu na twardość w wysokiej temperaturze
Wytrzymałość na gorąco, przekrój wzdłużny
Poniżej pokazano spadek twardości w wysokiej
temperaturze oraz różnych czasach utrzymywania. Próbki
zostały najpierw zahartowane i odpuszczone do 54. 56 i 58
HRC.
Wpływ temperatury testów na energię uderzenia
Próbki Charpy-V, przekrój poprzeczny
Energia uderzenia
stopy
funty
J
Temperatura testów
3
HOTVAR
Obróbka cieplna - ogólne
zalecenia
MIĘKKIE WYŻARZANIE
Zabezpieczyć stal i nagrzać skrośnie do 820°C (150°F).
Następnie schładzać w piecu o 10°C (20°F) na godzinę do
60°C (1110°F), a następnie na powietrzu.
ODPRĘŻANIE
Po obróbce zgrubnej, narzędzie powinno zostać nagrzane
skrośnie do 650°C (1200°F), przy czasie utrzymywania 2
godziny. Schładzać powoli do 350°C (660°F), a następnie
na powietrzu.
HARTOWANIE
Temperatura podgrzewania: pierwszy etap 480-600°C (8951110°F), drugi etap 850°C (1560°F),
Temperatura austenityzacji: 1050-1070°C (1920-1960°F),
zwykle 1050°C (1920°F), ale gdy wymagana jest
maksymalna twardość, wtedy temperatura ta wynosi
1070°C (1960°F).
Temperatura
Czas wygrzewania w
minutach *
Twardość przed
odpuszczaniem dla
średnicy 25 mm (1")
°C
°F
Olej
Powietrze
1050
1920
30
61±1
59±1
1070
1960
20
62±1
60±1
* Czas wygrzewania = czas całkowitego nagrzania skrośnego narzędzia w
temperaturze hartowania.
Należy chronić narzędzie przed odwęgleniem i utlenieniem
podczas hartowania.
ŚRODKI HARTOWNICZE
• Szybkobieżny gaz / obieg powietrza
• Próżnia (gaz szybkobieżny przy dostatecznie wysokim
ciśnieniu)
• Kąpiel hartowania stopniowego lub złoże fluidalne w
temperaturze 450-550°C (840-1220°F)
• Kąpiel hartowania stopniowego lub złoże fluidalne w
temperaturze ok. 180-220°C (360-430°F)
• Ciepły olej, ok. 80°C (175°F)
•
Uwaga 1: Należy odpuszczać narzędzie, gdy tylko jego
temperatura osiągnie 50-70°C (120-160°F).
Uwaga 2: W celu uzyskania optymalnych właściwości
narzędzia, tempo chłodzenia powinno być szybkie, ale takie,
które nie spowoduje nadmiernych odkształceń czy pęknięć.
Wykres CCT
Temperatura austenityzacji 1050°C (1920°F). Czas utrzymywania 30 minut.
AC1=890°C (1630°F)
AC1S=800°C (1470°F)
Krzywa
chłodzenia
nr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Twardość
HV10
T800-500
(s)
772
734
715
707
690
548
473
464
351
1
140
280
450
630
1390
5215
8360
19400
4
HOTVAR
Twardość, wielkość ziarna i austenit szczątkowy jako
funkcja temperatury austenityzacji.
Próbki o średnicy 25 mm (1").
ZMIANY WYMIAROWE PODCZAS HARTOWANIA I
ODPUSZCZANIA
Podczas hartowania i odpuszczania matryca podlega
naprężeniom cieplnym oraz naprężeniom wynikającym z
przemian w materiale. Powoduje to nieuniknione zmiany
wymiarowe, a w najgorszym wypadku odkształcenia.
Dlatego też, zaleca się zawsze pozostawianie naddatku po
obróbce skrawaniem, a przed hartowaniem i
odpuszczaniem matrycy. Próbki zwykle kurczą się na osi
dłuższej, a rozszerzają na osi krótszej, ale zależy to również
od wielkości matrycy, jej kształtu oraz szybkości chłodzenia
po hartowaniu.
W przypadku HOTVAR zalecane jest pozostawienie
naddatku wynoszącego 0,4% na długości, szerokości i
grubości.
AZOTOWANIE I WĘGLOAZOTOWANIE
ODPUSZCZANIE
Należy dobrać temperaturę odpuszczania w zależności od
wymaganej twardości w oparciu o wykres odpuszczania.
Odpuszczać minimum dwa razy stosując przy tym
chłodzenie do temperatury pokojowej. Czas utrzymywania w
temperaturze to minimum 2 godziny.
Wykres odpuszczania
W wyniku azotowania i węgloazotowania powstaje twarda
warstwa powierzchniowa, która jest bardzo odporna na
zużycie i erozję. Warstwa naazotowana jest jednakże
krucha i może pęknąć bądź wykruszyć się pod wpływem
wstrząsu mechanicznego lub cieplnego; ryzyko takie
wzrasta wraz z grubością warstwy. Przed azotowaniem,
narzędzie powinno zostać zahartowane i odpuszczone w
temperaturze przynajmniej o 50°C (90°F) wyższej niż
temperatura azotowania.
W zasadzie, azotowanie plazmowe jest metodą
preferowaną, ponieważ pozwala na lepszą kontrolę
potencjału azotu. W wyniku azotowania plazmowego w
mieszance 75% wodoru / 25% azotu w temperaturze 480°C
(895°F) uzyskana twardość powierzchniowa wynosi
1000 HV0,2.
Stal HOTVAR może być węgloazotowana w kąpieli solnej
lub gazie. Twardość powierzchniowa po węgloazotowaniu
wynosi około 900 HV0,2.
GŁĘBOKOŚĆ AZOTOWANIA
Proces
Czas
Azotowanie plazmowe w temp.
480°C (895°F)
Węgloazotowanie
- w gazie w temp. 580°C (1075°F)
- w kąpieli solnej w temp. 580°C (1075°F)
10 h
30 h
Głębokość
mm
cale
0,18
0,0070
0,27
0,0106
2,5 h
0,20
0,0080
1h
0,13
0,0050
Należy zauważyć, że stal HOTVAR wykazuje lepszą
podatność na azotowanie niż AISI H13. W związku z tym,
czas azotowania dla stali HOTVAR powinien być krótszy niż
w przypadku stali H13, w przeciwnym wypadku istnieje
znaczne ryzyko, że grubość warstwy utwardzonej będzie
zbyt duża.
Odpuszczanie w temperaturze 250°C (485°F), 2 +2 h daje
twardość 56-58 HRC.
5
HOTVAR
Obróbka skrawaniem - zalecenia
Poniższe dane dotyczące skrawania, są poprawne dla stali
HOTVAR po wyżarzaniu zmiękczającym. Są to wartości
przybliżone, które powinny zostać dopasowane do lokalnych
warunków. Bardziej szczegółowe informacje znaleźć można
w broszurze Uddeholm pt. "Zalecenia odnośnie skrawania".
TOCZENIE
Parametry obróbki
Szybkość
skrawania (vc)
Posuw (f)
Głębokość
cięcia (ap) mm
Kategoria
węglika
Obróbka narzędziami z
węglikiem spiekanym
m/min
f.p.m.
mm/obr.
i.p.r.
mm
cal
ISO
US
Zgrubna
Precyzyjna
140-160
455-520
0,3-0,6
0,01-0,024
2-6
0,08-0,24
P20-P30
C6-C5
Pokryte
węglikiem
160-180
520-590
-0,3
-0,01
-2
-0,08
P10
C7
Pokryte
węglikiem
bądź
cermetem
Skrawanie
narz. ze stali
szybkotnącej
Skrawanie
precyzyjne
25
80
-0,3
-0,01
-2
-0,08
-
FREZOWANIE
Frezowanie czołowe oraz frezowanie czołowe nożem
kwadratowym
Parametry obróbki
Szybkość
skrawania
(vc)
Posuw (fz)
Głębokość
cięcia (ap)
Kategoria
węglika
mm/ząb
cal/ząb
mm
cale
ISO
US
Wiertła kręte ze stali szybkotnącej
Średnica wiertła
Szybkość
Posuw (f)
skrawania (vc)
mm
cale
m/min f.p.m.
mm/obr. i.p.r.
-5
-3/16
14*
46*
0,08-0,20
0,003-0,008
5-10
3/16-3/8
14*
46*
0,20-0,30
0,008-0,012
10-15
3/8-5/8
14*
46*
0,30-0,35
0,012-0,014
15-20
5/8-3/4
14*
46*
0,35-0,40
0,014-0,016
*) Dla pokrytych wierteł ze stali szybkotnącej vc ~20 m/min (66 f.p.m.).
Stały węglik
140-180
455-590
180-220
590-720
0,2-0,4
0,008-0,016
2-5
0,08-0,2
P20-P40
C6-C5
Pokryte
węglikiem
0,1-0,2
0,003-0,007
-2
-0,08
P10
C-7
Pokryte
węglikiem
bądź
cermetem
-0,1
-0,004
-2
-0,08
-
Rodzaj frezu walcowo-czołowego
Stały węglik
Wkładka z
Narzędzia ze
węglików
stali
szybkotnącej
Szybkość skrawania
(vc)
m/min
65
120-180
251)
f.p.m.
210
39-520
801)
Posuw (fz)
mm/ząb
0,03-0,202)
0,08-0,202)
0,05-0,352)
cal/ząb
0,001-0,0082)
0,003-0,0082)
0,002-0,0142)
Kategoria obróbki
ISO
K10, P40
P20-P30
US
C3-C5
C6-C5
1) Dla frezów walcowo-czołowych ze stali szybkotnącej vc ~40 m/min
(130 f.p.m.).
2) W zależności od głębokości promieniowej otworu oraz średnicy.
SZLIFOWANIE
Rodzaj wiertła
Wymienne
Precyzyjna
Frezowanie walcowo-czołowe
Wiertła z węglika
Parametry
obróbki
Narzędzia ze
stali
szybkotnącej
Frezowanie
precyzyjne
80
100
Zgrubna
m/min
f.p.m
Parametry obróbki
WIERCENIE
Obróbka narzędziami z
węglika
Nakładka z
węglików
spiekanych1)
Szybkość
skrawania (vc)
m/min
160-200
65
55
f.p.m.
520-650
215
180
Posuw (fz)
mm/r
0,05-0,252)
0,10-0,252)
0,15-0,252)
i.p.r.
0,002-0,0102)
0,004-0,0102)
0,006-0,0102)
1) Wiertło z wewnętrznymi kanalikami chłodzącymi i nakładką z węglików
spiekanych.
2) Zależy od średnicy wiertła.
Ogólne zalecenia dotyczące tarcz szlifierskich podano
poniżej. Dodatkowe informacje dotyczące zalecanych
ściernic znajdują się w publikacji Uddeholm pt. „Szlifowanie
stali narzędziowej”.
Zalecane ściernice
Rodzaj szlifowania
Szlifowanie czołem
ściernicy - prosta ściernica
Szlifowanie czołem
ściernicy - segmenty
Szlifowanie wałków
Szlifowanie otworów
Szlifowanie profilowe
Stal po miękkim
wyżarzaniu
A 46 HV
Po hartowaniu
A 24 GV
A 36 GV
A 46 LV
A 46 JV
A 100 LV
A 60 JV
A 60 IV
A 120 JV
A 46 GV
6
HOTVAR
Obróbka elektroiskrowa
Jeżeli proces obróbki elektroiskrowej odbywa się na
materiale zahartowanym i odpuszczonym, biała warstwa
powinna zostać usunięta mechanicznie np. poprzez
szlifowanie lub zdarcie. Narzędzie powinno zostać
dodatkowo odpuszczone w temperaturze około 25°C (50°F)
poniżej pierwotnej temperatury odpuszczania.
Bardziej szczegółowe informacje znaleźć można w
broszurze Uddeholm pt. „Obróbka elektroiskrowa stali
narzędziowych”.
Spawanie
Można uzyskać dobre wyniki spawania stali narzędziowych,
jeśli zostaną odpowiednio zabezpieczone warunki procesu,
między innymi podwyższona temperatura robocza,
właściwie przygotowana spoina, dobrane elektrody oraz
metody spawania.
Sposób spawania
TIG
MMA
Temperatura
325-375°C
325-375°C
robocza
Spoiwo
QRO 90 TIG-WELD
QRO 90 WELD
Twardość po
50-55 HRC
50-55 HRC
spawaniu
Obróbka cieplna po spawaniu
Stal po hartowaniu
Odpuszczać w temperaturze o 20°C (40°F)
niższej od pierwotnej temperatury
odpuszczania
Stal po wyżarzaniu
Zmiękczyć materiał w temperaturze 820°C
zmiękczającym
(1500°F) w atmosferze ochronnej.
Następnie chłodzić w piecu 10°C (20°F) na
godzinę do 650°C (1200°F), a następnie na
powietrzu.
Bardziej szczegółowe informacje znaleźć można w
broszurze Uddeholm p.t. „Spawanie stali narzędziowych”.
Szczegółowe informacje
Prosimy o kontakt z lokalnym biurem Uddeholm w celu
uzyskania dodatkowych informacji dotyczących doboru,
obróbki cieplnej, zastosowań i dostępności stali
narzędziowych Uddeholm.
Niniejsze informacje oparte są na aktualnym stanie naszej wiedzy i mają
służyć jako ogólne wytyczne dotyczące naszych produktów i ich
zastosowań. Nie należy ich interpretować jako gwarancji konkretnych
właściwości opisanych produktów ani gwarancji przydatności do
konkretnego zastosowania.
7