UDDEHOLM VANADIS 23 SUPERCLEAN 3

Transkrypt

1 UDDEHOLM VANADIS 23 SUPERCLEAN 3

2 Krytyczne właściwości stali narzędziowych gwarantujące Wysoka odporność na zużycie jest często kojarzona z niską ciągliwością i odwrotnie. Jednak w wielu przypadkach, dopiero połączenie wysokiej odporności na zużycie i dobrej ciągliwości zapewniają optymalne działanie narzędzia. VANADIS 23 to stal narzędziowa wytworzona w procesie metalurgii proszków cechująca się doskonałym połączeniem odporności na zużycie i ciągliwości odpowiednia na narzędzia do wykrawania. Ogólne dane VANADIS 23 jest wysokogatunkową chromowomolibdenowo-tungstenowo-wanadową stopową stalą szybkotnącą cechującą się: Wysoką odpornością na zużycie (typ ścierny) Wysoką wytrzymałością na ściskanie Bardzo dobrymi właściwościami hartowania skrośnego Dobrą ciągliwością Bardzo dobrą stabilnością wymiarową podczas obróbki cieplnej Bardzo dobrą odpornością na odpuszczanie. PRODUKCJĘ NARZĘDZI Proces metalurgii proszków zastosowany do produkcji stali VANADIS 23 powoduje, iż otrzymana stal posiada lepszą obrabialność niż podobne stale produkowane metodą konwencjonalną oraz inne wysokostopowe stale narzędziowe. Sklad chemiczny % C 1,28 Cr 4,2 Mo 5,0 Standardowa specyfikacja (AISI M3:2/W.-Nr ) Stan dostawy Zmiękczona do około 270 HB Kod kolorystyczny Fioletowy W 6,4 V 3,1 Również stabilność wymiarowa stali VANADIS 23 podczas obróbki cieplnej jest znacznie lepsza i bardziej przewidywalna niż dla stali wysokostopowych produkowanych metodą konwencjonalną. Wszystko to, w połączeniu z wysoką twardością, dobrą ciągliwością oraz odpuszczaniem w wysokiej temperaturze sprawia, że VANADIS 23 jest stalą doskonale nadającą się do pokrywania powierzchniowego, a w szczególności do naparowywania fizycznego (PVD). Zastosowania Stal VANADIS 23 jest stalą odpowiednią na narzędzia skrawające jak: rozwiertaki, gwintowniki, frezy, przepychacze itp. VANADIS 23 stosowany jest wszędzie tam gdzie wymagana jest duża odporność na ścieranie i ciągliwość, natomiast twardość w wysokich temperaturach nie jest najważniejszym wymogiem. Właściwości WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE Stal hartowana i odpuszczana. Temperatura 20 C (68 F) Gęstość kg/m lbs/in 3 0,287 Wspólczynnik sprężystości MPa ksi Współczynnik rozszerzalności cieplnej C od 20 C F od 68 F Przewodność cieplna * W/m C Btu in (ft 2 h F) Ciepło właściwe J/kg C Btu/lb, F x , C (750 F) , x ,1 x ,7 x , C (1110 F) , x ,7 x ,0 x ,14 2

3 WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE I UGIĘCIE Czteropunktowy test na zginanie. Wymiary próbki: 5 mm (0,2 ). Tempo obciążania: 5 mm/min (0,2 /min). Temperatura austenityzacji: C ( F). Odpuszczanie: 3 x 1 h w temp. 560 C (1040 F). Obróbka cieplna WYŻARZANIE ZMIĘKCZAJĄCE Należy zabezpieczyć stal i nagrzać do C ( F). Następnie schładzać w piecu o 10 C (20 F) na godzinę do 700 C (1290 F), a następnie na powietrzu. ODPRĘŻANIE Po obróbce zgrubnej, narzędzie powinno zostać nagrzane do C ( F), przy czasie utrzymywania 2 godziny. Schładzać powoli do 500 C (930 F), a następnie na powietrzu. HARTOWANIE Temperatura podgrzewania: C ( F) i C ( F). Temperatura austenityzacji: C ( F) w zależności od wymaganej twardości końcowej, patrz wykres poniżej. Należy zabezpieczyć narzędzie przed odwęgleniem i utlenieniem podczas hartowania. UDARNOŚĆ Przybliżona udarność w temperaturze pokojowej przy różnej twardości. Wymiary próbki: 7 x 10 x 55 mm (0,27 x 0,40 x 2,2 ). Typ próbki: gładka. Odpuszczanie: 3 x 1 h w temp. 560 C (1040 F). Kierunek wzdłużny. Energia pobierana Twardość uzyskiwana w różnych temperaturach hartowania oraz po odpuszczaniu 3 razy po 1 godzinie w temperaturze 560 C (1040 F). HRC C F

4 Zalecany czas utrzymywania, złoże fluidalne, piec próżniowy bądź atmosferyczny Uwaga: Czas utrzymywania = czas w temperaturze austenityzacji po jakim narzędzie jest całkowicie nagrzane Całkowity czas wygrzewania w kąpieli solnej po dwuetapowym podgrzewaniu w temperaturze 450 C (840 F) oraz 850 C (1560 F). ODPUSZCZANIE W przypadku zastosowań do pracy na zimno, odpuszczanie powinno być zawsze prowadzone w temperaturze 560 C (1040 F) bez względu na temperaturę austenityzacji. Należy odpuszczać trzy razy po godzinie w tej temperaturze. Narzędzie powinno być schładzane do temperatury pokojowej pomiędzy kolejnymi odpuszczaniami. Zawartość austenitu szczątkowego będzie mniejsza niż 1% po takim cyklu odpuszczania. ZMIANY WYMIAROWE Zmiany wymiarowe po hartowaniu i odpuszczaniu. Obróbka cieplna: Austenityzacja pomiędzy C ( F) i odpuszczanie 3 x 1 h w temp. 560 C (1040 F). Wymiary próbki: 80 x 80 x 80 mm (3 x 3 x 3 ) oraz 100 x 100 x 25 mm (4 x 4 x 1 ). Zmiany wymiarowe: przyrost długości, szerokości i grubości +0,03%±0,13%. WYMRAŻANIE Elementy wymagające maksymalnej stabilności wymiarowej mogą być wymrażane w następujący sposób: Natychmiast po hartowaniu, element powinien zostać wymrożony w temperaturze pomiędzy -70 a -80 C (-95 do F), przy czasie przetrzymywania 1-3 godzin, a następnie poddany odpuszczaniu. Wymrażanie spowoduje wzrost twardości o 1 HRC. Należy unikać skomplikowanych kształtów, ponieważ istnieje ryzyko pęknięć. ZALECENIA DOTYCZĄCE HARTOWANIA Narzędzie Vanadis 23 Hartowanie Odpuszczanie 3 razy HRC ŚRODKI HARTOWNICZE Piec próżniowy z gazem szybkobieżnym o wystarczającym nadciśnieniu (2-5 barów). Kąpiel hartowania stopniowego lub złoże fluidalne w temperaturze 550 C (1020 F). Wymuszony obieg powietrza / gazu. Uwaga 1: Hartowanie powinno być prowadzone dopóki narzędzie nie osiągnie temperatury około 50 C (120 F). Następnie narzędzie powinno zostać natychmiast odpuszczone. Uwaga 2: W przypadku zastosowań, gdzie wymagana jest maksymalna ciągliwość, należy stosować kąpiel hartowania stopniowego lub piec o dostatecznym nadciśnieniu. Jednostronne narzędzia : noże kształtowe itp. Wirujące wielostronne narzędzia : wiertła kręte, przepychacze, frezy, gwintowniki itp C 2155 F C F 560 C 1040 F 560 C 1040 F

5 Wykres TTT (przemiana izotermiczna) Temperatura austenityzacji 1080 C (1980 F). Czas utrzymywania 30 minut. Temperatura C Czas godziny , , , , , , , , , , , ,8 707 Twardość HV10 Wykres CCT (chłodzenie ciągłe). Temperatura austenityzacji 1080 C (1980 F). Czas utrzymywania 30 minut. Krzywa Twardość T (s) chłodzenia nr HV

6 WŁAŚCIWOŚCI W WYSOKIEJ TEMPERATURZE ODPORNOŚĆ NA ODPUSZCZANIE Twardość jako funkcja czasu utrzymywania w różnych temperaturach roboczych. Temperatura austenityzacji: C ( F). Odpuszczanie: 3x1h w temp. 560 C (1040 F). Obróbka powierzchniowa Najczęściej stosowanym rodzajem obróbki jest azotowanie oraz pokrywanie powierzchni narzędzia odpornymi na zużycie warstwami węglika tytanowego i azotku tytanu (osadzanie fizyczne PVD i chemiczne z fazy gazowej CVD). Stal VANADIS 23 jest szczególnie podatna na pokrywanie warstwami węglika tytanowego i azotku tytanu. Jednorodny rozkład węglików w stali VANADIS 23 ułatwia spajanie warstw i ogranicza zmiany wymiarowe po hartowaniu. To, wraz z dużą wytrzymałością i ciągliwością, sprawia, że stal VANADIS 23 jest idealnym podłożem do pokrywania warstwami powierzchniowymi o dużej odporności na zużycie. AZOTOWANIE Zaleca się krótkie zanurzenie w specjalnej kąpieli solnej w celu wytworzenia naazotowanej warstwy dyfuzyjnej o grubości 2-20 µm. Twardość na gorąco Temperatura austenityzacji: 1180 C (2160 F). Odpuszczanie: 3 x 1 h w temp. 560 C (1040 F). OSADZANIE FIZYCZNE Z FAZY GAZOWEJ (PVD) Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD) to metoda nakładania warstwy odpornej na zużycie w przedziale temperatur C ( F). W związku z tym, że stal VANADIS 23 jest odpuszczana w wysokiej temperaturze 560 C (1040 F), nie istnieje ryzyko zmian wymiarowych podczas procesu PVD. OSADZANIE CHEMICZNE Z FAZY GAZOWEJ (CVD) Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD) stosowane jest do pokrywania warstwami odpornymi na zużycie w temperaturze około 1000 C (1830 F). Zaleca się, aby narzędzia były oddzielnie hartowane i odpuszczane w piecu próżniowym po obróbce powierzchniowej. 6

7 Zalecane parametry obróbki skrawaniem Wartości podane poniżej to przybliżenia, które powinny zostać dopasowane do lokalnych warunków.. Bardziej szczegółowe informacje znaleźć można w broszurze Uddeholm pt. "Zalecenia odnośnie skrawania". Stan: Zmiękczony do około 260 HB TOCZENIE Parametry obróbki Szybkość skrawania (vc) Posuw (f) Głębokość cięcia (ap) mm Kategoria węglika m/min f.p.m. mm/obr. i.p.r. mm cal Obróbka narzędziami z węglikiem spiekanym Skrawanie narz. ze stali szybkotnącej Zgrubna Precyzyjna Skrawanie precyzyjne ,2-0,4 0,008-0, ,08-0,16 ISO K20 * Pokryte węglikiem ,05-0,2 0,002-0,008 0,5-2 0,02-0,08 K15 * Pokryte węglikiem * Używać narzędzi odpornych na zużycie pokrytych Al2O3 WIERCENIE Wiertła kręte ze stali szybkotnącej ,05-0,3 0,002-0,012 0,5-3 0,02-0,12 Średnica wiertła mm cale Szybkość skrawania (vc) m/min f.p.m. Posuw (f) mm/obr. i.p.r. -5-3/ * 33-39* 0,05-0,10 0,002-0, /16-3/ * 33-39* 0,10-0,20 0,004-0, /8-5/ * 33-39* 0,20-0,25 0,008-0, /8-3/ * 33-39* 0,25-0,30 0,012-0,014 *) Dla pokrytych wierteł ze stali szybkotnącej vc ~16-18 m/min (52-59 f.p.m.). Wiertła z węglika Parametry obróbki Szybkość skrawania (vc) m/min f.p.m. Posuw (fz) mm/obr. i.p.r. Rodzaj wiertła Wymienne Stały węglik Nakładka z węglików spiekanych 1) ,05-0,15 2) 0,002-0,006 2) 0,10-0,25 2) 0,004-0,01 2) 0,15-0,25 2) 0,006-0,01 2) 1) Wiertło z wewnętrznymi kanalikami chłodzącymi i nakładką z węglików spiekanych. 2) Zależy od średnicy wiertła. FREZOWANIE Frezowanie czołowe oraz frezowanie czołowe nożem kwadratowym Parametry obróbki Zgrubna Szybkość m/min skrawania (vc) f.p.m Posuw (fz) mm/ząb 0,2-0,4 cal/ząb 0,008-0,016 Głębokość mm 2-4 cięcia (ap) cale 0,08-0,16 Kategoria węglika ISO K20 * Pokryte węglikiem Obróbka narzędziami z węglika * Używać narzędzi odpornych na zużycie pokrytych Al2O3 Frezowanie walcowo-czołowe Rodzaj frezu walcowo-czołowego Parametry obróbki Stały węglik Wkładka z węglików Szybkość skrawania (vc) m/min f.p.m. Posuw (fz) mm/ząb cal/ząb ,01-0,2 2) 0,0004-0,008 2) ,06-0,2 2) 0,002-0,008 2) Precyzyjna ,1-0,2 0,004-0, ,04-0,08 K15 * Pokryte węglikiem Narzędzia ze stali szybkotnącej 5-8 1) ) 0,01-0,3 2) 0,0004-0,012 2) Kategoria obróbki ISO - K15 3) - 1) Dla frezów walcowo-czołowych ze stali szybkotnącej vc ~12-16 m/min (39-52 f.p.m.). 2) W zależności od głębokości promieniowej otworu oraz średnicy. 3)Używać narzędzi odpornych na zużycie pokrytych Al2O3,. SZLIFOWANIE Ogólne zalecenia dotyczące tarcz szlifierskich podano poniżej. Dodatkowe informacje dotyczące zalecanych ściernic znajdują się w publikacji Uddeholm Szlifowanie stali narzędziowej. Rodzaj szlifowania Szlifowanie czołem ściernicy - ściernica prosta Szlifowanie czołem Stal po miękkim Po hartowaniu wyżarzaniu A 46 HV B151 R50 B3 1) A 46 HV ) A 46 GV A 36 GV 3SG 36 HVS 2) A 36 GV ściernicy - segmenty Szlifowanie wałków A 60 KV B151 R50 B3 1) A 60 KV Szlifowanie otworów A 60 JV B151 R75 B3 1) A 60 IV Szlifowanie profilowe A 100 IV B126 R100B6 1) A 100 JV 1) O ile to możliwe używać ściernic CBN w tym przypadku. 7

8 Obróbka elektroiskrowa Jeżeli proces obróbki elektroiskrowej (EDM) odbywa się na materiale zahartowanym i odpuszczonym, wtedy należy zakończyć proces precyzyjną obróbką iskrową, tj. prądem o niskim napięciu i wysokiej częstotliwości. Optymalne wyniki osiągnie się po przeszlifowaniu / wypolerowaniu obrabianej powierzchni, a narzędzie powinno zostać poddane ponownemu odpuszczaniu w temperaturze około 535 C (995 F). Względne porównanie stali narzędziowych Uddeholm do pracy na zimno WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU A ODPORNOŚĆ NA RÓŻNE MECHANIZMY USZKODZEŃ NARZĘDZI Szczególowe informacje Prosimy o kontakt z lokalnym biurem Uddeholm w celu uzyskania dodatkowych informacji dotyczących doboru, obróbki cieplnej, zastosowań i dostępności stali narzędziowych Uddeholm. 8

9 UDDEHOLM VANADIS 23 ELECTRIC ARC FURNACE ESR PM PROCESS UPHILL CASTING HEAT TREATMENT ROLLING MILL FORGING MACHINING STOCK The Tool Steel Process The starting material for our tool steel is carefully selected from high quality recyclable steel. Together with ferroalloys and slag formers, the recyclable steel is melted in an electric arc furnace. The molten steel is then tapped into a ladle. The de-slagging unit removes oxygen-rich slag and after the de-oxidation, alloying and heating of the steel bath are carried out in the ladle furnace. Vacuum degassing removes elements such as hydrogen, nitrogen and sulphur. ESR PLANT In uphill casting the prepared moulds are filled with a controlled flow of molten steel from the ladle. From this, the steel can go directly to our rolling mill or to the forging press, but also to our ESR furnace where our most sophisticated steel grades are melted once again in an electro slag remelting process. This is done by melting a consumable electrode immersed in an overheated slag bath. Controlled solidification in the steel bath results in an ingot of high homogeneity, thereby removing macro segregation. Melting under a protective atmosphere gives an even better steel cleanliness. HOT WORKING From the ESR plant, the steel goes to the rolling mill or to our forging press to be formed into round or flat bars. Similar to our ESR steel, the other high quality steel grades, including the powder metal steels and spray formed steels, go to the rolling mill or the forging press. Prior to delivery all of the different bar materials are subjected to a heat treatment operation, either as soft annealing or hardening and tempering. These operations provide the steel with the right balance between hardness and toughness. MACHINING Before the material is finished and put into stock, we also rough machine the bar profiles to required size and exact tolerances. In the lathe machining of large dimensions, the steel bar rotates against a stationary cutting tool. In peeling of smaller dimensions, the cutting tools revolve around the bar. To safeguard our quality and guarantee the integrity of the tool steel we perform both surface- and ultrasonic inspections on all bars. We then remove the bar ends and any defects found during the inspection. 11