UDDEHOLM MIRRAX ESR
UDDEHOLM MIRRAX ESR UDDEHOLM MIRRAX ESR Uddeholm Mirrax ESR is specially developed and adapted for larger moulds that require corrosion resistance and/or high surface finish. It is characterized by: High hardenability for consistent properties in large dimensions Good ductility and toughness for a safe production High corrosion resistance for low maintenance requirements Excellent polishability for aesthetic quality and function Good wear resistance for longer life Uddeholm Mirrax ESR is also the right choice for larger tools when contamination in production is totally unacceptable: within the medical industry, optical industry and for other high quality transparent articles. Uddeholm Mirrax ESR is a part of the Uddeholm Stainless Concept. 3
Ogólne dane Wymagania stawiane materiałom na formy stale rosną. Stale formy muszą posiadać unikatową kombinacje wytrzymałości, odporności na korozje oraz zdolności do osiągnięcia jednakowego poziomu twardości w całym przekroju. MIRRAX ESR jest właściwym wyborem dla tych zastosowań. MIRRAX ESR jest nową nierdzewną stalą narzędziową klasy premium o następujących właściwościach: dobra odporność na korozję doskonałe właściwości hartowania skrośnego dobra ciągliwość i wytrzymałość dobra odporność na zużycie doskonała polerowalność Połączenie tych cech sprawia, że stal charakteryzuje się doskonałymi właściwościami w produkcji. Praktyczne korzyści wynikające z dobrej odporności na korozję form do tworzyw to w skrócie: Niższe koszty regeneracji form. Powierzchnia wykrojów matrycy zachowuje pierwotne wykończenie przy długich cyklach produkcyjnych. Formy przechowywane bądź eksploatowane w wilgotnym otoczeniu nie wymagają specjalnych zabezpieczeń. Niższe koszty produkcji. W związku z tym, że kanały chłodzące nie ulegają korozji (w przeciwieństwie do konwencjonalnych stali na formy), wymiana ciepła, a także wydajność chłodzenia są stałe w trakcie eksploatacji formy. Te korzyści, wraz z dużą odpornością na zużycie stali MIRRAX ESR powodują, że formy nie wymagają częstej regeneracji mają dłuższą żywotność, co ostatecznie daje duże oszczędności. Uwaga! Stal MIRRAX ESR produkowana jest przy użyciu techniki przetopu elektrożużlowego (ESR). W wyniku tego stal charakteryzuje się niską zawartością wtrąceń co daje doskonałą polerowalność materiału. Skład chemiczny % Standardowa specyfikacja Stan dostawy Kod kolorystyczny C 0,25 Si 0,35 Mn 0,55 Cr 13,3 AISI 420, zmodyfikowana Mo 0,35 Zmiękczona do około 250 HB Pomarańczowy/czarny z białą linią Ni 1,35 V 0,35 N + Zastosowania Mimo, że stal MIRRAX ESR jest zalecana dla wszystkich rodzajów narzędzi formierskich, jej szczególne właściwości sprawiają, że jest ona wyjątkowo dobra jako materiał na formy gdzie spełnione mają być następujące wymagania: Odporność na korozję / rdzewienie tj. do formowania materiałów korozyjnych, np. PCV, octanów i do form przeznaczonych do przechowywania / pracy w warunkach wilgotnych. Bardzo dobre wykończenie powierzchni tj. do produkcji części optycznych takich jak obiektywy aparatów oraz szkła okularów oraz instrumenty medyczne np. strzykawki, ampułki. Ciągliwość / wytrzymałość tj. do skomplikowanych form Doskonałe właściwości hartowania skrośnego tj. ważne w przypadku dużych form Właściwości WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE Stal zahartowana i odpuszczona do 50 HRC. Dane w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Temperatura 20 C (68 F) Gęstość kg/m 3 7740 lbs/in 3 0,280 Współczynnik sprężystości MPa psi 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 210 000 30,5 x 10 6 460 0,110 200 C (390 F) 200 000 29 x 10 6 11,0 x 10 6 6,1 x 10 6 20 139 400 C (750 F) 180 000 26,1 x 10 6 11,7 x 10 6 6,7 x 10 6 24 166 Bardzo trudno jest zmierzyć przewodność cieplną. Rozrzut może wynieść nawet ±15%. 2
WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE W TEMPERATURZE POKOJOWEJ Wartości wytrzymałości na rozciąganie są przybliżeniami. Testowane próbki zostały zahartowane w powietrzu o temperaturze od 1020 C (1870 F) oraz dwukrotnie odpuszczane do wskazanej twardości. Wszystkie próbki pobrano z pręta o średnicy 407 x 203 mm (16 x 8"). Twardość 50 HRC 45 HRC Wytrzymałość na rozciąganie, Rm MPa psi Granica plastyczności, Rp0,2 MPa psi 1780 2,58 x 10 5 1290 1,87 x 10 5 1500 2,18 x 10 5 1200 1,74 x 10 5 ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘ Narzędzie wykonane ze stali MIRRAX ESR charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością na rdzewienie oraz większą odpornością na korozyjne działanie otoczenia w porównaniu do innych rodzajów nierdzewnych stali narzędziowych np.: W.1.2083/ASI 420. Stal MIRRAX ESR wykazuje najlepszą odporność na korozję przy odpuszczaniu w niskiej temperaturze i wypolerowaniu na połysk lustrzany. Na poniższym wykresie wartości potencjodynamicznej polaryzacji krzywych zostały wyznaczone w celu zademonstrowania różnicy w odporności na korozję pomiędzy stalą MIRRAX ESR a W.1.2083/ASI 420 zmierzonej przy niskim i wysokim odpuszczaniu. Rozmiar próbki: 20 x 15 x 3 mm ( 0,8 x 0,6 x 0,1 ) Hartowane w temperaturze 1020 C (1870 F) przez okres 30 minut. Chłodzić na powietrzu. Odpuszczać 2 x 2h. UDARNOŚĆ MIRRAX ESR charakteryzuje się dużo większą udarnością / ciągliwością w porównaniu do innych rodzajów nierdzewnych stali narzędziowych np.: W.1.2083/ASI 420. Wpływ stali na formy i temperatury odpuszczania na odporność na korozję. Względna odporność na korozje W celu uzyskania maksymalnej udarności i ciągliwości należy stosować niską temperaturę odpuszczania natomiast w celu osiągnięcia maksymalnej odporności na ścieranie stosujemy wysoką temperaturę odpuszczania. Poniższy wykres przedstawia udarność w temperaturze pokojowej zmierzoną dla próbek pobranych z środka kutego bloku. Test został przeprowadzony w kierunku poprzecznym. Oryginalny wymiar pręta: 508 x 306 mm (20 x 12 ). Wymiary próbki: 7 x 10 x 55 mm (0,27 x 0,40 x 2,2 ).Typ próbki: gładka. Hartowane w temperaturze 1020 C (1870 F) przez okres 30 minut. Chłodzić na powietrzu. Odpuszczać 2 x 2h. Forma do produkcji obudowy lampy ulicznej 3
Obróbka cieplna MIĘKKIE WYŻARZANIE Należy zabezpieczyć stal i nagrzać do 740 C (1365 F). Następnie schładzać w piecu o 15 C (30 F) na godzinę do 550 C (1020 F), a następnie na powietrzu. Twardość i austenit szczątkowy jako funkcja temperatury austenityzacji. Twardość HRC Austenit szczątkowy % ODPRĘŻANIE Po obróbce zgrubnej, narzędzie powinno zostać nagrzane do 650 C (1200 F), przy czasie utrzymywania 2 godziny. Schładzać powoli do 500 C (930 F), a następnie na powietrzu. HARTOWANIE Temperatura podgrzewania: 600850 C (11101560 F). Zwykle minimalnie dwa stopnie podgrzewania. Temperatura austenityzacji: 10001025 C (18301880 F), zwykle 1020 C (1870 F). Dla bardzo dużych form rekomendowana temperatura 1000 C (1830 F). Temperatura Czas wygrzewania w Twardość przed C F minutach odpuszczaniem (HRC) 1020 1000 1870 1830 30 30 55±2 54±2 Czas wygrzewania = czas całkowitego nagrzania narzędzia w temperaturze hartowania. Należy zabezpieczyć narzędzie przed odwęgleniem i utlenieniem podczas hartowania. ŚRODKI HARTOWNICZE Próżnia, chłodzone gazem z odpowiednim nadciśnieniem Ciepły olej, około 80 C (175 F) Kąpiel w złożu fluidalnym lub soli w temperaturze 250550 C (4801020 F) następnie chłodzone powietrzem. Szybkobieżny gaz / obieg powietrza W celu uzyskania optymalnych właściwości narzędzia, tempo chłodzenia powinno być szybkie, ale takie, które nie spowoduje nadmiernych odkształceń czy pęknięć. W przypadku nagrzewania w piecu próżniowym zalecane jest nadciśnienie min. 45 bar. Uwaga: Należy odpuszczać narzędzie natychmiast gdy tylko jego temperatura osiągnie 5070 C (120160 F). Temperatura austenityzacji. W przypadku hartowania dużych przekrojów materiału w gatunku W.1.2083/ASI 420, stosunkowo słaba hartowność daje niską twardość i niepożądaną strukturę w przekroju poprzecznym. W niektórych częściach formy odporność na korozję i wytrzymałość będą niższe. MIRRAX ESR posiada dużo lepszą hartowność w porównaniu do gatunku W.1.2083/ASI 420. Pozwala to uzyskać wysoką twardość nawet w środku dużych przekrojów. Bardzo dobra hartowność ma decydujący wpływ na inne własności jak wytrzymałość i odporność na korozje. TWARDOŚĆ JAKO FUNKCJA PRĘDKOŚCI CHŁODZENIA PODCZAS HARTOWANIA Twardość HV10 HRC Czas chłodzenia w przedziale 800500 0 C (1470930 0 F), sec. *prędkość chłodzenia w rdzeniu dla wskazanych trzech średnic 4
ODPUSZCZANIE Należy dobrać temperaturę odpuszczania w zależności od wymaganej twardości w oparciu o poniższy wykres odpuszczania. Odpuszczać dwa razy stosując przy tym chłodzenie do temperatury pokojowej. Najniższa temperatura odpuszczania to 250 C (480 F). Czas utrzymywania w temperaturze to minimum 2 godziny. Wykres odpuszczania Twardość HRC Austenit szczątkowy % ZMIANY WYMIAROWE Zmiany wymiarowe podczas hartowania i odpuszczania wahają się w zależności od temperatur, rodzaju sprzętu oraz chłodziwa używanego podczas obróbki cieplnej. Wymiary i kształt narzędzia mają również wpływ na odkształcenia i zmiany wymiarowe. Dlatego też zalecane jest pozostawienie naddatku na zmiany wymiarowe w czasie obróbki. Użycie 0,15 % naddatku jako wytycznej dla stali MIRRAX ESR powoduje że wyżarzanie odprężające jest zalecane pomiędzy zgrubną a częściową obróbką. Zmiany wymiarowe zostały zmierzone dla próbek z materiału MIRRAX ESR o wymiarach 100 x 100 x 100 mm (3,9 x 3,9 x 3,9 ) poddane obróbce cieplnej według poniższych warunków: Austenityzacja: 1020 C (1870 F) przez okres 30 minut. Chłodzić w gazowym piecu próżniowym z prędkością 1,1 C/s (1,8 F/s). Odpuszczanie: 2 x 2h. Zmiany wymiarowe podczas hartowania i odpuszczania dla grubości, długości i szerokości. Zmiany wymiarowe % Temperatura odpuszczania Uwaga : Odpuszczanie w temperaturze 250 C (480 F) pozwala na osiągnięcie najlepszego połączenia ciągliwości, twardości i odporności na korozję. Dla bardzo dużych form i skomplikowanych kształtów zalecane jest stosowanie wysokiej temperatury odpuszczania w celu zredukowania do minimum szczątkowych naprężeń. Temperatura odpuszczania 2 x 2h Forma do produkcji dużych kontenerów do lodów 5
Obróbka Wartości podane poniżej to przybliżenia, które powinny zostać dopasowane do lokalnych warunków. Stan: Twardość dostawy około 250 HB TOCZENIE Parametry obróbki Szybkość skrawania (vc) Posuw (f) Głębokość cięcia (ap) mm Kategoria węglika WIERCENIE m/min f.p.m. mm/obr. i.p.r. mm cal ISO Obróbka narzędziami z węglikiem spiekanym Skrawanie narz. ze stali szybkotnącej Zgrubna Precyzyjna Skrawanie precyzyjne 160210 210260 1823 525690 690850 5975 0,20,4 0,050,2 0,050,3 0,0080,016 0,0020,008 0,0020,01 24 0,52 0,53 0,080,16 0,020,08 0,020,1 P20P30 Pokryte węglikiem Wiertła kręte ze stali szybkotnącej P10 Pokryte węglikiem bądź cermetem Średnica wiertła Szybkość skrawania (vc) Posuw (f) mm cale m/min f.p.m. mm/obr. i.p.r. 5 3/16 1416* 4652* 0,050,15 0,0020,006 510 3/163/8 1416* 4652* 0,150,20 0,0060,008 1015 3/85/8 1416* 4652* 0,200,25 0,0080,010 1520 5/83/4 1416* 4652* 0,250,30 0,0100,014 *) Dla pokrytych wierteł ze stali szybkotnącej vc ~2224 m/min (7279 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) 210230 689755 0,030,10 2) 0,0010,004 2) 80100 262328 0,100,25 2) 0,0040,01 2) 1) Wiertło z wewnętrznymi kanalikami chłodzącymi. 2) Zależy od średnicy wiertła. 7080 230262 0,150,25 2) 0,0060,01 2) FREZOWANIE Frezowanie czołowe oraz frezowanie czołowe nożem kwadratowym Parametry obróbki Obróbka narzędziami z węglika Zgrubna Szybkość skrawania (vc) m/min f.p.m 160240 525787 Posuw (fz) mm/ząb 0,20,4 cal/ząb 0,0080,016 Głębokość mm 24 cięcia (ap) cale 0,080,16 Kategoria węglika ISO P20P40 Pokryte węglikiem Frezowanie walcowoczołowe Rodzaj frezu walcowoczołowego Parametry obróbki Stały węglik Wkładka z węglików Szybkość skrawania (vc) m/min f.p.m. Posuw (fz) mm/ząb cal/ząb 120150 390500 0,010,20 2) 0,0010,008 2) 160220 525722 0,060,20 2) 0,0020,008 2) Precyzyjna 240280 787919 0,10,2 0,0040,008 0,52 0,020,08 P10P20 Pokryte węglikiem bądź cermetem Narzędzia ze stali szybkotnącej 2530 1) 82100 1) 0,010,3 2) 0,00040,01 2) Kategoria obróbki ISO P20P30 1) Dla frezów walcowoczołowych ze stali szybkotnącej vc ~4550 m/min (150165 f.p.m.). 2) W zależności od głębokości promieniowej otworu oraz średnicy. SZLIFOWANIE Ogólne zalecenia dotyczące tarcz szlifierskich podano poniżej. Dodatkowe informacje dotyczące zalecanych ściernic znajdują się w publikacji Uddeholm Szlifowanie stali narzędziowej. Zalecane ściernice Rodzaj szlifowania Stal po miękkim Po hartowaniu wyżarzaniu Szlifowanie czołem A 46 HV A 46 HV ściernicy ściernica prosta Szlifowanie czołem A 36 GV A 36 GV ściernicy segmenty Szlifowanie wałków A 60 LV A 60 KV Szlifowanie otworów A 46 JV A 60 IV Szlifowanie profilowe A 100 LV A 120 KV 6
Spawanie Można uzyskać dobre wyniki spawania stali narzędziowych, jeśli zostaną zastosowane odpowiednie techniki. Należy zachować szczególne środki ostrożności podczas obróbki cieplnej, podczas obróbki cieplnej po hartowaniu, w czasie przygotowywania elementów spawanych etc. Najlepsze wyniki po polerowaniu oraz wytrawianiu uzyskuje się przez używanie elektrod o tym samym składzie chemicznym co forma. Sposób spawania Temperatura robocza Spoiwo Twardość po spawaniu Obróbka cieplna po spawaniu Stal po hartowaniu Stal po wyżarzaniu zmiękczającym TIG 200250 C 390480 F MIRRAX TIGWELD 5456 HRC Odpuszczać w temperaturze o 1020 C (5070 F) niższej od pierwotnej temperatury odpuszczania. Nagrzać materiał do 700 C (1290 F) przez 5 godzin. Następnie na powietrzu. Dodatkowe 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 i zastosowań stali narzędziowych Uddeholm, wraz z publikacją Stal na formy. Trawienie Stal MIRRAX ESR ma bardzo niską zawartość wtrąceń żużlowych, co czyni ją odpowiednią do wytrawiania. Specjalny proces wytrawiania może okazać się przydatny, w związku z dobrą odpornością na korozję stali MIRRAX ESR znaną wszystkim czołowym firmom zajmującym się wytrawianiem. Dodatkowe informacje podano w broszurze Uddeholm pt. Wytrawianie stali narzędziowej. Polerowanie Stal MIRRAX ESR wykazuje dobrą polerowalność w stanie po hartowaniu i odpuszczeniu. Należy zastosować nieco inną technikę niż w przypadku pozostałych stali na formy Uddeholm. Główną zasadą jest wolniejsze przechodzenie między fazami szlifowania precyzyjnego / polerowania oraz aby nie polerować nierównej powierzchni. Ważne jest też, aby zaprzestać polerowania natychmiast po usunięciu ostatniej nierówności powierzchni. Bardziej szczegółowe informacje dotyczące techniki polerowania podano w broszurze Polerowanie stali narzędziowej. 7
UDDEHOLM MIRRAX ESR ELECTRIC ARC FURNACE ESRPLANT UPHILL CASTING HEAT TREATMENT ROLLING MILL FORGING MACHINING STOCK The ESR 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 deslagging unit removes oxygenrich slag and after the deoxidation, 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. 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. 10
Network of excellence UDDEHOLM is present on every continent. This ensures you highquality Swedish tool steel and local support wherever you are. ASSAB is our whollyowned subsidiary and exclusive sales channel, representing Uddeholm in various parts of the world. Together we secure our position as the world s leading supplier of tooling materials. www.assab.com www.uddeholm.com