Odkształcenia przy obróbce cieplnej: odprężanie, naddatek i strategia baz
Nikogo nie dziwi, że część rusza się podczas obróbki cieplnej. Zaskakuje to, jak duża część kosztu końcowego zależy od decyzji podjętych, zanim trafi do pieca.
Są trzy: ile naddatku zostawić, czy odprężać oraz od których powierzchni zamierza się potem ustalać część.
Skąd bierze się ruch
Dwa mechanizmy, które warto rozdzielić, bo środki zaradcze są różne.
Zmiana objętości wskutek przemiany fazowej. Austenit przechodzi w martenzyt, a martenzyt zajmuje więcej objętości. Każda część rośnie. Dla typowej stali narzędziowej jest to rzędu 0.1-0.2% liniowo, modyfikowane ilością austenitu szczątkowego i odpuszczaniem. Jest to w przybliżeniu jednorodne i w przybliżeniu przewidywalne, więc można je uwzględnić w planie.
Odkształcenie od gradientów temperatury i naprężeń własnych. Część nagrzewa się i stygnie nierównomiernie, różne przekroje przemieniają się w różnym czasie, a naprężenia własne zamknięte po walcowaniu, kuciu lub obróbce zgrubnej uwalniają się. To nie jest jednorodne i nie da się tego przewidzieć w szczegółach. To ono wygina płytę w chipsa.
Odprężanie uderza właśnie w ten drugi mechanizm.
Odprężanie i dlaczego obróbka zgrubna jest wyzwalaczem
Blok walcowany lub kuty przychodzi z naprężeniami wewnętrznymi. Obróbka zgrubna usuwa materiał asymetrycznie, co rozregulowuje te naprężenia, i blok się rusza: czasem natychmiast, czasem w piecu.
Standardowa sekwencja dla części hartowanej na wskroś:
- Obróbka zgrubna z hojnym naddatkiem: zwykle 2-3 mm na stronę dla dużego bloku.
- Odprężanie. Nagrzewanie do 600-675 °C, wygrzewanie około godziny na każde 25 mm przekroju, powolne studzenie. Część rusza się tu, w sposób kontrolowany, gdzie nie szkodzi.
- Obróbka półwykańczająca, czyszcząca to, co się ruszyło, z pozostawieniem właściwego naddatku na obróbkę cieplną.
- Hartowanie i odpuszczanie.
- Obróbka wykańczająca lub szlifowanie.
Pominięcie kroku 2 na dużej lub asymetrycznej części to najczęstsza przyczyna bloku, który wraca z pieca do odzyskania niemożliwy.
Dla części już zahartowanych i szlifowanych na gotowo, niskotemperaturowe odprężanie po szlifowaniu zgrubnym (zwykle 25-55 °C poniżej temperatury odpuszczania) usuwa naprężenia szlifierskie bez wpływu na twardość.
Ile naddatku zostawić
To liczba, którą zakłady najbardziej chcą widzieć na rysunku, i ta, której najczęściej brakuje.
Orientacyjne wytyczne dla naddatku po obróbce cieplnej:
| Typ części | Naddatek na stronę |
|---|---|
| Mała, prosta, hartowana na powietrzu (A2, D2) | 0.1-0.2 mm |
| Blok średni, hartowany na powietrzu | 0.2-0.4 mm |
| Duża płyta (>300 mm), hartowana na powietrzu | 0.4-0.8 mm |
| Hartowanie w oleju (O1, S7 duży przekrój) | 0.3-1.0 mm |
| Cienkie lub asymetryczne przekroje, dowolny gatunek | Dodać 50-100% |
Gatunki hartowane na powietrzu ruszają się znacznie mniej niż hartowane w oleju: to główny argument w O1 czy A2. Wybór gatunku hartowanego na powietrzu jest często tańszy niż płacenie za usuwanie obróbką odkształceń po hartowaniu w oleju.
Dwa błędy, których należy unikać:
Zbyt mały naddatek. Część rusza się bardziej, niż zostawiono, niski punkt się nie wyczyści, a blok staje się złomem po całej włożonej w niego pracy.
Zbyt duży naddatek. Frezują Państwo twardo lub szlifują 1 mm stali 60 HRC z każdej powierzchni. To wolne, drogie i wprowadza ciepło do części. Zob. obróbka po obróbce cieplnej.
Strategia baz: część, o której wszyscy zapominają
Oto błąd, który kosztuje najwięcej, a o którym mówi się najmniej.
Obrabiają Państwo część z elementami wymiarowanymi od dwóch powierzchni odniesienia. Idzie na obróbkę cieplną. Wraca, a te powierzchnie odniesienia się ruszyły: nie są już płaskie, nie są prostopadłe do siebie i nie są tam, gdzie były.
Zakład musi teraz ponownie ustalić bazy, zanim cokolwiek wykończy. Jeśli nie powiedziano mu jak, wybierze sam. Jeśli wybierze inaczej, niż odnoszą się Państwa tolerancje, każdy wymiar jest mierzony od złego miejsca, a część nie przechodzi kontroli, choć geometrycznie jest w porządku.
Co zrobić:
Wyraźnie wskazać bazy po obróbce cieplnej. Uwaga: „po obróbce cieplnej ponownie ustalić bazy A i B przez szlifowanie; dopuszczalny naddatek 0.3 mm na obu.”
Zostawić więcej naddatku na powierzchniach baz niż gdziekolwiek indziej. Muszą się oczyścić w całości, bo wszystko inne się do nich odnosi.
Jeśli to możliwe, wybierać bazy duże, płaskie i na litym materiale. Baza na cienkim kołnierzu ruszy się bardziej niż baza na przekroju grubym na 40 mm.
Rozważyć bazę poświęconą. Dodatkowy element (obrobiony występ, para rozwiercanych otworów), który istnieje wyłącznie po to, by ustalić część po obróbce cieplnej, i jest usuwany na końcu. Przy złożonym oprzyrządowaniu to rutynowa praktyka, warta zużytego materiału.
Co napisać na rysunku
Krótka uwaga o obróbce cieplnej obejmująca cztery rzeczy:
OBRÓBKA CIEPLNA
1. Obróbka zgrubna, odprężanie 650 °C, 1 godz. / 25 mm przekroju, powolne studzenie.
2. Hartowanie i odpuszczanie do 58-60 HRC. Podwójne odpuszczanie.
3. Naddatek po OC: 0.3 mm na stronę; 0.5 mm na bazach A i B.
4. Ponownie ustalić bazy A i B przez szlifowanie przed obróbką wykańczającą.Cztery wiersze. Usuwają większość niejednoznaczności, przez którą oferty na stal hartowaną tak bardzo się różnią, i zatrzymują błędy, które zamieniają blok wart 30 godzin pracy w złom.
Proszę wysłać tę uwagę z rysunkiem w zapytaniu, a oferty z różnych zakładów staną się bezpośrednio porównywalne, bo wszystkie wyceniają ten sam plan.