HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL

HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
1
HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL
Cover
to right:
BöhlerUddeholm
UddeholmČeská
Czech
Republic,
Foto naphotos
obalufrom
zlevaleft
doprava:
Böhler
republika,
Uddeholms AB/HÄRDtekno,
Ionbond
Sweden
AB/HÄRDtekno, Sweden
Sweden and
a Ionbond
Sweden
AB.AB.
Tyto
informace vyplývají
z našich
současných
znalostí
a majíand
za cíl
poskytnout
obecnégeneral
This information
is based on
our present
state of
knowledge
is intended
to provide
poznámky
ohledně
našich
užití.
je nelze
chápat jako
notes on our
products
and produktů
their uses.aItjejich
should
notProto
therefore
be construed
as záruku
a warranty of
specifi
vlastností
popsaných
jako záruku
způsobilosti
pro určitýpurpose.
účel.
specificckých
properties
of the
products produktů
described nebo
or a warranty
for fitness
for a particular
Classified
according
to EU Directive
1999/45/EC
Klasifi
kováno
dle Směrnice
EU 1999/45/EC
For further
information
our “Material
Safety Data listy“
Sheets”.
Další
informace
viz našesee
„Materiálové
bezpečnostní
Edition8,8,03.2012
03.2012
Edice
The latest revised
editionvydání
of thistéto
brochure
is the
English version,
Nejnovější
zrevidované
brožury
je anglická
verze,
which je
is vždy
always
published on
webwebových
site www.uddeholm.com
která
publikována
na our
našich
stránkách www.uddeholm.com
2
HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL
OBSAH
CONTENTS
What
is tool steel?
Co
je nástrojová
ocel?
4
Hardening
and tempering
Kalení
a popouštění
4
Dimensional
and shape
stability
Rozměrová
a tvarová
stálost
11
Surface treatment
Povrchová
úprava
12
Testing ofmechanických
mechanical properties
Testování
vlastností
14
Some words
of advice to tool
designers
Několik
rad konstruktérům
nástrojů
15
Hardness
and tempering
Tvrdost
poafter
kaleníhardening
a popouštění
17
Hardness
conversion
table
Tabulka
převodu
tvrdosti
18
3
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
The
of thisjebrochure
is to
Cílempurpose
této brožury
poskytnout
provide
a general
idea of
howzpůsotool
obecný přehled
o tom,
jakým
steel
is tepelně
heat treated
and how
it
bem se
zpracovává
nástrojobehaves
this process.
vá ocel a during
jak se během
tohotoSpecial
proceattention
is
paid
to
hardness,
su chová. Zvláštní pozornost jetoughvěnováness
and dimensional
stability.
na tvrdosti,
houževnatosti
a rozměrové stálosti.
What
is tool steel?
Co
je nástrojová
ocel?
Tool steels oceli
are high-quality
Nástrojové
jsou vysocesteels
kvalitní
madevyrobené
to controlled
chemical
compooceli
s přesným
chemickým
sition
and
processed
to
develop
složením a zpracované k dosažení vlastproperties
usefulpro
for práci
working
and maností
potřebných
s jinými
shaping
of
other
materials.
The
car-uhteriály a jejich zpracováním. Obsah
bonvcontent
in toolocelích
steelsmůže
may range
líku
nástrojových
být
as low
0.1%
to as
high
asnež
vfrom
rozmezí
od as
0,1%
až do
výše
více
moreCthan
1.6%
C obvykle
and many
are le1,6%
a tyto
oceli
obsahují
alloyed
with
alloying
elements
such as
gující prvky, jako jsou chróm, molybden
achromium,
vanad, atd.molybdenum and vanadium.
Nástrojové oceli se používají na
Tool
are lisování
used forplastických
applicastříhání steels
a tváření,
tions
such
as
blanking
and
forming,
hmot, tlakové lití, extruzi a kování.
plastic
moulding,
die casting,
extruSložení
slitiny, výrobní
proces
oceli
andtepelného
forging. zpracování jsou klíasion
kvalita
Alloy
design,
the manufacturing
čové
faktory
ovlivňující
vývoj nástroroute
of
the
steel
and
quality
jů nebo jeho částí s vylepšenýmiheat
vlasttreatment
aremůže
key factors
in order
nostmi,
které
nabídnout
pouzeto
develop tools
nástrojová
ocel.or parts with the enhanced
properties
that only
tool
Výhody
jako životnost,
pevnost,
steel
can
offer.
odolnost vůči korozi a stabilita za vysoBenefits
strength,
kých
teplot like
jsoudurability,
zajímavé také
pro další
corrosion
resistance
and high-temúčely
než pro
pouhé nástrojové
využití.
perature
stability se
arenástrojová
also attractive
Z
tohoto důvodu
ocel vyfor other
purposes
than pure
tool
užívá
pro kritické
součástky
v různých
applications.
For thisa nahrazuje
reason, tool
odvětvích
průmyslu
často
steel is a better
konstrukční
ocel.choice than construction
engineering
steel forlze
Použitímormoderních
materiálů
lehce
dosáhnout
nižšíchinnákladů
na
strategic
components
the different
údržbu,
snížení hmotnosti součástek,
industries.
vyšší
přesnosti
a zvýšené
spolehlivosti.
More
advanced
materials
easily
Uddeholm
zaměřuje
svoji řaducosts,
nástroresult in lower
maintenance
lighter ocelí
parts,nagreater
jových
vysokoprecision
legované and
typy
increased
reliability.
oceli,
určené
primárně pro účely jako
Uddeholm
has concentrated
its
jsou
lisování plastických
hmot, stříhátool
steel
range
on
high
alloyed
types
ní a tváření, tlakové lití, extruze, kování,
of
steel,
intended
primarily
for
purdřevozpracující průmysl, recyklační průposesa such
as součástek.
plastic moulding,
blanmysl
výroba
Součástí
této
king and
die casting,
extruřady
jsou forming,
taktéž oceli
vyrobené
prášsion, forging,
wood-working
industry,
kovou
metalurgií
(PM) .
recycling
industry
and
component
Nástrojová ocel se standardně dodábusiness.
(PM)
vá
ve stavuPowder
žíháno metallurgy
na měkko. To
umožsteelsjednoduché
are also included
in the
range.
ňuje
opracování
materiálu
Tool steelnástroji
is normally
delivered
in
obráběcími
a poskytuje
mikrothe
soft
annealed
condition;
this
strukturu vhodnou pro kalení.
makes
the materialpoeasy
to machine
Mikrostruktura
žíhání
na měkko
with
cutting
tools and
it provides
a
se
skládá
z matrice,
ve které
jsou rozlomicrostructure
suitable
forníže.
hardenženy
karbidy - viz.
obrázek
ing.U uhlíkových ocelí se jedná o karbidy
železa,
zatímco
u legované
oceli se jedThe soft
annealed
microstructure
ná
také oofkarbidy
wolfraconsists
a soft chromu
matrix in(Cr),
which
mu
(W), molybdenu
(Mo)See
nebo
vanadu
carbides
are embedded.
picture
(V)
v závislosti na složení oceli. Karbidy
below.
jsou
uhlíku
a legujících
In sloučeniny
carbon steel,
these
carbides prvare
ků
a charakterizuje
vysoká
Iron
carbides, whilejeinvelmi
alloyed
steeltvrdost.
Vyšší
obsah karbidů
znamená vyšthey are
chromium
(Cr), tungsten
ší
odolnost
vůči opotřebení.
(W),
molybdenum
(Mo) or vanadium
se používají
legující
(V)Dále
carbides,
depending
on prvky,
the které
netvoří
karbidy
které
jsou
rozpuštěny
composition
of athe
steel.
Carbides
vare
matrici,
jako je of
např.
kobalt
(Co), nikl
compounds
carbon
and
(Ni)
a mangan
(Mn).
Kobalt
se běžně
alloying
elements
and
are characterpoužívá
pro zlepšení
životnosti
za vysoized by very
high hardness.
Higher
kých
teplot
u rychlořezných
ocelí, zacarbide
content
means a higher
tímco
nikl se
resistance
topoužívá
wear. pro zlepšení vlastností
prokalitelnosti
a také kealloying
zvýšení
Also
non-carbide forming
houževnatosti
ve
stavu
po
zakalení.
elements are used in tool steel, such
Hardening
Kalení
a popouštění
and tempering
Výsledek
kalení oceli ovlivňuje mnoho
faktorů.
When a tool is hardened, many
factors influence the result.
Některé teoretické aspekty
Some theoretical aspects
Ve stavu žíháno na měkko je většina
In soft annealed legujících
condition,prvků
most vázaof
karbidotvorných
the
carbide-forming
alloying
elements
ných s uhlíkem v karbidech.
areKdyž
bound
up with
carbon
car- tepse ocel
ohřeje
až nainkalící
bides.matrice se změní z feritu na austelotu,
the steel
heated
up to
nit.When
To znamená,
že is
atomy
železa
změhardening
temperature,
the
matrix
ní svoji pozici v atomové mřížce a vy-is
transformed
from ferrite
to austenite.
tvoří
novou mřížku
s odlišnou
krystalicThisstavbou.
means that the Iron atoms
kou
change their position in the atomic
lattice and generate a new lattice
with different crystallinity.
= atomy
železa
Iron atoms
= možné
atomů
Possiblepozice
positions
foruhlíku
carbon atoms
2.86 A
Základní
krystalu
feritu.
Unit cell inbuňka
a ferrite
crystal.
Prostorově
centrovaná
mřížka (BCC).
Body centred
cubic (BCC).
as cobalt (Co) and nickel (Ni) which
are dissolved in the matrix. Cobalt is
normally used to improve red hardness in high speed steels, while nickel
is used to improve through-hardening
properties and also increase the
toughness in the hardened conditions.
3.57 A
Základní
krystalucrystal.
austenitu.
Unit cell inbuňka
an austenite
Kubická
plošně
středěná
Face centred
cubic
(FCC).mřížka (FCC).
2.98 A
20μm
4
Uddeholm Dievar, struktura
Uddeholmve
Dievar,
materiálu
stavusoft
žíháno
annealed
na
měkkostructure.
2.85 A
Základní
buňka
v krystalucrystal.
martenzitu.
Unit cell in
a martensite
Tetragonální.
Tetragonal.
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Austenite
higher
solubility
limit
Austenithas
má avyšší
hranici
rozpustfor carbon
alloyingprvků
elements,
and
nosti
uhlíku and
a legujících
a karbithesecarbides
will dissolve
the
dy
do jisté míry
rozpustíinto
do matrimatrix
tozpůsobem
some extent.
this waylece.
Tímto
získáInmatrice
the
matrix
acquires
an
alloying
congující obsah karbidotvorných prvků,
tent of
carbide-forming
elements
které
umožňují
kalení, aniž
by došlothat
ke
gives the zrna.
hardening effect, without
zhrubnutí
becoming
grained. kalePokud jecoarse
ocel v procesu
If
the
steel
is
quenched
sufficiently
ní ochlazena dostatečně rychle,
atorapidly
in nemají
the hardening
process, athe
my
uhlíku
čas se přeskupit
tím
carbon atoms
do austenitu
not have na
theferit,
time
umožnit
přeměnu
to reposition
themselves
to allow
the
jako
tomu je například
při žíhání.
Místo
reforming
of
ferrite
from
austenite,
toho jsou zafixovány na pozicích, kdeas
in for instance
they
nemají
dostatekannealing.
prostoru. Instead,
Výsledkem
are fixed
in mikropnutí,
positions where
jsou
vysoká
kteráthey
přispívado nottvrdosti.
have enough
room,strukand
jíreally
ke zvýšení
Tato tvrdá
the result
is high
micro-stresses
that
tura
se nazývá
martenzit.
Proto lze
na
martenzit
jako nahardness.
přesycený
contributepohlížet
to increased
tuhý
uhlíku veisferitu.
zakaleThisroztok
hard structure
calledPo
martennísite.
se Thus,
matrice
nikdy zcela
martensite
cannepřemění
be seen asnaa
martenzit.
Ve struktuře
zůstává
vždy
forced solution
of carbon
in ferrite.
nějaký
se nazýváthe
zbytkoWhenaustenit.
the steelTen
is hardened,
vý
austenit.
Množství
zbytkového
ausmatrix
is not
completely
converted
tenitu
se zvyšuje sThere
narůstajícím
obsainto martensite.
is always
some
hem
legujících
vyšší
teplotou
austenite
that prvků,
remains
in the
struc-kalení,
delší
výdrží
na
kalící
teplotě
a poture and it is called retained austenite.
malejším
ochlazováním.
The amount
increases with increasing
Po kalení
má ocel
mikrostruktualloying
content,
higher
hardening
ru
skládající se longer
z martenzitu,
temperature,
soakingzbytkovétimes
ho
austenitu
a
karbidů.
Tato
struktura
and slower quenching.
obsahuje
které
After inherentní
quenching,pnutí,
the steel
hasmůže
a
způsobit
praskání.
Tomu se of
alemartendá zamicrostructure
consisting
bránit
opětovným
zahřátím
na ursite, retained
austenite
and oceli
carbides.
čitou
teplotu,
čímž
se
sníží
vnitřní
This structure contains inherent pnutístresses
a dojde that
k přeměně
zbytkového
auscan easily
cause cracktenitu.
opětovný
ohřev po
ing. ButTento
this can
be prevented
bykaleníreheating
se nazýváthe
popouštění.
Po kalení
násteel to a certain
temstrojové
oceli
by
vždy
mělo
okamžitě
perature, reducing the stresses and
následovat
popouštění.
transforming
the retained austenite
popouštoJeandůležité
extent poznamenat,
that depends že
upon
the
tění
při nízkých
teplotáchThis
má reheating
vliv poureheating
temperature.
ze
na martenzit,
zatímco
vysokých
after
hardening is
called při
tempering.
teplotách
má
vliv
také
na
zbytkový
ausHardening of tool steel should always
tenit.
be followed immediately by temperPo prvním popouštění za vysoké
ing.
teploty
obsahuje
mikrostruktura
poIt should
be noted
that tempering
pouštěný
martenzit,
nově
utvořený
at low temperatures only affects the
martenzit,
austenit aatkarbidy.
martensite,zbytkový
while tempering
high
Vyloučené
sekundární
(nově
temperature
also affects
theutvořené)
retained
karbidy
a nově utvořený martenzit moaustenite.
houAfter
zvýšitone
tvrdost
běhematpopouštětempering
a high temníperature
za vysoké
teploty.
Typické pro
toto
the microstructure
consists
jeoftzv.
sekundární
kalení např.
u rychtempered
martensite,
newly
lořezné
oceli
a
vysoce
legovaných
formed martensite, some retainednástrojových
ocelí.
austenite and
carbides.
Precipitated
Obvykle je secondary
požadovaná(newly
určitá tvrformed)
carbides
and newly
formed
dost pro různé aplikace
nástrojové
martensite
can increase
hardness
oceli.
Parametry
tepelného
zpracováduring
high
temperature
tempering.
ní se proto vybírají tak, aby bylo dosaTypical
of this is tvrdosti
the so called
secženo
požadované
a optimálondary
hardening
of
e.g.
high
speed
ních vlastností. Je velice důležité mít na
steels and
high alloyed
tool steels.
paměti,
že tvrdost
je výsledkem
někocertain hardness
level is
likaUsually
různýcha faktorů,
jako je množství
required
for each
individualmikropnutí
applicauhlíku
v matrici
martenzitu,
tion
of
the
steel,
and
therefore
heat
obsažené v materiálu, množství zbytkotreatment
parameters
are chosen
to
vého
austenitu
a precipitovaných
karbisome
extent
in order to achieve the
dů
během
popouštění.
desired
hardness.
is verykombinací
important
Je možné
využít It
různých
to
have
in
mind
that
hardness
the
těchto faktorů, výsledkem čehožis bude
Tvrdost
Hardness
C
B
D
A
Teplota
popouštění
Tempering
temperature
A == popouštění
martensitemartenzitu
tempering
B == precipitace
karbidu
carbide precipitation
C == přeměna
zbytkového
austenituaustenite to
transformation
of retained
namartensite
martenzit
D == diagram
popouštění
ocel
tempering
diagrampro
for rychlořeznou
high speed steel
highlegovanou
alloy toolnástrojovou
steel
a and
vysoko
ocel
A+B+C
A+B+C == D
D
Diagram
ukazuje
faktorů
The
diagram
showsvlivtherůzných
influence
of
na sekundární
different
factorskalení.
on the secondary
hardening.
is possiblezpracování
to make use
ofna
different
luIttepelného
a ne
dosacombinations
žené
tvrdosti. of these factors that
will
resulttepelné
in the same
hardness
level.
Kvalitní
zpracování
poskytuEach
of
these
combinations
correje nejen požadovanou tvrdost, ale také
sponds to a different
heat
treatment
optimalizované
vlastnosti
materiálu
pro
cycle, but
certain hardness does not
vybrané
použití.
guarantee
anyoceli
specific
set of
properNástrojové
by vždy
měly
být
ties of thedvakrát
material.
The material
minimálně
popouštěné.
Druhé
properties zajistí
are determined
by its
popouštění
popuštění martenzimicrostructure
and během
this depends
on
tu,
který nově vznikl
ochlazovátreatment
cycle, and not on
níthe
poheat
prvním
popouštění.
the
obtained hardness.
Trojnásobné
popouštění se doporuQuality
heat
treatment
delivers not
čuje v následujících
případech:
only
desired hardness
but also opti• rychlořezná
ocel s vysokým
mized
properties
obsahem
uhlíkuof the material for
the
chosen application.
• komplikované
nástroje pro práci
Tool
steelszejména
should valways
be forem
at
za tepla,
případě
pro
tlakové
lití
least
double
tempered.
The second
• velké formy
zpracování
plastů
tempering
takespro
care
of the newly
• když martensite
se požadujeduring
vysokácooling
stabilita
formed
rozměrů
např. v případě
after
the first(jako
tempering.
měřidel
nebo nástrojů
pro
Three
temperings
are recomintegrované
obvody) cases:
mended
in the following
• high speed steel with high carbon
content
• complex hot work tools, especially
in the case of die casting dies
• big moulds for plastic applications
• when high dimension stability is
a demand (such as in the case of
gauges or tools for integrated
circuits)
stejná
tvrdosti.
Každá
z těchto
resultúroveň
of several
different
factors,
kombinací
odpovídá
such as the
amountrůznému
of carbonrežimu
in the
tepelného
zpracování.
Samotná
martensitic matrix, the micro- hodnotastresses
tvrdosticontained
přitom nezaručuje
dosažein the material,
the
níamount
požadovaných
vlastností
materiálu.
of retained
austenite
and the
Vlastnosti
materiálu
jsou
určeny
vlastprecipitated
carbides
during
temperníing.
mikrostrukturou a ta závisí na cyk-
20μm
Uddeholm Dievar,
Dievar,
zakalená
hardened struktura.
structure.
5
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
Stress relieving
Snižování vnitřního pnutí
Distortion due to hardening must be
Během
obrábění
nahrubo
zvyšutaken into
account
when se
a tool
is
je
vnitřní
pnutí, které
způsobuje
deforrough
machined.
Rough
machining
mace
Hrubéand
obrábění
způsobuje
causesdílu.
thermal
mechanical
tepelné
a
mechanické
pnutí,
které ovlivstresses that will remain embedded
ní
materiál.
To
nemusí
být
důležité
in the material. This might not be pro
jednoduché
součásti,
ale můžepart
být of
velisignificant on
a symmetrical
ce
významné
součássimple
design,pro
butkomplikované
can be of great
ti,
jako
jsou
například
formy
pro
tlakoimportance in an asymmetrical and
vé
lití.
Zde
se
vždy
doporučuje
tepelné
complex machining, for example of
zpracování
snížení
vnitřního
pnutí.
one half of na
a die
casting
die. Here,
Toto tepelné zpracování
se provástress-relieving
heat treatment
is
dí
po
obrábění
nahrubo,
před
kalením
always recommended.
a vyžaduje
ohřev nais teplotu
550–700°C.
This treatment
done after
rough
Materiál
se
ohřívá
tak
dlouho,
do-and
machining and before hardening
kud se nedosáhne rovnoměrné teploty
entails heating to 550–700°C (1020–
v celém průřezu součásti. Doba výdr1300°F). The material should be
že je 2–3 hodiny a poté součást pomaheated until it has achieved a uniform
lu chladne, např. v peci. Důvodem pro
temperature all the way through,
pomalé ochlazování je snaha vyhnout se
where it remains 2–3 hours and then
vzniku nového pnutí tepelného původu.
cooled slowly, for example in a furPrincipem snižování pnutí je to, že mez
nace. The reason for a necessary
kluzu materiálu je při zvýšených teploslow cooling is to avoid new stresses
tách tak nízká, že materiál nemůže udrof thermal origin in the stress-free
žet pnutí v něm obsažené. Mez kluzu je
material.
překročena a pnutí se uvolní.
The idea behind stress relieving is
Výmluva, že žíhání na snížení vnitřthat the yield strength of the material
ního pnutí trvá příliš dlouho, neobstoat elevated temperatures is so low
jí, zvážíme-li potenciální dopady. Oprathat the material cannot resist the
va rozměrů nástroje je vždy levnější
stresses contained in it. The yield
před kalením, než úpravy rozměrů běstrength is exceeded and these
hem konečného obrábění již zakalenéstresses are released, resulting in a
ho nástroje.
greater or lesser degree of plastic
deformation.
exceptions cheaper than making di-
In the case of big tools with complex
Ohřev
na kalící teplotu
mensional adjustments during finish
Výdrž
na kalící teplotě
geometry a third preheating step
Jak
již bylo of
vysvětleno,
pnutí
obsažemachining
a hardened
tool.
né v materiálu během tepelného zpraThe correct work sequence before hardcování způsobí deformaci. Z tohoto důening operaiton is:
vodu je třeba minimalizovat také tepelrough machining, stress relieving and
ná pnutí.
semi-finish machining.
Základním pravidlem pro ohřev na
kalící teplotu je to, že by se měl uskutečňovat
Heatingpomalu,
to zvyšovat teplotu jen
o několik stupňů za minutu. V každém
hardening temperature
tepelném zpracování se používá postupAsplynulý
has already
explained,
ný
ohřev. been
Postupný
ohřev by se
stresses
contained
in the
material
měl
provádět
v několika
krocích.
Ty se
will
produce
distortion
during
běžně nazývají kroky předehřátí. heat
Důtreatment.
For this teplot
reason,mezi
thermal
vodem
je vyrovnání
postresses
during
heating
should
be
vrchem a středem dílu. Typicky voleavoided.
né
teploty předehřátí jsou 600–650°C
The fundamental rule for heating
a 800–850°C.
to Vhardening
temperature
is therepřípadě, že
se jedná o velké
náfore,
that
it
should
take
place
slowly,
stroje s komplexní geometrií, doporuincreasing
a few
degreeszaper
čuje
se třetíjust
krok
předehřátí
teploty
minute.
In
every
heat
treatment,
blízko úplné přeměny na
austenit. the
Není
stanovitregion
přesnáis
closemožné
to the stručně
fully austenitic
doporučení
tak, aby to zahrnovalo
recommended.
všechny situace ohřevu.
Je vždy nutné
Holding
timepřihlížet
at k proměnným,
jako
jsou:
typ
pece, kalící teplota,
hardening temperature
hmotnost vsázky ve vztahu k velikosti
It is not possible to briefly state exact
pece, geometrie různých dílů ve vsázce,
recommendations to cover all heatatd. Použití více termočlánků poskytuing situations.
je přehled rozdělení teploty v různých
Factors such as furnace type, hardmístech vsázky.
ening temperature, the weight of the
Krok postupného ohřevu končí,
charge in relation to the size of the
když je dosaženo požadované teplofurnace, the geometry of the different
ty v jádře dílů. Poté se teplota udržuje
parts in the charge, etc., must be
konstantní po určitou dobu. Tato doba
taken
intovýdrž.
consideration in each case.
se
nazývá
The
use
of thermocouples
Obecně doporučovaná
výdržpermits
činí
an minut.
overview
of the temperature
in
30
V případě
rychlořezné ocethe
different
areas
of
the
various
li bude výdrž kratší, je-li kalící teplota
tools1100°C
in the charge.
přes
(2000°F). Pokud je výdrž
The
ramping
step finishes
when
the
prodloužena, mohou
se objevit
problécore
of
the
parts
in
the
furnace
reach
my v mikrostruktuře materiálu, jako je
the chosen
temperature. Then the
růst
zrn.
heating process is named ramping.
The ramping for hardening should be
made in different steps, stopping the
process at intermediate temperatures, commonly named preheating
steps. The reason for this is to equalise the temperatures between the
surface and the centre of the part.
Typically choosen preheating temperatures are 600–650°C (1100–
1200°F) and 800–850°C (1450–
1560°F).
temperature is maintained constant
for a certain amount of time. This is
called holding time.
The generally recommended holding time is 30 minutes. In the case of
high speed steel, the holding time will
be shorter when the hardening temperature is over 1100°C (2000°F). If
the holding time is prolonged, microstructural problems like grain growth
can arise.
Správný pracovní postup před kalením je:
The excuse
that
stress
obrábění
nahrubo,
žíhání
na relieving
snížení pnutí
too smuch
time is
atakes
obrábění
přídavkem
nahardly
kalení. valid
when the potential consequences are
considered. Rectifying a part during
semi-finish machining is with few
MPa
mez pevnosti
Yield
strength
zbytkovéstresses
pnutí
Residual
obsažené vinmateriálu
contained
the material
plastická
Plastic
deformation
deformace
Temperature
Teplota
.
Použití
poskytuje
teploty
různých
částechinběhem
tepelného
The
usetermočlánků
of thermocouples
givespřehled
an overview
of vthe
temperature
different
areas during
zpracování.
Foto:Photo:
Böhler
Uddeholm
ČeskáCzech
republika
heat
treatment.
Böhler
Uddeholm
Republic
6
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Quenching
Kalení
Temperature
Teplota
The choice between a fast and a slow
Volba
mezi rate
vysokou
a nízkou
rychlosquenching
is usually
a comprotímise.
ochlazení
obvykle
kompromis.
To getjethe
best microstructure
Pro
optimální the
mikrostruktuand dosažení
tool performance
quenching
ry
a
výkonu
nástroje
by
měla
být rychrate should be rapid. To minimize
lost
ochlazení
vysoká.
Pro
co
nejmendistortion, a slow quenching rate
is
šírecommended.
deformace se volí pomalá rychlost
ochlazení.
Slow quenching results in less
Pomalé
ochlazení
vedebetween
k menší-the
temperature
difference
mu
teplotnímu
rozdílu
mezi
povrchem
surface and the core of a part,
and
asections
jádrem dílu,
průřezy
různých
tloušof different thickness will
těk
mítuniform
rovnoměrnější
havebudou
a more
cooling rychlost
rate.
ochlazování.
This is of great importance when
Tvorba martenzitu
k nárůsquenching
through thevede
martensite
tu
pnutí
v
materiálu.
To
je
také
důvod,
range, below the Ms temperature.
proč
by
se
kalení
mělo
přerušit
dříve,
Martensite formation leads to an
než
se dosáhne
pokojové
teploty,inobincrease
in volume
and stresses
vykle
při
50–70°C.
the material. This is also the reason
Avšak
pokud should
je rychlost
chlazení
why
quenching
be interrupted
příliš
nízká,
zejména
u
větších
before room temperature has been
průřezů,
nechtěné
reached, mohou
normallyseatobjevit
50–70°C
(120–
transformace
v
mikrostruktuře,
160°F).
přičemž
vzniká
riziko
špatné kvality
However,
if the
quenching
rate is
nástroje.
too slow, especially with heavier
Kalící prostředky,
které se
dnes pocross-sections,
undesirable
transforužívají pro legovanou ocel, jsou: kamations in the microstructure can
lící olej, polymerový roztok, vzduch
take place, risking a poor tool pera inertní plyn.
formance.
Navzdory ekologickým aspektům
Quenching media used for alloyed
jsou stále v provozu kalírny, které pousteel nowadays are: hardening oil,
žívají solné lázně.
polymer solutions, air and inert gas.
AC3
AC1
Jádro
Core
Surface
Povrch
MS
Martenzit
Martensite
Proces
prudkéhoprocess
ochlazení
vyjádřený in a
The quenching
as expressed
na
grafu.
CCTCCT
graph.
in two steps. First it is cooled from
the hardening
temperature
until the
kračuje
ochlazování.
Tato metoda
dotemperature
at thei surface
just
voluje,
aby se jádro
povrch is
přeměnithe Ms temperature.
Then pnuit
loabove
na martenzit
a snižuje tepelné
must
be
held
there
until
the
temtí. Tento typ chlazení je také možné
perature
has been equalised
between
použít
ve vakuových
kalících pecích.
the surfacerychlost
and thechlazení,
core. After
this,lze
Maximální
které
process
continues.
This
uthe
dílucooling
dosáhnout
závisí
na tepelné
vomethod
permits
the
core
and
the
divosti použité oceli, schopnosti chlasurface
to transform
into
martensite
zení
kalícího
prostředku
a na
průřeat dílu.
more or less the same time and
zu
diminishes
thermal
stresses. Step
Nízká rychlost
ochlazování
povequenching
is
also
a
possibility
when
de k precipitaci karbidů na hranicích
quenching
in vacuum
zrn
v jádře dílu,
což jefurnaces.
velice nepřízniThe
rate that
can
vé
promaximum
vlastnosticooling
oceli. Také
dosažená
be obtained
in a part
depends on
the
tvrdost
na povrchu
hmotnějších
dílů
heat
conductivity
of the
steel, thedílů,
by
mohla
být nižší než
u menších
jelikož
množství
tepla, ktecoolingvysoké
capacity
of the quenching
rémedia
musí and
být the
přeneseno
z jádraof
nathe
pocross-section
vrch,
part. vytváří efekt samovolného popouštění.
Temperature
Teplota
deformace
a trhlin
AirRiziko
hardening
is reserved
forvzniklých
steel
při
kalení
lze
zmenšit
pomocí
with high hardenability, whichpřerušein most
ného chlazení nebo termálního kaleof the cases is due to the combined
ní. V tomto procesu je materiál chlapresence of manganese, chrome and
zen ve dvou krocích. Nejprve je ochlamolybdenum.
zen z kalící teploty, dokud není tepRisk of distortion and hardening
lota na povrchu jen mírně nad teplocracks can be reduced by means of
tou MS. Následuje výdrž, která trvá
step quenching or martempering. In
tak dlouho, dokud se nevyrovná teplothis process the material is quenched
ta mezi povrchem a jádrem. Poté po-
Kalící
teplota
Hardening
temperature
Oil
Olej
Polymer
MS
Vzduch
Air
Vacuum
Vakuum
Solnábath
lázeň
Salt
Voda
Water
Pokojová
Room
teplota
temperature
Time
Čas
Cooling
for various
media.
Rychlostirates
chlazení
pro různé
prostředky.
Temperature
Teplota
A poor quenching rate will lead to
carbide precipitation at the grain
boundaries in the core of the part,
and this is very detrimental to the
mechanical properties of the steel.
Also the obtained hardness at the
surface of larger parts could be lower
for tools with bigger cross-sections
than that for smaller parts, as the
high amount of heat that has to be
transported from the core through
the surface produces a self-tempering
effect.
AC3
AC1
Vsázkaprepared
připravená
zpracování.
Batch
for pro
heattepelné
treatment.
Foto: Böhler
Photo:
BöhlerUddeholm
UddeholmČeská
Czechrepublika.
Republic.
Core
Jádro
Olej a polymerové roztoky se obIt is still
possible
find some
heat
vykle
používají
protonízko
legovanou
treatment
shops
that
use
salt
baths,
ocel a pro nástrojovou ocel s nízkým
but this technique
obsahem
uhlíku. is disappearing due
toKalení
environmental
aspects.
na vzduchu
je určeno pro
Oil
and
polymer
solutions
are
ocel s dobrou kalitelností,
jež je
usually
utilised
for
low
alloyed
steel
ve většině případů způsobena kombiand for tool
steel with
low carbon
novanou
přítomností
manganu,
chrócontents.
mu a molybdenu.
Surface
Povrch
MS
Martenzit
Martensite
Time
Čas
Termální
chlazení
nebo přerušené chlazení.
Martempering
or step-quenching.
7
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
SOME PRACTICAL ISSUES
VACUUM TECHNOLOGY
NĚKTERÉ
PRAKTICKÉ
ZÁLEŽITOSTI
At
high temperature,
steel
is very
Při
vysokých
teplotách
je
ocel
náchyllikely to suffer oxidation and varianá k oxidaci
a změnám
v obsahu
uhlítions
in the carbon
content
(carburiku na povrchu
(nauhličení nebo
oduhzation
or decarburization).
Protected
ličení). Řešením
problému
jsou
atmospheres
andtohoto
vacuum
technology
ochranná
atmosféra
a
vakuové
techare the answer to these problems.
nologie.
Decarburization results in low surmá za
následek
nízkou
faceOduhličení
hardness and
a risk
of cracking.
povrchovou
tvrdost
a
riziko
praskání.
Carburization, on the other hand,
můžeproblems:
vyústit
canNaopak
result innauhličení
two different
ve
dva
rozdílné
problémy:
• the first and easiest to identify is
•theprvním
a jednoduše
formation
of a harder surface
identifi
kovatelným
je vytvoření
layer, which can have negative
tvrdší
povrchové
vrstvy,
což může
effects
mít negativní vliv na následné
• the second possible problem is
opracování
retained austenite at the surface
VAKUOVÁ
TECHNOLOGIE
Vacuum technology
is the most used
Vakuová
technologie
dnes
nejčastěji
technology nowadaysjefor
hardening
využívaná
technologie
of high alloyed
steel. pro kalení vysoko legované
oceli.treatment is a clean
Vacuum heat
Vakuové
zpracování
je čisprocess,
so tepelné
the parts
do not need
to
tý
proces,
takže
díly
poté
není
třebe cleaned afterwards. It also offers a
ba
čistit. process
Nabízí také
spolehlivé
řízereliable
control
with high
níautomation,
procesu s vysokou
automatizací,
low maintenance
and
malou
údržbou friendliness.
a je ohleduplné
k žienvironmental
All these
votnímu
prostředí.
Všechny
tyto
factors make vacuum technologyfaktory
činí vakuovou
velice
especially
attractivetechnologii
for high-quality
atraktivní,
zejména pro vysoce kvalitparts.
ní díly.
• druhým možným problémem je
Retained
austenite
canna
in povrchu
many cases
zbytkový
austenit
be confused with ferrite when observing
through the
optical
microV mnohait případech
si lze
splést
zbytscope.
These
two
phases
also
have
kový austenit s feritem, když je zkousimilar
hardness,
and
therefore, what
mán pod
optickým
mikroskopem.
at
first
sight
betaké
identified
as a tvrTyto
dvě
fázecan
mají
podobnou
decarburization
in první
somepohled
cases be
dost a proto, co can
se na
Horní plynová
klapka
Top gas
flap
• When the furnace reaches a temof approx.
850°C
(1560°F),
•perature
Po dosažení
teploty
přibližně
the850°C
effect nahradí
of radiation
ohřevheating
pomocí konvekce, ohřev
Proto that
se snímechanisms
willradiací.
overshadow
of
tlak dusíku ones
na 0,7mbar,
aby se
thežíconvection
in the heat
optimalizovaly
účinky mechanismu
transfer
process. Therefore
the
radiačního
ohřevu.
Důvod pro
Nitrogen
pressure
is lowered,
in zachování
tohoto
zbývajícího
tlaku
order to optimize the effects of je
ten, abyand
se convection
zabránilo sublimaci
radiation
heating legujících prvků,
tzn., ztrátě
legujímechanisms
are negligible
under
cíchnew
prvků
do vakua.
Nízký tlak
these
physical
conditions.
These
během
poslední
části
ohřevu
udrnew value of the nitrogen pressure
žuje neměnný,
stejně
během
is around
0.7 mbar.
Thejako
reason
for
výdrže
kalící teplotě.
having
thisnaremaining
pressure is to
avoid sublimation of the alloying
Topné články
Heating
elements
Heat exchanger
Tepelný
výměník
Nádoba
Furnace
pece
vessel
jeví jako oduhličení, může v některých
Bottom
gas flap
Dolní
plynová
klapka
Chladící
větrák
Cooling fan
Topná
Hotkomora
zone
Konvekční
Convectionvětrák
fan
Fáze
ochlazování,
ochlazování.
Schmetz
GmbH
Vakuové
pece, Germany.
Německo.
Cooling
phase, top horní
cooling.
IllustrationIlustrace:
from Schmetz
GmbH
Vacuum
Furnaces,
Batch type pec
furnace
with controlled
Komorová
s kontrolovanou
atmosphere. Foto
Photo:
BodycoteStockholm,
Stockholm,
atmosférou.
Bodycote
Švédsko.
Sweden.
případech
být problém
opačný.
the
completely
oppositezcela
problem.
Z těchto
For
thesedůvodů
reasonsjeitvelice
is verydůležité,
impor- aby
atmosféra,
veatmosphere
které se provádí
tepelné
tant
that the
in which
zpracování,
neměla
vliv
na
obsah
uhlíthe heat treatment takes place does
ku
v
dílu.
not affect the carbon content of the
Určitou ochranu při zpracovápart.
ní v komorové peci poskytuje také zaWrapping in a hermetically closed
balení dílů do fólie z nerezové oceli.
stainless-steel foil also provides some
Ocelová fólie by měla být před chlazeprotection when heating in a muffle
ním odstraněna.
The different steps in the functioning
Jednotlivé kroky postupu kalení
of a vacuum furnace can schematically
ve vakuové peci lze schematicky pobe listed as follows:
psat takto:
• •When
the furnace
closed
after
Po vložení
vsázkyis se
pec uzavře,
charging
operation,
air
is
pumped
odčerpá se vzduch, aby se zabránioutlofrom
thepovrchu
heating chamber
oxidaci
součástí. in
order
to
avoid
oxidation.
• Poté se pec naplní inertním ply• Annem
inert(nejčastěji
gas (mostdusík),
commonly
dokud se
Nitrogen)
is injected
into 1–1,5
the heatnedosáhne
tlaku okolo
baru.
ing
chamber
until
a
pressure
of
• Spustí se topný systém. Přítomaround
1–1.5 bar plynu
is reached.
nost inertního
umožní pro-
elements, i.e. to avoid the loss of
• Ochlazování se provede za pomoci
alloying elements to the vacuum.
napuštění inertního plynu (nejběžThis low pressure condition will be
něji dusíku) do ohřívací komory, až
maintained invariant during the last
je dosaženo předem naprogramopart of the heating process, as well
vaného přetlaku. Pomocí výkonnéas during the holding time at the
ho motoru je dusík ve střídavých
chosen hardening temperature.
směrech poháněn přes tepelný vý• The
cooling
down will
be carried
měník.
Maximální
přetlak
je hodnoouttaby
a massive
injection
inert
každé
pece, která
dáváofpředstagasvu(most
commonly
nitrogen)
o maximální rychlosti chlazení.
into the heating chamber in alter-
výměny
tepla isdíky
přestupu
• Theces
heating
system
started.
tepla
konvekcí.
To
je
nejúčinnější
The presence of the inert gas will
způsob
ohřátí
teplotu přimake
possible
thepece
heatnatransfer
bližněthrough
850°C convection mechaprocess
nisms. This is the most efficient way
to heat up the furnace to a temperature of approx. 850°C(1560°F).
furnace. The steel foil should be removed before quenching.
Topná
komora
s grafitovou
izolací.Photo:
Foto:
Hot zone
with graphite
insulation.
Schmetz GmbH Vacuum
VakuovéFurnaces,
pece, Německo.
Germany.
8
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Vertikální
chlazení
Vertical cooling
FromShora
top todolů
bottom
From
bottom
to top
Zdola
nahoru
Horizontal cooling
Horizontální
chlazení
Zprava
doleva
From
right
to left
From
to right
Zlevaleft
doprava
Fáze
chlazení.
dusíku
procházípasses
ohřívací
komorou
různýmichamber
směry. in different
Cooling
phase. Proud
Nitrogen
gas stream
through
the heating
Ilustrace:
GmbH
Německo.
directions.Schmetz
Illustration
from Vakuové
Schmetzpece,
GmbH
Vacuum Furnaces, Germany.
nating directions and reaching the
overpressure that was previously
chosen when programming the
furnace. The maximum overpressure is a nominal characteristic
of each furnace and it gives an idea
of its cooling capacity.
Charging vsázky.
operation.
Photo:
Böhler
Uddeholm
Czech
Republic.
Vkládání
Foto:
Böhler
Uddeholm
Česká
Republika.
Vacuum
Photo:
Schmetz
GmbH
Vakuová furnace.
pec. Foto:
Schmetz
GmbH
Vacuum
Germany.
Vakuové Furnaces,
Pece, Německo.
9
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
Tempering
Popouštění
The material should be tempered
Materiál by seafter
měl quenching.
popustit okamžitě
immediately
po zakalení. should
Kalení je
ukončit
Quenching
betřeba
stopped
at apři
teplotě
mezi
50-70°C,
přičemž
okamžitemperature of 50–70°C (120–160°F)
tě následuje
popouštění.
and
tempering
should bePokud
done to
at není
možné,
musí
se
materiál
temperovat,
once. If this is not possible, the
např. ve speciálním
zařízení,
kde
je in
umísmaterial
must be kept
warm,
e.g.
a
těn
do
doby,
než
dojde
k
popouštění.
special “hot cabinet” awaiting tempering.
Prosím, všimněte si, že pnutí
Please,
notice
that the stresses
v materiálu
v zakaleném
stavu
contained
in
the
as-quenched
může vést k porušení krystalické
material
result invznik
breakage
strukturycan
a zapříčinit
of
the
crystalline
structure
and
prasklin, pokud není popouštění
the
formation
of cracks
if the
provedeno
okamžitě
po kalení.
tempering
is not done
immediPorušení krystalické
struktury
ately
the quenching
promůžeafter
mít velmi
rychlý průběh.
cess.
This
breakage
of
the
crysProto je požadováno včasné
talline
structure
can nejen
take place
zahájení
popouštění
in
a violent
way. Therefore
z důvodu
ochrany
daného the
importance
of tempering
as
dílu od prasklin,
ale je to také
soon
as
possible
is
not
only
to
záležitost bezpečnosti obsluhy.
safeguard the part from cracks,
but
it is also
a matter
of perSpolečnost
Uddeholm
provedla
širosonal
safety.
kou škálu
experimentů a měření a shromáždila do grafů
výsledná
data
ohledně
Uddeholm
has made
a wide
range
of
tvrdosti,
houževnatosti,
rozměrových
experiments and measurements and
změn a hodnoty
zbytkového
austenicollected
the resulting
data regardtu.
Tyto
grafy
jsou
k
dispozici
pro různé
ing hardness, toughness, dimensional
třídy oceli
a představují
pomoc při
changes
and
retained austenite
in výběru
správné
popouštěcí
teploty.
graphs. These graphs are available for
prioritou
při výběru
theHlavní
different
steel grades
and popoušare of
těcí teploty by měly být mechanické
great help in order to choose the
vlastnosti. Mechanické a fyzikální vlastcorrect
tempering temperature.
nosti získané po popouštění budou záThe first priority when choosing
viset na zvolené popouštěcí teplotě.
the tempering temperature should be
Popouštění za vysoké teploty bude mít
the mechanical properties, as some
za následek nižší obsah zbytkového aussmall dimensional adjustments can be
tenitu, než při popouštění za nízké tepmade in a last fine machining step.
loty. Materiál proto bude mít vyšší pevThe mechanical and physical propernost v tlaku a zlepší se tím také rozměties obtained after tempering will
rová stabilita (například při použití a při
depend greatly on the chosen tempovlakování).
pering temperature. High-temperaPři popouštění za vysoké teploty lze
ture tempering will result in a lower
pozorovat také další rozdíly ve vlastcontent of retained austenite than
nostech, jako například vyšší tepelná
low-temperature tempering. The
vodivost.
material will therefore have higher
Precipitace sekundárních karbidů se
compressive strength and improved
vyskytne při popouštění vysoko legodimensional stability (in service and
vané oceli za vysoké teploty. To sice
at surface coating).
uškodí odolnosti vůči korozi, ale poWhen tempering at high temperaskytne vyšší odolnost vůči opotřebeture, other differences in properties
are also noticeable, like higher heat
conductivity.
10
Precipitation of secondary carbides
willJe-li
occur
when
tempering
highly
ní.
nástroj
určen
k elektro-erozivalloyed
steel atnebo
a highk povrchové
temperature.
nímu
obrábění
úpraThis
will
be
detrimental
to
its
corrově, je nezbytné popouštění za vysoké
sion resistance but will give to it
teploty.
somewhat higher wear resistance. If
the tool is to be electrical
discharge
KOLIKANÁSOBNÉ
POPOUŠTĚNÍ
machined
JE
NUTNÉ?(EDM) or coated, hightemperature
tempering
is necessary.
Pro
nástrojovou
ocel se obecně
doporučuje dvojnásobné popouštění, s výHOW nástrojů
MANY TEMPERS
jimkou
s velkým průřezem,
AREs REQUIRED?
dílů
komplexní geometrií nebo velice
přísných
požadavků
na rozměrovou
Two
tempers
are generally
recomstabilitu.
případech
je in
obvykle
mended V
fortěchto
tool steel,
except
the
nutné
třetí
popouštění.
cases of large cross-sections, parts
Základním
kalení
je přewith
complexpravidlem
geometries
or very
rušit
jej
při
50-70°C.
Proto
v
okamžihigh demands on dimensional staku,
kdy
materiál
připraven
k popoušbility.
Injethese
cases,
a third tempering
tění,
zůstává
určité
množství
austenitu
is usually needed.
nepřeměněno. Až se materiál po prvním popouštění ochladí, většina aus-
The basic rule of quenching is to
interrupt
at 50–70°C
(120–160°F).
tenitu
se přemění
do nově
vzniklého
Therefore a(nepopuštěný).
certain amount
of austemartenzitu
Teprve
drunite
remains
untransformed
when
the
hé popouštění dává materiálu optimálmaterial
is
ready
to
be
tempered.
ní houževnatost pro zvolenou hodnoWhen
the material cools after temtu
tvrdosti.
pering, most of the austenite is transformed to
formed martensite
VÝDRŽ
NAnewly
POPOUŠTĚCÍ
TEPLOTĚ
(untempered).
A
second
tempering
Zde také existuje obecně platné pravigivesjakmile
the material
toughdlo:
dojde koptimum
celkovému
prohřáat theudržujte
chosen hardness
level.
tíness
nástroje,
jej na popouštěcí
teplotě po dobu nejméně dvou hodin.
HOLDING TIMES
IN CONNECTION WITH
TEMPERING
Here there is also a general rule,
applicable in most of the cases: once
the tool has been heated through,
hold it for at least two hours at full
temperature each time.
Austenit
Austenite
Untempered martensite
Nepopouštěný
martenzit
Popuštěný
Tempered martenzit
martensite
}
Zbytkový
Retained
austenit
austenite
After
Po
ohřátí
heating
After
Po
ochlazení
quenching
After
first
Po
prvním
tempering
popouštění
After
second
Po
druhém
tempering
popouštění
After
third
Po
třetím
tempering*
popouštění*
*HSS ocel
velké
na vysokotlaké
lití dies
steel aand
bigformy
high-pressure
die casting
Vývoj
obsahu
jednolivých
Evolution
of the
phase
strukturních
content alongfází
thev různých
etapách
different tepelného
steps of the
zpracování.
heat treatment.
Spodní
A lowerdíl
dieformy
for pro
hliníkové
aluminiumkolo
rimtěsně
just před
tepelným
zpracováním
before heat
treatment
na
přípravku.
on šaržovacím
charging grid.
Foto:
Photo:ASSAB
ASSABÇelik
Çelik
(Turecko)
(Turkey)
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Dimensional and
Rozměrová
stability
ashape
tvarová
stabilita
Distortion during
hardening and
tempering
Deformace
během
kalení of
tool
steel
a popouštění nástrojové
When a piece of tool steel is hardoceli
ened and tempered, some warpage
V průběhu kalení a popouštění součásor distortion normally occurs. This is
tí z nástrojových ocelí, se obvykle obwell known and it is normal practice
jeví určité tvarové deformace. Toto je
to leave some machining allowance
obecně známo a je obvyklou praxí poon the tool prior to hardening, maknechat na nástroji přídavky pro obráing it possible to adjust the tool to
bění. Kalený a popuštěný nástroj se po
the correct dimensions after hardentepelném zpracování obrobí na konečing and tempering by grinding, for
né rozměry např. broušením.
example .
Jak
dojde
deformaci?
How
doesk distortion
take place?
Příčinou
je pnutí v materiálu. Toto
The cause
is stresses
the material.
pnutí
můžeme
rozdělitinna:
These
stresses
can be divided into:
• pnutí
po obrábění
tepelné pnutí
•• machining
stresses
transformační
•• thermal
stressespnutí
• transformation stresses
PNUTÍ PO OBRÁBĚNÍ
Pnutí po obrábění vzniká během obráMACHINING
běcích
operací, STRESSES
jako jsou soustružení,
Machininga stresses
generated
frézování
broušeníare
nebo
jakýkoli typ
during
machining
operations
such as
zpracování za studena.
turning,
milling
and
grinding
or
any
Pokud se pnutí v díle nashromáždí,
type ofsecold
working.
uvolní
během
zahřátí. Zahřátí snistressespnutí
havetím,
builtžeup
a part,
žuje Ifvelikost
jejinuvolňuje
theymístní
will bedeformace.
released during
heating.
skrz
To může
vést
Heating
reduces
strength,
releasing
k celkové deformaci.
stresses
local distortion.
This
Aby sethrough
snížila deformace
při ohřecanběhem
lead to
overallkalení,
distortion.
vu
procesu
měla by se
Mez kluzu
Rp0.2
Yield
strength
Rp0.2
MPa
400
350
300
250
200
150
100
50
100 200 300 400 500 600 °C
210 390 570 750 930 1110 °F
Temperature
Teplota
Vliv
teploty
na mez kluzu
Uddeholm
Effect
of temperature
on the
yield
Orvar
Supreme,
žíhanéOrvar
na měkko.
strength
of Uddeholm
Supreme,
soft annealed.
In order to reduce distortion while
heating operace
during the
hardening
process,
provést
žíhání
ke snížení
pnustresspřed
relieving
operation
shouldsebe
tía ještě
kalením.
Doporučuje
carriedpnutí
out prior
to the hardening
uvolnit
mezioperačním
žíháním
operation.
It
is
recommended
to
po obrábění nahrubo.
stress relieve the material after rough
machining.PNUTÍ
Any distortion can then be
TEPELNÁ
adjustedpnutí
during
machining
Tepelná
se semi-finish
vyskytnou vždy,
prior
to
hardening
operation.
když je v materiálu teplotní gradient,
tj. když teplota v jádře a na povrchu
součásti není rovnoměrná.
THERMAL
STRESSES
Tepelné pnutí
stoupá se zvyšujístresses
ariseNerovnoměrevery time
cíThermal
se rychlostí
ohřevu.
ný
ohřev
způsobit gradient
lokální změthere
is amůže
temperature
in the
ny
objemu.i.e.
Towhen
taktéž
k vzniku
material,
thepřispěje
temperature
is
pnutí
a deformace.
not even
all over the part.
Řešením
poThermal tohoto
stressesproblému
grow withje instupný
ohřev
materiálu
s vyrovnáním
creasing
heating
rate. Uneven
heating
teplot
meziinpovrchem
a jádrem.
can result
local variations
in volSnahou
je optimální
ohřev, který
ume
due to
uneven dilatation
rateszabezpečí
vyrovnanou
teplotu
v
celém
and this will also contribute to the
průřezu
dílu.
arising of
stresses and distortion.
Co
bylo řečeno
o ohřevu,
platí také
In order
to tackle
this problem,
it
pro
chlazení.practice
Během kalení
is common
to heatvznikají
up thevelmi
silná pnutí.
Jakoinobecné
pravidlo
material
in steps,
order to
equalise
platí,
že
čím
pomaleji
probíhá
the temperature between thekalení,
surface
tím
méně
deformací. Jak již ale bylo
andjethe
centre.
Linear expansion
mm/100
mm
Lineární
roztažnost
mm/100
mm
0.8
0.6
thermal stresses. But as earlier mentioned, a faster quenching
TRANSFORMAČNÍ
PNUTÍwill result
in better mechanical
properties.
Transformační
pnutí vznikají
důsledIt
is
important
that
the
quenching
kem přeměny mikrostruktury oceis applied
as uniformly
as
li.medium
To se děje
z důvodu
odlišné hustopossible.
Thisobjemu,
is especially
valid when
ty,
respektive
jednotlivých
fází
air or protective
gas atmos- forced
ferit, austenit
a martenzit.
phere
(as inmikrostrukturálních
vacuum furnaces) iszměn,
used.
Ze všech
Otherwise
temperature
differences
jež se odehrají během tepelného zprain the má
toolnejvětší
can leadpodíl
to significant
cování,
na transfordistortion.
mačních
pnutích přeměna austenitu na martenzit. To způsobuje zvětšení objemu.
TRANSFORMATION
STRESSES
Nadmíru rychlé a nerovnoměrné
Transformation
stresses
arise when
prudké ochlazení může způsobit
lokálmicrostructure
thea tím
steelvyvois
níthe
vznik
martenzitu v of
dílu
because
thepoté
lattransformed.
pnutí v tétoThis
části.is Toto
pnutí
threevést
phases
in question
může
k deformaci
a v—ferrite,
některých
austenite iand
martensite—have
případech
k trhlinám
vzniklých při kadifferent densities, i.e. volumes.
lení.
Out of all the microstructural
changes that take place during heat
treatment, the biggest contribution
to transformation stresses is caused
by the transformation of austenite
into martensite. This causes a volume
increase.
Excessively rapid and uneven
quenching can also cause local martensite formation and thereby volume increases locally in a piece and
gives rise to stresses in this section.
These stresses can lead to distortion
and, in some cases, hardening cracks.
0.4
Volume
Objem
0.2
100
210
200 300 400 500 600 °C
390 570 750 930 1110 °F
Teplota
Temperature
Vliv
teploty
na lineární on
roztažnost
Effect
of temperature
the linear expanUddeholm
ORVARORVAR
Supreme,
sion of Uddeholm
Supreme, soft
žíháno
na měkko.
annealed.
zmíněno výše, rychlejší ochlazení zajisAn attempt should always be made to
tí lepší mechanické vlastnosti.
heat slowly enough so that the temJe důležité, aby chladící médium půperature remains virtually equal
sobilo rovnoměrně. To platí zejména,
throughout the piece.
když je použita nucená cirkulace plyWhat has been said regarding
nové atmosféry (jako ve vakuových
heating,
applies also to cooling.
pecích), jinak mohou teplotní rozdíly
Very
powerful
stresses arise during
v nástroji vést k významné deformaci.
Transformation
Přeměna
to
na martensite
martenzit Ms
Transformation
Přeměna
tonaaustenite
austenit
AC1
AC3
Teplota
Temperature
Změny objemu
důsledku
Volume
changes vdue
to structural
strukturní přeměny.
transformation.
quenching. As a general rule, the
slower quenching can be done, the
less distortion will occur due to
11
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
How can distortion
Jak lze omezit deformaci?
be reduced?
Deformaci je možné minimalizovat:
Distortion can be minimized by:
• je-li geometrie nástroje
• keeping the design simple and
jednoduchá a symetrická
symmetrical
• žíháním na snížení pnutí
• eliminating machining stresses
po obrábění nahrubo
by stress relieving after rough
• pomalým ohřevem na kalící
machining
teplotu
• heating up slowly to hardening
• použitím vhodné oceli
temperature
• pomalým ochlazováním dílu jak
• using a suitable grade of steel
jen je to možné, ale dostatečně
• quenching the piece as slowly as
rychle, aby se dosáhlo správných
possible, but quick enough to
mikrostruktur v oceli
obtain a correct microstructure
• použitím termálního kalení nebo
in the steel
přerušovaného chlazení
• by usage of martempering or step
• popouštěním při vhodné teplotě
quenching
• tempering at a suitable temperature
Následující hodnoty přídavky na obrábění před kalením lze použít jako voThe following values for machining
dítko.
allowances can be used as guidelines.
Uddeholm
Třída oceli
Steel
grade
Uddeholm
Machiningnaallowance
Přídavky
obrábění
on length
and diameter
na délku
a průměr
as jako
% of dimension
% rozměru
ARNE
CALDIE
CALMAX/CARMO
CHIPPER/VIKING
RIGOR
SLEIPNER
SVERKER 3
SVERKER 21
VANADIS 4 EXTRA
VANADIS 6
VANADIS 10
VANADIS 23
VANCRON 40
CORRAX
ELMAX
MIRRAX ESR
STAVAX ESR
UNIMAX
ALVAR
ALVAR 14
DIEVAR
HOTVAR
ORVAR 2 MICRODIZED
ORVAR SUPREME
QRO 90 SUPREME
VIDAR SUPERIOR
THG 2000
0,25 %
0,25 %
0,20 %
0,20 %
0,20 %
0,25 %
0,20 %
0,20 %
0,15 %
0,15 %
0,15 %
0,15 %
0,20 %
0,05–0,15 %*
0,15 %
0,20 %
0,15 %
0,30 %
0.20 %
0.20 %
0,30 %
0,30 %
0,20 %
0,20 %
0,30 %
0,25 %
0.20 %
V závislosti on
na ageing
teplotětemperature
stárnutí
** Depending
SUB-ZERO TREATMENT
HLUBOKÉ
CHLAZENÍ
Retained austenite
in a tool can
Zbytkový
austenit
v nástrojiduring
se může
transform into martensite
během
přeměnit
na marservice.používání
This will lead
to local
distortenzit.
Toembrittlement
vede k lokální of
deformaci
tion and
the tool
adue
zkřehnutí
nástroje zofdůvodu
přítomto the presence
untempered
nosti
nepopuštěného
martenzitu.
martensite. Therefore the require-Pokud
požadavek
maximální rozměmentje of
maximumnadimensional
stabilrovou
stabilituhas
přian
používání,
je nutity in service
implied demand
no
velice
nízký nebo
žádný
forzabezpečit
very low or
no retained
austenite
obsah
zbytkového
austenitu.
Toho
content. This can be achieved by lze
dosáhnou
použitím
hlubokého
using sub-zero
treatment
afterchlazení
po kaleníor
nebo
popouštěním
při vyquenching
by high
temperature
soké
teplotě.
tempering.
Hluboké
chlazení
vede ke leads
sníže-to
The sub-zero
treatment
ní
obsahu
zbytkového
austenitu.
a reduction of retained austeniteDosáhneme
toho
tak, žethe
nástroj
vycontent by
exposing
tool či
ordíl
part
stavíme
velmitemperatures.
nízkým teplotám.
Nejto very low
The most
běžněji
používané
teploty
jsou
okocommonly used are about -80°C
lo
-80°C and
a -196°C
. Hluboké
(-110°F)
-196°C
(-320°F).chlaThis, in
zení
vede
ke
zvýšení
tvrdosti
turn, will result in a hardness až
inocrease
1–2 HRC.
jež jsou
popušof up Nástroje,
to 1–2 HRC,
in comtěné
za
vysoké
teploty,
budou
mít
parison to non sub-zero treated nízký
obsah
zbytkového
austenitu
i bez
tools,
if low
temperature
tempering
hlubokého
chlazení
a
ve
většině
příis used. For high temperature tempadů
i
dostatečnou
rozměrovou
pered tools there will be little orstano
bilitu.
hardness increase.
Aby se zabránilo vzniku nepopuštěTools that are high temperature
ného martenzitu v dílu, je třeba vždy
tempered, even without a sub-zero
jako poslední operaci provádět potreatment, will normally have a low
pouštění.
retained austenite content and in
most cases, a sufficient dimensional
stability. However, for high demands
on dimensional stability in service it
is also recommended to use a subNitridace
zero treatment in combination with
Nitridace se provádí tak, že se díly vyhigh temperature tempering.
staví médiu bohatému na dusík za urFor the highest requirements on
čitých fyzikálních podmínek, ktedimensional stability, sub-zero treatré vyústí v difuzi atomů dusíku v ocement in liquid nitrogen is recomli a ve vznik nitridů. Povrch dílu poté
mended after quenching and after
Povrchové zpracování
zi s vysokým obsahem chrómu je velice důležité vzít v úvahu fakt, že nitridace má negativní vliv na odolnost
vůči korozi. V ostatních případech má
nitridace
pozitivní vliv na odolnost
Nitriding
vůči korozi.
Nitriding is performed by exposing
Vhodné oceli k nitridaci jsou obthe parts to some media rich in
vykle středně legované oceli s nitridonitrogen under certain physical contvornými prvky, jako jsou chróm, hliditions that will result in the diffusion
ník, molybden a vanad.
of nitrogen atoms into the steel and
Jádro by se mělo chovat jako stabilthe formation of nitrides. The part
ní materiál, pokud jde o mechanické
surface will then be harder and have
vlastnosti a mikrostrukturu. To znaa higher wear resistance in its outer
mená, že zakalený materiál je nutné
layer.
popouštět nad nitridační teplotou, aby
In the case of corrosion resistant
se zabránilo popuštění jádra během
steel with high-chromium content, it
nitridačního procesu.
is very important to take into conJe známo několik technologií nitrisideration the fact that nitriding has a
dace; ty hlavní jsou plynová nitridace
detrimental effect on the corrosion
a plazmová nitridace.
resistance of the material. In other
Nejčastější problémy konvenčních
cases nitriding can have a positive
nitridačních technologií jsou možné
effect on the corrosion resistance.
popouštění základního materiálu a zeAppropriate steel to be nitrided
sílení nitridované vrstvy v ostrých roare usually medium-carbon steel
zích.
with nitride-forming elements such
Technologie pulsní plazmové nitrias chromium, aluminium, molybdace snižuje riziko přehřátí součásti
denum and vanadium.
tím, že umožňuje přesné řízení proceThe core should act as a stable
su a tím i regulace teploty součásti.
Surface treatment
substrate regarding mechanical properties and microstructure. This
Karbonitridace
means that for hardened material it
is necessary to temper above the
Karbonitridace je proces, při kterém
nitriding temperature in order to
se díly obohacují o dusík a také uhlík,
avoid softening of the core during
toto obohacení se provádí v atmosféthe nitriding process.
ře bohaté na tyto dva prvky. Příkladem
It should be noted that a nitrided
vhodné atmosféry k tomuto účelu je
surface cannot be machined with
No treatment
Bez
zpracování
Sub-zero treatment
Hluboké
chlazení
Tvrdost HRC
Hardness
HRC
75
Hardness
70
Tvrdost
65
60
55
50
Retained austenite
Zbytkový
austenit
45
40
35
150
300
12
each tempering, Always finish with a
tempering
as lastvětší
operation,
bude vykazovat
tvrdostina order
bude
mítavoid
většíthe
odolnost
vůčiofopotřebení.
to
existence
untempered
V případěin ocelí
odolných vůči koromartensite
the part.
Zbytkový
austenit %%
Retained austenite
24
21
18
15
12
9
6
3
Uddeholm Sleipner.
Tvrdost
a zbytkový
austenit
Hardness
and retained
jako
funkce
austenite
as popouštěcí
function of
teploty
s a temperature
bez hlubokého
tempering
chlazení.
with and without sub-zero
treatment.
250
480
350
450
550
660
840
1020
Tempering
temperature
Popouštěcí
teplota °C°C
650°C
1200°F
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
cutting tools and can only be ground
with plynného
difficulty. A
nitrided
surface
will
směs
čpavku
a oxidu
uhelnacausenebo
problems
in weld
repairing
as
tého
uhličitého.
Rozmezí
teplot
well.
pro tento proces je 550°C až 580°C,
There
are several
doba
procesu
je mezitechnologies
30 minutami až
in the field of nitriding; the
5available
hodinami.
main ones are gas nitriding, high pressure nitriding (carried out in vacuum
Cementování
furnaces) and plasma nitriding.
Two common
problems
of conCementování
je proces,
při kterém
nitridingnasycován
technologies
are
jeventional
povrch součásti
uhlíkem
possible
over-tempering
of teploty
the subza
vysokých
teplot. Rozpětí
material and
thickening
of the
jestrate
850°C-950°C.
Tento
proces vytvoin the
sharp corners.
řínitrided
vrstvu slayer
vyšším
obsahem
uhlíku, obPulsed
plasma
technology
vykle
0,1-1,5
mmnitriding
silnou. Poté,
co se
diminishes
the possibility
of overtato
vrstva vytvoří,
se díl zakalí,
aby se
tempering
by applying
the plasma
vrstva
přeměnila
na martenzit.
Dále by
mělo
následovatonpopouštění
dílu.prointermittently
the part. This
vides a better control over the local
temperatures
during the process.
Tepelná
difuze
Active screen plasma nitriding is also a
Tepelná
difuze of
je plasma
proces,nitriding
při kterém
development
techvanad
difunduje
do materiálu
a spo-a
nology.
This technology
promises
luuniform
s existujícím
uhlíkem
vytváří
thickness
of the
nitridevrstlayer
vu
karbidu vanadu.
musí obsahoindependently
of itsOcel
geometry.
vat minimálně 0,3% uhlíku. Tato povrchová
úprava poskytuje velmi vysokou
Nitrocarburizing
úroveň odolnosti vůči opotřebení odíNitrocarburizing is a process in
ráním.
which the parts are to be enriched in
nitrogen and also in carbon, the enPovlakování
richment is carried out by exposure
to atmosphere
rich in these
two
Povlakování
nástrojové
oceli se
stalo
elements.
A
mixture
of
ammonia
gas
obvyklou praxí. Obecným cílem těchto
and
carbon
monoxide
or
dioxide
is
druhů procesů je vytvořit vnější povlak
example
of a tvrdostí
suitable atmosphere
sanvelice
vysokou
a nízkým tře-
for this purpose. The temperature
range
forvede
this kprocess
is 550°C to
ním,
což
dobré odolnosti
vůči
580°C (1020°F
to 1075°F)
and the
opotřebení,
a zároveň
se minimalizuof exposure
is between Pro
30 minjetime
riziko
adheze a nalepování.
oputes
and
5
hours.
timální využití těchto vlastností se doAfter the
exposure
the part
should
poručuje
vybrat
nástrojovou
ocel
vybe cooled
soké
kvality.down rapidly.
Nejužívanější metody povlakování jsou:
Case hardening
• fyzikální depozice z pevné
Case
hardening
is a process in which
fáze
(PVD povlakování)
a• finished
part
is
exposed ztoplynné
a
chemická depozice
carburizing
atmosphere
and high
fáze (CVD
povlakování)
temperature
simultaneously.
Thefáze
Chemická depozice z plynné
temperature
range
is
850°C–950°C
se může také provést technologií
(1560°F–1740°F).
This(PACVD)
exposure
za pomoci plazmy
generates a layer with higher carbon
content, normally 0.1–1.5 mm thick.
Pokovování
After the layer has been formed, the
part is to bechrómem
quenched
in order
forse
Pokovování
nebo
niklem
the layer
to transform
martenběžně
používá
pro různéinto
nástrojové
site
with
higher
carbon
content,
and
aplikace, jako např. formy pro vstřikoit
will
therefore
have
a
higher
hardvání plastických hmot. Pokovování lze
ness. Tempering
of theZabraňuje
part should
nanést
na většinu ocelí.
zafollow.
dření
a oděru, snižuje tření, zvyšuje
Surface coating
Surface coating of tool steel has
become a common practise. The
general aim for these kinds of processes is to generate an outer layer
with a very high hardness and low
friction that results in good wear
resistance, minimising the risk for
adhesion and sticking. To be able to
use these properties in an optimal
way a tool steel of high quality should
be chosen.
The most commonly used coating
methods are:
• physical vapour deposition
coating (PVD coating)
• chemical vapour deposition
coating (CVD coating)
Chemical vapour deposition coating
can also be carried out with a
plasma assisted technology
(PACVD)
povrchovou tvrdost a snižuje rychlost
koroze základního materiálu.
Thermal diffusion
Thermal diffusion is a process in
which vanadium diffuses into the
material and reacts with existing
carbon, to form a vanadium carbide
layer. The steel must have a minimum
of 0.3% carbon. This surface treatment provides a very high level of
abrasive wear resistance.
Povlakovaná
forma
na for
výrobu
golfových
Surface
coated
mould
production
míčků.
Foto: Photo
Ionbond
Sweden
AB. AB.
of
golf balls.
Ionbond
Sweden
Platings
Chromium and nickel metallic
platings are commonly used for a
variety of tooling applications, like
plastic injection moulds. Platings
may be deposited over most steel
grades and they will prevent seizing
and galling, reduce friction, increase
surface hardness and prevent or
reduce corrosion of the substrate’s
surface.
Plazmová
nitridace.
Foto:Böhler
Böhler
Uddeholm
Česká
republika.
Plasma nitriding.
Photo
Uddeholm
Czech
Republic.
13
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
Testing
Testování
of mechanical
mechanických
properties
vlastností
When the steel is hardened and tem-
is converted into a hardness number
pered,
strength
is affected,
so letmá
Když jeits
ocel
zakalená
a popuštěná,
us
takena
a closer
look at how
these
to vliv
její mechanické
vlastnosti,
properties
are
measured.
pojďme se tedy blíže podívat na to, jak
se tyto vlastnosti měří.
Hardness testing
Hardness
is the most popular
Měření testing
tvrdosti
way to check the results of hardening.
Testování is
tvrdosti
nejpoužívanějHardness
usuallyjethe
property that
ší specified
způsob ověření
kalení. Tvris
when avýsledků
tool is hardened.
dost
je
vlastnost,
která
je
specifi
It is easy to test hardness. Thekovaná,
pro zakalenou
ocel. and the
material
is not destroyed
Testovatis tvrdost
je inexpensive.
jednoduché. Maapparatus
relatively
teriálmost
se nezničí
a zařízení
je relativně
The
common
methods
are
nenákladné.
Nejběžnější
metody
Rockwell C (HRC), Vickers (HV) jsou
and
Rockwell
C (HRC), Vickers (HV) a BriBrinell
(HBW).
nell
(HBW).
The
old expression “file-hard”
should not be entirely forgotten.
ROCKWELL
(HRC)
In
order to check
whether hardness
Tato
metoda
je
vhodná
proabove
zakaleis satisfactory, for example
ný
materiál.
Není
vhodná
pro
60 HRC, a file of good quality materiál,
can
který je ažíhaný
měkko. Při testováprovide
goodna
indication.
ní tvrdosti podle Rockwella je nejprve
diamant kuželového tvaru stlačen silou
ROCKWELL
F0, a poté silou(HRC)
F0+F1 oproti vzorku
materiálu,
jehož
tvrdost for
se má
určit.
This
method
is suitable
hardened
Po odlehčení
na F0 for
se určí
nárůst
material
and never
material
in (e)
hloubky
otiskucondition.
způsobený
Hloubka
soft
annealed
In F1.
Rockwell
penetracetesting,
(e) se přepočítá
na stupeňis
hardness
a conical diamond
tvrdosti
(HRC),
které
lze
odečíst
přífirst pressed with a force F0, and then
mo zea stupnice
ukazatele
a specimen
with
force F0+F
1 against tvrdoměru.
h0
F0+F1=F
table.
test results
reHVWhen
30/20the
= tvrdost
podleare
Vickerse
je
ported,
Vickers
hardness
is
indicated
určena zátěží 30kgf působící po dobu
with
the letters HV and a suffix
20
sekund.
indicating the mass that exerted the
load and (when
BRINELL
(HBW)required) the loading
period,
as
illustrated
by pro
the žíháfollowing
Tato metoda
je vhodná
example:
ní na měkko a zušlechtěnou ocel s re-
nealed condition and prehardened
steel with relatively low hardness.
In Brinell hardness testing, a tungsten
(W) ball is pressed against the material whose hardness is to be determined. After unloading, two measurements of the diameter of the impression are taken at 90° to each other
(d1 and d2) and the HBW value is
read off a table, from the average of
d1 and d2.
When the test results are reported, Brinell hardness is indicated
with the letters HBW and a suffix
indicating ball diameter, the mass
with which the load was exerted and
(when required) the loading period,
as illustrated by the following example: HBW 5/750/15 = Brinell hardness determined with 5 mm tungsten
(W) ball and under load of 750 kgf
exerted for 15 seconds.
136°
d2
d1
Princip
testování
tvrdostihardness
podle Vickerse.
Principle
of Vickers
testing.
podle Brinella je určena 5 mm wolfraBRINELL
(HBW)
movou
(W)
kuličkou pod zátěží 750kgf
This method
is suitable
for soft anpůsobící
podobu
15 sekund.
F0
e
h
vykonáno zatížení a (je-li vyžadováno)
dobou zatížení tak, jak ilustruje následující příklad: HBW 5/750/15 = tvrdost
lativně
nízkou
tvrdostí.
Při testování
HV 30/20
= Vickers
hardness
detertvrdosti
podle
Brinella
stlačí
wolfmined with
a load
of 30sekgf
exerted
ramová
(W) kulička oproti materiáfor 20 seconds.
lu, jehož tvrdost se má určit. Po uvolnění se provede měření dvou průměrů otisku v úhlu 90° jeden k druhému
(d1 a d2) a hodnota HBW je odečtena
z tabulky, z průměru d1 a d2.
Když se uvádí výsledky testů, tvrdost podle Brinella se označuje písmeny HBW a příponou, která indikuje
průměr kuličky, hmotu, se kterou bylo
of the material which hardness is to
VICKERS
(HV) After unloading to F0,
be
determined.
Měření
podle
Vickerse
je nejuniverzálthe increase (e)
of the depth
of the
nější z těchto
tří metod.
Přidetertestováimpression
caused
by F1 is
ní tvrdosti
je diamant
mined.
Thepodle
depthVickerse
of penetration
(e)
F0
(HRC)
is read
directly from
ve
tvaruwhich
pyramidy
s čtvercovou
zá-a
scale on athe
tester dial
or read-out.
kladnou
vrcholem
v úhlu
136° stlačen pod zatížením F oproti materiálu, jehož tvrdost se
má určit. Po odlehVICKERS (HV)
F
čení se změří diVickers
is
the
most
agonály otisku d1
of the se
three
auniversal
d2 a z tabulky
testing
methods.
In
určí
stupeň
tvrdosVickers
hardness
ti (HV).
testing
pyramidKdyžase
uvádí
shaped
diamond
with
výsledky testu, tvra square
base
and a
dost
podle
Vickerpeak
angle
of
136°
se se označuje pís- is
pressed
a load
meny
HVunder
a přípoF
against
the
material
nou, která indikuje whose hardness is tojež
bevykonadetermined. After
zatížení,
unloading,
the
diagonals
d1 anddobu
d2 ofzala měření a (je-li
vyžadováno)
the
impression
are
measured
and
the
tížení tak, jak ilustruje následující příhardness
number
(HV)
is
read
off
a
klad:
D
HRC
F
0,2 mm
0
Hardnesstvrdosti
scale
Stupnice
Surface
of specimen
Povrch vzorku
100
h0
d
e
h
Princip
tvrdosti
podle testing.
Rockwella.
Principletestování
of Rockwell
hardness
14
h
HRC
Princip
testování
tvrdosti
podle Brinella.
Principle
of Brinell
hardness
testing.
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Tensile strength
Pevnost v tahu
Tensile strength is determined on a
Pevnost
v tahu
se is
určuje
na zkušebním
test piece
which
gripped
in a tenvzorku,
který
je uchycen
na trhacímto
sile testing
machine
and subjected
stroji
a podroben
postupně
se zvyšujía successively
increasing
tensile
load
címu
tahovému
zatížení,
dokud
se neuntil fracture occurs. The properties
objeví
praskliny.
Vlastnosti,
northat are
normally
recordedjež
areseyield
málně
zaznamenávají,
jsou
mez
pevstrength Rp0.2 and ultimate tensile
nosti
RP0.2
pevnost vAtahu
strength
Rma, nejvyšší
while elongation
5 and
Rm,
zatímco
prodloužení
A5 a zmenreduction of area Z are measured
on
šení
Z seInměří
na zkušebním
the plochy
test piece.
general,
it can be
vzorku.
lzeisříci,
že tvrdost
said thatObecně
hardness
dependent
upon
jeyield
závislá
na
mezi
pevnosti
a
nejvyšstrength and ultimate tensile
šístrength,
pevnostiwhile
v tahu,
zatímco prodloužeelongation
and reducnítion
a zmenšení
plochy
jsou známky
of area are an indication
of houževnatosti.
Vysoké
hodnoty
mezi
pevtoughness. High values for yield and
nosti a nejvyšší pevnosti v tahu obecně
ultimate tensile strength generally
znamenají nízké hodnoty prodloužení
mean low values for elongation and
a zmenšení plochy.
reduction of area.
Zkoušky tahem se používají větši-
Impact testing
Zkouška rázem v ohybu
A certain quantity of energy is reJequired
třeba to
určité
množství
energie,
produce
a fracture
in aaby
se
vytvořily
praskliny
Toto
material.
This
quantityv materiálu.
of energy can
množství
energie
lze
použít
jako
měbe used as a measure of the toughřítko
vyšness houževnatosti
of the material,materiálu,
a higher absorpšítion
absorpce
energie
indikuje
lepší
of energy indicating better houževnatost.
a nejjednoduštoughness.Nejběžnější
The most common
and
šísimplest
metodamethod
jak určitofhouževnatost
determining je nárazová
zkouška.
Masivní
kyvadlo
se netoughness is impact testing.
A rigid
chá
spadnout
ze
známé
výšky
a
udependulum is allowed to fall from a
řit
do zkušebního
v nejnižším
known
height andvzorku
to strike
a test
bodě
kmitu.
Měří
se
úhel,
který
specimen at the lowest point ofkyvaits
dlo
dosáhlo
po přetnutí
zkušebního
swing.
The angle
through
which the
vzorku,
a lzetravels
spočítat
množství
pendulum
after
breakingenerthe
gie,
která
se
absorbovala
při the
přeražespecimen is measured, and
ní vzorku.
amount of energy that was absorbed
několik variant nárazoin Používá
breakingsethe
specimen can be
vých zkoušek. Různé metody se liší
calculated.
tvarem vzorků. Ty jsou většinou opatSeveral variants of impact testing
řeny drážkou ve tvaru V nebo U, těmare in use. The various methods
to zkušebním metodám se tedy říká
differ in the shape of the specimens.
Charpy V a Charpy U.
These are usually provided with a VObecně lze říci, že nástrojová ocel
or U-shaped notch, the test methods
má poměrně nízkou houževnatost kvůbeing then known as Charpy V and
li své velké pevnosti. Materiály o nízCharpy U respectively.
ké houževnatosti jsou citlivé na vruFor the most part, tool steel has a
by, z tohoto důvodu se často v nárarather low toughness by reason of its
zové zkoušce používají hladké vzorhigh strength. Materials of low toughky nástrojové oceli, bez drážek. Výness are notch sensitive, for which
sledky testů se běžně udávají v joulech,
reason smooth, unnotched specinebo eventuálně v kgm (přesněji řečemens are often used in the impact
no kgfm), ačkoliv se někdy místo toho
testing of tool steel. The results of
používají J/cm2 nebo kgm/cm2, hlavně
the tests are commonly stated in
u zkoušek Charpy U.
joules, or alternatively in kgm
(strictly speaking kgfm), although
J/cm2 or kgm/cm2 is sometimes used
instead, specially in Charpy U testing.
Zkouška
tahem.
Tensile
test.
nou u konstrukční oceli, zřídka u oceTensile tests are used mostly on
li nástrojové. Je obtížné provést zkoušstructural steel, seldom on tool steel.
ku tahem při pevnosti nad 55 HRC.
It is difficult to perform tensile tests
Zkoušky tahem mohou být zajímavé
at hardnesses above 55 HRC. Tensile
pro houževnatější typy nástrojových
tests may be of interest for tougher
ocelí, zvláště používají-li se jako kontypes of tool steel, especially when
strukční materiál s vysokou pevnosthey are used as high strength structí. To zahrnuje např. Uddeholm Impax
tural materials. These include e.g.
Supreme a Uddeholm Orvar Supreme.
Some words
Několik
rad
of
advice
to tool
konstruktérům
designers
nástrojů
Design
Tvar
Avoid: se:
Vyvarujte
••sharp
corners
ostrým
rohům
••notch
effects
vrubům
••large
differences
in vsection
velkým
rozdílům
tloušťce průřezu
thicknesses
Toto
jsou
příčiny
praskThese
arenejčastější
often causes
of hardening
lin
vzniklých
při
kalení,
hlavně
pokud
cracks, especially if the material
is je
materiál
ochlazen
příliš
nebo
není
cooled down too far or allowed neto
prodleně popuštěn.
stand untempered.
Nevhodný
Unsuitable
tvar
design
Upřednostňovaná
Preferred
alternativa
alternative
✗
✗
Radius
Fillet
Tepelné zpracování
Heat treatment
Pro danou aplikaci vyberte vhodnou
Choose suitable hardnesses for the
tvrdost. Buďte opatrní a vyvarujte se
application concerned. Be particularly
rozsahům teplot, které mohou snížit
careful to avoid temperature ranges
houževnatost po popouštění.
that can reduce toughness after
Mějte na paměti riziko deformace
tempering.
a držte se doporučení týkajících se toKeep the risk of distortion in mind
lerancí pro obrábění.
and follow recommendations conJe vhodné na výkresech specifikovat
cerning machining allowances.
žíhání ke snížení pnutí.
It is a good idea to specify stress
relieving on the drawings.
Uddeholm Impax Supreme and
Uddeholm Orvar Supreme.
Přístroj
zkouška
rázem v ohybu.
Impact pro
testing
machine.
15
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
Vakuová
pec.
Vacuum
furnace.
16
HEAT
TREATMENT
TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ OF
NÁSTROJOVÉ
OCELI
Approx. hardness
hardening
and tempering
Přibližná
tvrdostafter
po kalení
a popouštění
Austenitizing
Austenitizační
temperature
teplota
°C °C
200
250
500
ALVAR 14
ALVAR
ARNE
CALDIE
CALMAX
8501)
900
8301)
1020
960
54
54
62
–
59
53
53
60
–
58
45
45
45
–
53
CARMO
CHIPPER
CORRAX
DIEVAR
ELMAX3)
960
1010
8502)
1025
1080
59
59
–
53
59
58
57
–
52
58
53
59*
–
52*
60**
FERMO
FORMAX
HOLDAX
HOTVAR
IMPAX
SUPREME
–
–
–
1050
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
–
56
–
–
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
MIRRAX ESR
MIRRAX 40
NIMAX4)
ORVAR
SUPREME
ORVAR
SUPERIOR
1020
–
–
Uddeholm
Materiál
grade
Uddeholm
HRC
popouštěcí
teplotě °C,
2x
HRC
at při
tempering
temperature
°C,
22
xh
2h
550
600
–
–
43
61***
53
42
43
41
59
50
38
41
38
50
43
53
58
–
–
59**
50
56
–
52
58**
43
48
–
47
–
–
57
53
–
50
52**
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
–
42**
36
1020
52
52
54*
–
52
46
1020
52
52
54*
–
52
46
1020
1030
52
53
52
52
54*
54**
–
–
52
53**
46
37
1020
–
49
49
51*
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
–
51*
505)
ROYALLOY
RIGOR
SLEIPNER
SR 1855
STAVAX ESR
–
950
1030
850
1030
Delivered
prehardened condition
Dodává seinv zušlechtěném
stavu
61
59
56*
60
59
–
63
62
50
53
52
54***
55*
62***
48
–
53
60
46
43***
46
48
42
37
SVERKER 3
SVERKER 21
THG 2000
UHB 11
UNIMAX
960
1020
1020
–
1020
60
59
56
63
59
60
52
52
53*
As-delivered
condition
Dodáno (~200
HB) (~200 HB)
–
–
–
53
57
–
–
54
52
–
48
46
–
55
49
VANADIS 4
EXTRA3)
VANADIS 63)
VANADIS 103)
1020
1050
1060
–
63
63
59
62
62
–
61***
–
62***
–
62***
3 x 560°C
57–65
60
59
60
52
52
52
52
54
54
51
53
53
51*
55*
55*
50
52
52
45
46
46
ORVAR 2
MICRODIZED
POLMAX
QRO 90
SUPREME
RAMAX HH
VANCRON 403)
VIDAR
SUPERIOR
VIDAR 1
VIDAR 1 ESR
High speed steel
Rychlořezná
ocel
VANADIS 233)
VANADIS 303)
VANADIS 603)
950–1100
1000
1000
1000
1050–1180
1000–1180
1000–1180
525
–
–
–
3 x 560°C
60–66
60–67
64–69
*Této
teplotě
je lepší
vyhnout
riziku
* This popouštěcí
tempering temp.
should
be se
avoided
duekvůli
to the
riskpopouštěcí
of temper křehkosti.
brittleness.
**U
Uddeholm
Stavax
ESR,
Uddeholm
Mirrax
SER,
Elmax
je odolnost
vůči
korozi snížena.
** For
Uddeholm
Stavax
ESR,
Uddeholm
Mirrax
SER,Uddeholm
UddeholmPolmax
Polmaxa Uddeholm
and Uddeholm
Elmax
corrosion
resistance
is reduced.
***Nejnižší
popouštěcí
teplota,
když popouštění
vysoké teploty
je 525°C.
*** The lowest
tempering
temperature
when highzatemperature
tempering
is 525°C.
1)
1) Prudce ochlazené v oleji
Quench in oil
2)
2) Rozpouštěcí žíhání. Stárnutí: ~50 HRC po 525°C/2h, ~46 HRC po 575°C/2h, ~40 HRC po 600°C/4h.
Solution treatment. Ageing: ~50 HRC after 525°C/2 h, ~46 HRC after 575°C/2h, ~40 HRC after 600°C/4h.
3)
3) Nástrojová ocel práškové metalurgie.
Powder Metallurgy tool steel
4)
4) Dodávaná tvrdost u Uddeholm Nimax nelze zvýšit. Je lepší vyvarovat se popouštění, jelikož se sníží houževnatost.
The delivery hardness of Uddeholm Nimax can not be increased. Tempering shall be avoided as toughness will be reduced.
5)
5) Při 550°C 2 x 2h: 42 HRC
At 650°C 2 x 2h: 42 HRC
17
HEAT
TREATMENT
OF TOOL STEEL
TEPELNÉ
ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÉ
OCELI
Tabulka
převodu
tvrdosti
Hardness
conversion
table
Přibližné
mezibetween
tvrdostí ahardness
nejvyšší pevností
v tahu.
Approx. srovnání
comparison
and ultimate
tensile strength.
Rockwell
HRC
Brinell*
HRB
78
85
91
95
98
Přibližné
Approx.UTS
UTS
N/mm2
kp/mm2
133
152
171
190
209
140
160
180
200
220
446
510
570
637
696
46
52
58
65
71
30
33
228
247
265
284
303
240
260
280
300
320
756
824
883
951
1020
77
84
90
97
104
35
37
39
41
42
322
341
360
379
397
340
360
380
400
420
1080
1150
1210
1280
1340
110
117
123
130
137
44
46
47
48
50
415
433
452
471
488
440
460
480
500
520
1410
1470
1530
1610
1690
144
150
156
164
172
51
52
53
54
55
507
525
545
564
584
540
560
580
600
620
1770
1850
1940
180
188
198
56
57
59
59
60
601
620
638
640
660
680
700
720
61
62
63
64
64
740
760
780
800
820
65
66
66
840
860
880
* 10
3 000
zatížení.
.
10mm
mmkulička,
ball, 3 000
kg kg
load
18
Vickers
30 kg
HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL
Síť
dokonalosti
Network
of excellence
Společnost
působí
každém kontinentě.
Toyou
Vám
Uddeholm isUddeholm
present on
everynacontinent.
This ensures
zajistí
vysoce
kvalitní
švédskou
nástrojovou
ocel
a
místní
podhigh-quality Swedish tool steel and local support wherever
you
poru,
kdekoli
jste.wholly-owned
Assab je naše subsidiary
dceřiná společnost
a exkluzivní
are. Assab
is our
and exclusive
sales
prodejní
kanál, jenž zastupuje
Uddeholm
v oblasti
channel, representing
Uddeholm
in the Asia
PacificPacifi
area.cké Asie.
Společně
udržujeme
pozici
největšího
dodavatele
Together siwe
secure our
position
as the světového
world’s leading
supplier
nástrojových
materiálů.
of tooling materials.
19
Uddeholm is
the world’s
leading světový
supplier dodavatel
of tooling nástrojových
materials. This
Společnost
Uddeholm
je největší
materiálů.
Této
jsme dosáhli
zlepšením
každodenního
obchodu
is a position
wepozice
have reached
by improving
our
customers’ everyday
našich
zákazníků.
Dlouhá
tradice
v
kombinaci
s
výzkumem
a
vývojem
business. Long tradition combined with research and product developproduktů
poskytla
společnosti
Uddeholm
know-how
řešení
ment equips
Uddeholm
to solve
any tooling
problem kthat
mayjakýchkoli
arise.
problémů
s
nástroji,
jež
se
mohou
objevit.
Je
to
náročný
proces,
ale cílone
je
It is a challenging process, but the goal is clear – to be your number
jasný
- být
hlavním
partnerem
a dodavatelem nástrojové oceli.
partner
and
tool steel
provider.
Naše
přítomnost
každém
kontinentě
Vám zaručuje
vysokou
Our presence
onna
every
continent
guarantees
you the stejně
same high
quality
kvalitu,
ať
jste
kdekoli.
Společnost
Assab
je
naše
dceřiná
společnost
wherever you are. Assab is our wholly-owned subsidiary and exclusive
asales
exkluzivní
prodejní
kanál, který
zastupuje
Uddeholm
v oblasti
channel,
representing
Uddeholm
in the
Asia Pacific
area. Pacifické
Asie. Společně si udržujeme pozici největšího světového dodavatele
Together we secure our position as the world’s leading supplier of
nástrojových materiálů. Působíme celosvětově, tudíž je zástupce
tooling materials. We act worldwide, so there is always an Uddeholm
společnosti Uddeholm či Assab, který poskytne radu a pomoc, vždycky
or Assab representative close at hand to give local advice and support.
po ruce. Pro nás je to záležitostí důvěry - v dlouhotrvající partnerství,
For us it is all a matter of trust – in long-term partnerships as well as in
stejně jako ve vývoj nových produktů. Důvěra je něco, co si musíte
developing new products. Trust is something you earn, every day.
zasloužit každý den.
For more information, please visit www.uddeholm.com or www.assab.com
Pro více informací, prosím, navštivte www.uddeholm.com
nebo www. assab.com
20
UDDEHOLM 120312.1000 / TRYCKERI KNAPPEN, KARLSTAD 201203199
HEAT TREATMENT OF TOOL STEEL