Obróbka cieplna stali 1.4542

W jakiej temperaturze i przez jaki czas trzeba hartować stal 1.4542 do twardości około 45 HRC?

 

Stal typu 1.4542 (EN 1.4542, X5CrNiCuNb16-4, AISI 17-4PH) to umacniany wydzieleniowo (utwardzany wydzieleniowo) gatunek stali nierdzewnej o strukturze martenzytycznej umacniany drobnodyspersyjnymi wydzieleniami faz międzymetalicznych. Obróbka cieplna stali tej grupy polega na utwardzaniu wydzieleniowym. Ze względu na fakt, że stale tego typu wykazują strukturę martenzytyczną stosowane zabiegi obróbki cieplnej nazywa się hartowaniem i kolejno odpuszczaniem. Utwardzanie wydzieleniowe to wspólna nazwa dla połączonych zabiegów przesycania i starzenia - takie określenia obróbki cieplnej omawianych stali również są stosowane.

• Hartowanie zwykle odbywa się w zakresie temperatury 800-1050°C z chłodzeniem w wodzie lub na powietrzu a jego celem jest rozpuszczenie wszystkich wydzielonych faz, jakie mogą występować w strukturze i następne szybkie chłodzenie dla uzyskania struktury martenzytycznej. Dla niektórych gatunków stosuje się wymrażanie w celu wymuszenia przemiany martenzytycznej.

• Odpuszczanie w zakresie temperatury 530-620°C prze 4h z chłodzeniem na powietrzu ma na celu utworzenie drobnodyspersyjnych wydzieleń z przesyconego roztworu. Stale te umacniają się w wyniku wydzielania faz międzymetalicznych, np. Ni3Al, Ni3Ti, Ni3Nb, Ni3Cu, a także azotków Cr2N i Mo2N, fazy Lavesa (AB2) oraz częściowo przez węgliki. Wymienione fazy zapewniają umocnienie i wzrost wytrzymałości stali.

Dokładne parametry obróbki cieplnej dla gatunku 1.4542 są następujące:

• hartowanie (przesycanie): nagrzewanie do 1025-1055°C i następne chłodzenie w powietrzu lub w oleju. Twardość po przesycaniu to ok. 363 HB.

• utwardzanie wydzieleniowe (starzenie): w temperaturze 480-620°C (w zależności od wymaganej twardości) przez 4 godziny z chłodzeniem na powietrzu. Twardość po starzeniu 42-32 HRC.

W celu uzyskania maksymalnej twardości stali temperatura starzenia powinna się zawierać się w zakresie 450-500°C (tab. 1). Zależność twardości od temperatury starzenia przedstawiono na rysunku 1. W tablicy 2 zestawiono własności mechaniczne stali 1.4542 w stanie obrobionym cieplnie.

Rys. 1. Zależność twardości od temperatury starzenia przez 4h, dla stali 1.4541.

 

Tablica 1. Zależność twardości od temperatury starzenia

Temperatura starzenia, °C	100	200	300	400	450	500	600	650
Twardość HRC	34	34	35,5	42	42,5	45,5	35	32,5

 

Tablica. 2. Własności mechaniczne stali 1.4542 w stanie obrobionym cieplnieL

Temperatura, °C	Granica plastyczności, Rp0,2, MPa	Wytrzymałość na rozciąganie, Rm MPa	Wydłużenie A, min. %	Energia łamania KV, min. J
480	1170	1310	10	-
495	1070	1170	10	7
550	1000	1070	12	20
595	795	965	14	34
620	725	930	16	41
760	515	795	18	75

 

 

Chciałbym się jeszcze spytać odnośnie hartowania stali 1.4542 przez jaki czas stal ma przebywać w temperaturze 1050°C i jak się to ma do grubości elementu hartowanego i czy trzeba ją schłodzić do temperatury pokojowej po hartowaniu czy też można bezpośrednio po hartowaniu z temperatury 1050°C i zmniejszyć do 500°C i trzymać przez 4 godziny?

Dla przesycania w temperaturze 1040 +/- 15 °C – czas wytrzymania powinien wynosić 30 min (rzeczywisty czas wygrzewania powinien być wystarczająco długi, aby zapewnić równomierne nagrzanie całego przekroju elementu). Dla przekrojów do 75 mm – chłodzenie w oleju do temperatury poniżej 30°C, a dla przekrojów ponad 75 mm – chłodzenie na powietrzu do temperatury poniżej 30°C. Po starzeniu w wybranej temperaturze (480-620°C) przez 4 godziny, należy chłodzić w powietrzu do temperatury poniżej 30°C.
Zabieg hartowania powinien zakończyć się schłodzeniem do temperatury pokojowej dla pełnego zakończenia przemiany martenzytycznej, ponieważ w innym przypadku nie gwarantuje otrzymania odpowiednio wysokich własności mechanicznych. 

Literatura

[1]. METAL Ravne d.o.o., Heat treatment of Steel PK346 (Mat.No. 1.4542, DIN X5CrNiCuNb16-4, AISI 17-4PH), http://www.metalravne.com/selector/steels/PK346.html