Если вы ищете высокопрочный материал, сочетающий в себе превосходную твердость, износостойкость и стабильность размеров, SKD11, несомненно, является вашим лучшим выбором. SKD11 завоевал широкое признание среди заказчиков в таких областях применения, как изготовление пресс-форм и пуансонов, требующих длительной износостойкости и многократных нагрузок.
Эта высокоуглеродистая инструментальная сталь с высоким содержанием хрома для холодной обработки известна своей исключительной износостойкостью, высокой твердостью и хорошей стабильностью размеров после термообработки. SKD11, известная под обозначением японских промышленных стандартов (JIS), признана на международном уровне и широко используется.
Инженерам, инструментальщикам и станочникам необходимо досконально изучить SKD11, чтобы полностью раскрыть его потенциал. В этом руководстве подробно описаны его свойства, пошаговый процесс термообработки и практические советы по обработке этого сложного материала.
1. Основные свойства инструментальной стали SKD11
Эффективность SKD11 является прямым результатом его тщательно сбалансированного химического состава, богатого углеродом и хромом.
Химический состав (типичный):
- Углерод (C): 1,40% — 1,60%
- Хром (Cr): 11,00% — 13,00%
- Молибден (Mo): 0,80 — 1,20%%
- Ванадий (V): 0,20 — 0,50%%
- Кремний (Si): ≤ 0,40%
- Марганец (Mn): ≤ 0,60%
Этот состав создает плотную микроструктуру с крупными, богатыми хромом карбидами, что является ключом к его фирменным свойствам.
Основные механические свойства:
- Исключительная износостойкость:
Это основное свойство SKD11. Большое количество твердых карбидов хрома в стальной матрице обеспечивает исключительную стойкость к абразивному и адгезионному износу, что делает ее идеальной для крупномасштабных операций штамповки и формообразования.
- Высокая прочность на сжатие и твердость:
После надлежащей термообработки твердость SKD11 может достигать 58-62 HRC. Это позволяет ему выдерживать огромные нагрузки при работе с инструментами без деформации или притупления.
- Хорошая прочность:
Несмотря на то, что его высокая твердость означает, что он не такой прочный, как низколегированные стали, SKD11 обладает достаточной прочностью для большинства видов холодной обработки, устойчивый к сколам и растрескиванию при типичных ударных нагрузках.
- Превосходная стабильность размеров:
Сталь SKD11, получающая воздушную закалку, испытывает минимальные деформации в процессе закалки по сравнению со сталями, получающими масляную или водяную закалку. Такая предсказуемость имеет решающее значение для обеспечения жестких допусков при изготовлении сложных штампов и инструментов.
2. Полный цикл термообработки
Термообработка — это важнейший процесс, который превращает SKD11 из мягкого материала, пригодного для механической обработки, в твердый, износостойкий инструмент. Этот процесс требует тщательного соблюдения.
A. Отжиг
Детали обычно поставляются в сфероидизированном отожженном состоянии (прибл. 255 НВ макс.), что оптимально для механической обработки. Если после тяжелой механической обработки или ковки требуется повторный отжиг, используется следующий процесс:
- Медленный нагрев: Равномерно нагревайте сталь в регулируемой печи до температуры 850-870°C (1560-1600°F).
- Выдержка: Выдержите при этой температуре примерно 1 час на каждый дюйм (25 мм) толщины.
- Медленно охлаждайте: очень медленно охлаждайте внутри печи со скоростью 10-20°C (20-40°F) в час, пока температура не достигнет 650°C (1200°F). После этого деталь можно охладить на воздухе.
B. Снятие стресса
Для снятия внутренних напряжений, вызванных интенсивной механической обработкой, и предотвращения деформации при последующей закалке рекомендуется провести цикл снятия напряжений.
- Слегка нагрейте: Нагрейте деталь до температуры 650-675°C (1200-1250°F).
- Выдержите: оставьте на 1 час на каждый дюйм (25 мм) толщины.
- Охлаждение: Дайте детали медленно остыть на воздухе.
C. Упрочнение (аустенитизация)
Это процесс нагрева стали с целью изменения ее кристаллической структуры.
- Предварительный нагрев: Чтобы свести к минимуму тепловой удар и обеспечить равномерный нагрев, предварительно разогрейте деталь в два этапа: сначала до 650-750°C (1200-1380°F), затем увеличьте температуру до 850-900°C (1560-1650°F).
- Аустенитизация: Нагрев до конечной температуры закалки 1000-1040°C (1830-1900°F). Точная температура зависит от желаемой конечной твердости.
- Выдержка: Выдержите при температуре аустенитизации в течение 20-45 минут.
D. Тушение
SKD11 — это сталь, закаляемая на воздухе, что является ее ключевым преимуществом в плане стабильности размеров.
- Охлаждение на воздухе: Извлеките деталь из печи и охладите ее неподвижным или слегка циркулирующим воздухом. Для получения более крупных или сложных заготовок можно использовать газовую закалку под давлением (например, азотом), чтобы увеличить скорость охлаждения.
- Закалка в масле (альтернативный вариант): В некоторых случаях для получения более толстых профилей можно использовать закалку в теплом масле, чтобы обеспечить полную твердость, хотя это увеличивает риск деформации.
E. Закаливание
Закалка делает сталь чрезвычайно твердой, но в то же время и очень хрупкой. Отпуск необходим для снижения этой хрупкости и придания необходимой ударной вязкости.
- Немедленная закалка: Закалку необходимо проводить, как только деталь остынет до рабочей температуры (около 50-70°C или 125-150°F), чтобы избежать риска образования трещин при закалке.
- Нагрев до нужной температуры: Нагрейте деталь до желаемой температуры отпуска, обычно от 150°C до 550°C (от 300°F до 1020°F). Конечная твердость является прямым результатом температуры отпуска — при более низкой температуре достигается более высокая твердость, но более низкая ударная вязкость, и наоборот. Обычная температура для штампов для резки и штамповочной штамповки составляет около 200-250 ° C (400-480 ° F) для достижения ~ 60 HRC.
- Выдержка и двойной темпер: Выдерживайте не менее 2 часов. Для SKD11 настоятельно рекомендуется двойной темпер. Охладите деталь до комнатной температуры после первого отпуска, затем повторите процесс во второй раз, чтобы обеспечить превращение оставшегося аустенита, что улучшает стабильность размеров и ударную вязкость.
3. Руководство по механической обработке SKD11
Обработка SKD11 представляет собой сложную задачу из-за присущей ему прочности и абразивности, даже в отожженном состоянии.
Механическая обработка в отожженном состоянии:
Используйте надежные инструменты:
Необходимы твердосплавные концевые фрезы с современным покрытием (например, AlTiN или TiSiN). Для токарной обработки используйте твердосплавные пластины из твердых сплавов.
Низкие скорости, высокая подача:
Главное — использовать более низкие скорости резания (об/мин) по сравнению с низколегированными сталями, но при этом поддерживать постоянную и положительную скорость подачи. Это предотвращает трение, которое приводит к упрочнению заготовки и быстрому износу инструмента.
Жесткость имеет решающее значение:
Use a rigid machine setup, short tool overhangs, and robust workholding. Any vibration will accelerate tool wear and lead to a poor surface finish.
Охлаждающая жидкость обязательна:
Используйте высококачественную охлаждающую жидкость для смазки среза и, самое главное, для удаления абразивной стружки из зоны резания.
Механическая обработка в закаленном состоянии (Hard Machining):
Обработка SKD11 после его затвердевания чрезвычайно сложна и должна ограничиваться чистовыми операциями.
Измельчение:
Это наиболее распространенный метод финишной обработки закаленного SKD11, обеспечивающий очень жесткие допуски и превосходную чистовую обработку поверхности.
Жесткое фрезерование/токарная обработка:
Это возможно, но требует специального инструмента, обычно кубического нитрида бора (CBN) или усовершенствованных керамических вставок/концевых фрез. Для этого процесса требуется чрезвычайно жесткий станок, который используется для точной регулировки или добавления дополнительных функций после термообработки.
EDM (электроэрозионная обработка):
Для обработки сложных форм, острых внутренних углов или деталей, которые невозможно обработать фрезерованием, предпочтительным методом обработки закаленного SKD11 является электроэрозионная обработка.
4. SKD11 по сравнению с другими инструментальными сталями
При выборе материалов для конкретных применений, как правило, необходим тщательный отбор материала. В серии инструментальных сталей есть аналогичные или эквивалентные марки. Однако для любого конкретного применения выбор должен зависеть от таких факторов, как твердость, стабильность размеров, ударная вязкость и, что наиболее важно, стоимость. Давайте взвесим некоторые распространенные инструментальные стали, основываясь на этих факторах.
SKD11 и SKD61
SKD11 и SKD61 являются инструментальными сталями. Однако область их применения совершенно различна. SKD11 высоко ценится за свою высокую износостойкость, усталостную стойкость и отличную стабильность размеров, что делает ее идеальным выбором для холодной обработки. Сталь SKD61 в основном используется для горячей обработки благодаря своей высокой стойкости к термическим ударам, высокой прочности, сохраняемой при высоких температурах, высокой износостойкости и стойкости к окислению.
SKD11 и D2
Микроструктура SKD11 более чистая и однородная, чем у карбида марки D2. Это связано с различиями в технологиях производства. SKD11 подвергается электрошлаковому переплаву для удаления вредных элементов и измельчения частиц карбида. Из-за более строгих требований к качеству стали SKD 11 ее цена немного выше, чем у стали D2.
SKD11 и Cr12MoV
Cr12MoV — это недорогая и эффективная марка стали, эквивалентная инструментальной стали SKD11. Она соответствует национальным стандартам Китая. Как SKD 11, так и Cr12MoV могут сохранять твердость при высокой температуре 200 °C.
Когда следует выбирать SKD11 вместо A2 или O1
По сравнению со сталью марки SKD11, стали марок A2 и O1 обладают более высокой прочностью. Но с точки зрения износостойкости и стабильности размеров SKD11 явно превосходит их. Поэтому для высокопроизводительных применений, где стоимость не ограничена, SKD11 подходит больше.
Вывод
Инструментальная сталь SKD11 — превосходный материал для изготовления высокопроизводительной оснастки, но к ней нужно относиться с уважением. Ее невероятная износостойкость является прямым следствием ее сложной обрабатываемости. Понимая ее основные свойства и придерживаясь дисциплинированного и точного подхода как к термообработке, так и к механической обработке, производители могут успешно превращать эту прочную сталь в прочные инструменты и штампы с длительным сроком службы, способные выдерживать самые сложные производственные условия.