Azotowanie stali 1.2344 i 1.2343. Jak zwiększyć trwałość narzędzi do pracy na gorąco?

Narzędzia do pracy na gorąco są poddawane wyjątkowo trudnym obciążeniom. W czasie każdego cyklu ich powierzchnia styka się z nagrzanym metalem, przenosi wysokie naciski, nagrzewa się, a następnie jest intensywnie chłodzona. Jednocześnie występują tarcie, zmęczenie cieplne, ścieranie, utlenianie i lokalne odkształcenia plastyczne.

Nawet wysokiej jakości stal narzędziowa może w takich warunkach stopniowo tracić właściwości powierzchniowe. Na narzędziu pojawiają się mikropęknięcia, siatka pęknięć cieplnych, wytarcia, zatarcia, wykruszenia lub odkształcenia. Zmieniają się wymiary obszarów roboczych, pogarsza się jakość wyrobów, a produkcja wymaga coraz częstszych przerw na regenerację albo wymianę narzędzia.

Jednym ze sposobów ograniczenia tych problemów jest azotowanie stali 1.2344 i 1.2343. Obie stale należą do najważniejszych gatunków wykorzystywanych do produkcji matryc kuźniczych, form ciśnieniowych, wkładek, stempli, narzędzi do wyciskania i innych części pracujących w podwyższonej temperaturze.

Prawidłowo dobrane azotowanie może wyraźnie zwiększyć twardość powierzchni, odporność na ścieranie i zatarcia oraz poprawić trwałość narzędzia. Nie wystarczy jednak poddać części dowolnemu procesowi i oczekiwać maksymalnego efektu. Kluczowe są stan materiału, twardość rdzenia, temperatura odpuszczania, przygotowanie powierzchni, głębokość warstwy oraz jej budowa.

Jakich rezultatów można oczekiwać? Czym różnią się stale 1.2344 i 1.2343? Jak uniknąć kruchej warstwy i przedwczesnego wykruszania? Odpowiadamy krok po kroku.

Czym są stale 1.2344 i 1.2343?

1.2344 i 1.2343 to stopowe stale narzędziowe przeznaczone do pracy na gorąco. Zawierają chrom, molibden i wanad, dzięki czemu zachowują stosunkowo wysoką wytrzymałość w podwyższonej temperaturze, są odporne na odpuszczanie oraz dobrze reagują na hartowanie i azotowanie.

Stal 1.2344 jest oznaczana jako X40CrMoV5-1 i najczęściej porównywana z amerykańskim gatunkiem AISI H13. Stal 1.2343 ma oznaczenie X37CrMoV5-1 i odpowiada grupie AISI H11.

Oznaczenia europejskie i amerykańskie są używane zamiennie w codziennej praktyce, ale przy odpowiedzialnym narzędziu należy opierać się na świadectwie materiałowym i obowiązującej specyfikacji. Odmiany konwencjonalne, przetapiane elektrożużlowo ESR oraz wersje o podwyższonej czystości mogą różnić się jednorodnością, udarnością i odpornością na pękanie.

Obie stale stosuje się między innymi na:

• matryce i wkładki kuźnicze,

• formy do odlewania ciśnieniowego,

• stemple i matryce do wyciskania,

• narzędzia do prasowania na gorąco,

• trzpienie, tuleje i pierścienie,

• noże do cięcia materiału na gorąco,

• części form do tworzyw sztucznych,

• rdzenie, suwaki i wypychacze,

• narzędzia do produkcji rur i profili,

• elementy narażone na tarcie i zmienne temperatury.

Dobór między 1.2344 a 1.2343 powinien uwzględniać nie tylko odporność na zużycie, ale również wymaganą ciągliwość, temperaturę pracy, naciski, geometrię i ryzyko pękania.

Czym różnią się stale 1.2344 i 1.2343?

Oba gatunki mają podobną bazę stopową, ale nie są identyczne. Najważniejsza różnica dotyczy zwykle zawartości węgla i wanadu.

Większa zawartość wanadu w stali 1.2344 sprzyja tworzeniu węglików oraz azotków, które zwiększają odporność powierzchni na zużycie. Z tego względu 1.2344 jest bardzo często wybierana do form odlewniczych, matryc, stempli i narzędzi poddawanych intensywnemu tarciu.

Stal 1.2343 jest ceniona za bardzo dobrą ciągliwość oraz odporność na pękanie i szok cieplny. Może być korzystniejszym wyborem przy narzędziach o skomplikowanej geometrii, ostrych zmianach przekroju albo wysokim ryzyku pęknięcia.

Jest to jednak ogólne porównanie. Rzeczywiste właściwości zależą również od:

• jakości i czystości metalurgicznej materiału,

• kierunku włókien po kuciu,

• wielkości i rozkładu węglików,

• sposobu obróbki cieplnej,

• twardości roboczej,

• jakości powierzchni,

• konstrukcji narzędzia,

• odmiany konkretnego gatunku.

Dobrze wykonana stal 1.2343 ESR może zachowywać się lepiej od niskiej jakości 1.2344, jeżeli głównym zagrożeniem jest pękanie. Sama nazwa gatunku nie zastępuje kontroli materiału.

Dlaczego narzędzia do pracy na gorąco się zużywają?

Przed wyborem azotowania należy określić dominujący mechanizm uszkodzenia. Narzędzie może zużywać się jednocześnie na kilka sposobów, ale znaczenie poszczególnych mechanizmów jest różne.

Zużycie ścierne

Twarde cząstki, zgorzelina, dodatki stopowe albo przemieszczający się materiał stopniowo ścierają powierzchnię narzędzia. Powstają rysy, rowki i ubytki zmieniające geometrię obszaru roboczego.

Zjawisko jest częste w matrycach kuźniczych i narzędziach do wyciskania. Wzrost twardości powierzchniowej może znacznie spowolnić taki rodzaj zużycia.

Zużycie adhezyjne i zatarcie

Gorący materiał może przywierać do powierzchni narzędzia. Podczas rozdzielania powierzchni dochodzi do wyrywania fragmentów materiału, narastania osadów i powstawania uszkodzeń.

Problem występuje między innymi w odlewaniu ciśnieniowym aluminium, wyciskaniu metali i kuciu. Twarda, odpowiednio przygotowana warstwa azotowana może ograniczyć skłonność powierzchni do przywierania i zatarcia.

Zmęczenie cieplne

Powierzchnia narzędzia jest wielokrotnie nagrzewana i chłodzona. Powoduje to cykliczne rozszerzanie i kurczenie się materiału. Z czasem na powierzchni może powstać charakterystyczna siatka drobnych pęknięć, nazywana heat checking.

Azotowanie może opóźnić rozwój części uszkodzeń powierzchniowych, ale nie usuwa przyczyn nadmiernego zmęczenia cieplnego. Znaczenie mają także temperatura narzędzia, sposób chłodzenia, promienie przejść, jakość stali i parametry produkcji.

Odkształcenie plastyczne

Jeżeli temperatura i nacisk są zbyt wysokie w stosunku do twardości narzędzia, powierzchnia może się miejscowo odkształcać. Zaokrąglają się krawędzie, zapadają gniazda i zmieniają wymiary.

Azotowanie wzmacnia warstwę powierzchniową, lecz nie naprawi zbyt miękkiego rdzenia. Jeżeli podłoże nie ma wystarczającej nośności, twarda warstwa może pękać albo zostać wgnieciona razem z rdzeniem.

Pękanie mechaniczne

Duże obciążenia, ostre karby, błędne promienie, naprężenia po obróbce i wady materiałowe mogą doprowadzić do pęknięcia narzędzia. Azotowanie nie jest sposobem naprawienia niewłaściwej konstrukcji. Nadmiernie głęboka lub krucha warstwa może nawet zwiększyć wrażliwość powierzchni na inicjację uszkodzeń.

Na czym polega azotowanie stali narzędziowej?

Azotowanie jest procesem cieplno-chemicznym, w którym azot wnika do warstwy wierzchniej stali. Reaguje z żelazem oraz pierwiastkami stopowymi, takimi jak chrom, molibden i wanad. W rezultacie powstaje twarda warstwa, której właściwości różnią się od właściwości rdzenia.

W azotowaniu plazmowym narzędzia umieszcza się w komorze próżniowej. Wyładowanie jarzeniowe aktywuje mieszaninę gazów i umożliwia kontrolowane oddziaływanie cząstek z powierzchnią stali.

Warstwa azotowana składa się zwykle z dwóch podstawowych stref.

Warstwa związków

Jest to zewnętrzna strefa nazywana potocznie białą warstwą. Składa się przede wszystkim z faz azotkowych żelaza. Może zwiększać odporność na zużycie i zatarcie, lecz jej nadmierna grubość albo niekorzystna budowa mogą prowadzić do kruchości i wykruszania.

W przypadku narzędzi do pracy na gorąco często dąży się do uzyskania bardzo cienkiej, kontrolowanej warstwy związków albo procesu bez wyraźnie rozwiniętej białej warstwy. Nie jest to jednak uniwersalna zasada. Wymaganie należy dopasować do zastosowania.

Warstwa dyfuzyjna

Pod warstwą związków znajduje się strefa dyfuzyjna. Azot jest w niej rozpuszczony w materiale oraz związany z pierwiastkami stopowymi. Drobne wydzielenia azotków odpowiadają za wysoką twardość i stopniowe przejście właściwości w kierunku rdzenia.

To warstwa dyfuzyjna zapewnia podparcie dla powierzchni. Jej głębokość powinna odpowiadać naciskom i przewidywanemu mechanizmowi zużycia.

Więcej o budowie warstwy znajdziesz w artykule: warstwa azotowana – grubość, twardość i wpływ na trwałość stali.

Jakich efektów można oczekiwać po azotowaniu 1.2344 i 1.2343?

Wzrost twardości powierzchniowej

Stale 1.2344 i 1.2343 zawierają pierwiastki silnie oddziałujące z azotem. Dzięki temu po azotowaniu możliwe jest uzyskanie bardzo wysokiej twardości powierzchniowej.

Dla prawidłowo zahartowanej i odpuszczonej stali 1.2344 spotyka się orientacyjnie twardość około 900–1200 HV. Podobny rząd wartości można uzyskiwać dla 1.2343, jednak wynik zależy od dokładnego składu materiału, stanu rdzenia, technologii oraz sposobu pomiaru.

Nie należy bezpośrednio porównywać wyników wykonanych przy różnych obciążeniach, na przykład HV0,05, HV0,1 i HV2. W bardzo cienkiej warstwie wynik silnie zależy od głębokości odcisku oraz wpływu miększego podłoża.

Większa odporność na ścieranie

Wysoka twardość ogranicza zarysowanie i ubytek powierzchni. Ma to szczególne znaczenie przy kontakcie narzędzia ze zgorzeliną, przemieszczającym się metalem lub materiałem wypełnionym składnikami ściernymi.

Efekt zależy nie tylko od wartości twardości. Istotne są również:

• głębokość warstwy,

• twardość rdzenia,

• jakość powierzchni,

• grubość warstwy związków,

• nacisk,

• prędkość przesuwu,

• temperatura pracy,

• obecność środka smarującego.

Ograniczenie zatarć i przywierania materiału

Azotowanie może zmienić właściwości tribologiczne powierzchni i ograniczyć tendencję do sczepiania się współpracujących materiałów. Jest to ważne w formach ciśnieniowych, narzędziach do wyciskania, trzpieniach i elementach prowadzących.

Warstwa nie zastępuje jednak środka antyadhezyjnego, smarowania ani stabilnego chłodzenia. Najlepsze rezultaty daje połączenie prawidłowej obróbki powierzchniowej z odpowiednio prowadzonym procesem produkcyjnym.

Lepsza odporność na miejscowe odkształcenia powierzchni

Utwardzona strefa może ograniczać wycieranie i lokalne odkształcanie powierzchni pod naciskiem. Warunkiem jest wystarczająca twardość i nośność rdzenia.

Jeżeli narzędzie zostało zahartowane nieprawidłowo albo utraciło twardość wskutek przegrzewania, samo azotowanie nie przywróci właściwości całego przekroju.

Możliwe ograniczenie inicjacji pęknięć zmęczeniowych

W warstwie dyfuzyjnej mogą powstawać naprężenia ściskające, które utrudniają rozwój części pęknięć rozpoczynających się od powierzchni. Może to korzystnie wpływać na trwałość zmęczeniową.

Zbyt agresywny proces, nadmierna koncentracja azotu albo krucha sieć wydzieleń mogą jednak przynieść odwrotny efekt. Dlatego w przypadku narzędzi udarowych nie należy automatycznie dążyć do maksymalnej twardości.

Typowe parametry azotowania stali 1.2344 i 1.2343

Parametry muszą być dobierane indywidualnie, ale jako punkt orientacyjny można przyjąć:

Nie są to wartości gwarantowane dla każdego detalu. Niektórzy producenci określonych odmian stali podają znacznie bardziej restrykcyjne limity dotyczące głębokości albo budowy warstwy. Dokumentacja producenta materiału, rysunek techniczny oraz indywidualna technologia mają pierwszeństwo przed wartościami ogólnymi.

Dlaczego temperatura odpuszczania jest tak ważna?

Stale 1.2344 i 1.2343 powinny być przed azotowaniem prawidłowo zahartowane i odpuszczone. Temperatura ostatniego odpuszczania musi być wyższa od temperatury późniejszego azotowania. Potrzebny jest bezpieczny zapas technologiczny.

Jeżeli narzędzie zostanie azotowane w temperaturze równej albo wyższej od wcześniejszego odpuszczania, wielogodzinne wygrzewanie może spowodować:

• dalsze odpuszczenie stali,

• spadek twardości rdzenia,

• pogorszenie nośności warstwy,

• zmianę wymiarów,

• osłabienie krawędzi roboczych,

• skrócenie trwałości narzędzia.

Dlatego przed przyjęciem części do procesu należy znać temperaturę jej ostatniego odpuszczania. Sama informacja „twardość 48 HRC” nie wystarcza. Taką samą twardość można uzyskać różnymi drogami, a materiał może mieć inną stabilność podczas ponownego nagrzewania.

W praktyce stale do pracy na gorąco są często poddawane co najmniej dwukrotnemu, a niekiedy trzykrotnemu odpuszczaniu. Ma to pomóc w ustabilizowaniu mikrostruktury i ograniczeniu ilości austenitu szczątkowego. Szczegółowy schemat powinien wynikać z zaleceń producenta stali.

Jak dobrać głębokość warstwy azotowanej?

Najgłębsza możliwa warstwa nie zawsze jest najlepsza. W stalach wysoko stopowych wysoka koncentracja azotu może prowadzić do powstawania bardzo twardej, ale kruchej strefy.

Dobierając głębokość, należy uwzględnić:

• nacisk na powierzchnię,

• obciążenia udarowe,

• temperaturę pracy,

• promienie i ostre przejścia,

• zakładaną liczbę cykli,

• mechanizm zużycia,

• dopuszczalną zmianę wymiarów,

• możliwość późniejszej regeneracji,

• twardość rdzenia.

Płytsza warstwa może być odpowiednia dla narzędzia o wysokiej twardości rdzenia, pracującego głównie w warunkach tarcia. Głębsza warstwa może być potrzebna tam, gdzie naciski działają na większej głębokości i konieczne jest mocniejsze podparcie powierzchni.

Jeżeli narzędzie pracuje udarowo albo ma delikatne krawędzie, przesadne zwiększanie grubości warstwy może podnieść ryzyko wykruszania. W takich przypadkach kontrolowana ciągliwość jest ważniejsza niż maksymalny wynik twardości.

Azotowanie stali 1.2344 w formach do odlewania ciśnieniowego

Stal 1.2344 jest często stosowana w formach do odlewania ciśnieniowego aluminium, magnezu i cynku. Powierzchnia formy jest narażona na:

• kontakt z ciekłym metalem,

• gwałtowne nagrzewanie i chłodzenie,

• erozję strumieniem metalu,

• przywieranie odlewanego materiału,

• duże naciski,

• zmęczenie cieplne,

• działanie środków oddzielających.

Azotowanie może ograniczyć erozję i zużycie powierzchni, ale powinno być skoordynowane z całą technologią formy. Ważne są prawidłowe podgrzewanie wstępne, równomierne chłodzenie, jakość polerowania i unikanie lokalnego przegrzewania.

Przy formach ciśnieniowych szczególnie istotne jest ograniczenie kruchej warstwy związków. Gruba biała warstwa może zostać uszkodzona pod wpływem cyklicznych obciążeń i gwałtownych zmian temperatury.

Azotowanie matryc kuźniczych z 1.2344 i 1.2343

Matryce kuźnicze przenoszą duże naciski i obciążenia udarowe. Mają kontakt z gorącym materiałem oraz zgorzeliną, która działa jak ścierniwo. Niewłaściwie dobrana warstwa może się wykruszać, dlatego proces powinien uwzględniać zarówno odporność na zużycie, jak i ciągliwość.

Stal 1.2343 może być atrakcyjna w narzędziach, w których szczególnie ważna jest odporność na pękanie. Stal 1.2344 sprawdza się tam, gdzie większe znaczenie ma odporność na ścieranie i stabilność powierzchni.

W praktyce o wyniku decydują również:

• kształt wykroju,

• promienie przejść,

• sposób płynięcia materiału,

• temperatura wsadu,

• temperatura matrycy,

• smarowanie,

• siła i prędkość odkształcania,

• chłodzenie między cyklami.

Więcej informacji o tym zastosowaniu zawiera poradnik: azotowanie matryc kuźniczych – jak ograniczyć zużycie narzędzi.

Azotowanie narzędzi do wyciskania i prasowania na gorąco

Matryce, stemple, trzpienie i tuleje do wyciskania są narażone na intensywne tarcie oraz duże naciski. Przemieszczający się materiał może powodować zatarcia, wycieranie i lokalne przegrzewanie powierzchni.

Azotowanie może zwiększyć trwałość tych narzędzi, szczególnie gdy dominującym problemem jest zużycie powierzchniowe. Przy bardzo wysokich naciskach należy sprawdzić, czy warstwa ma odpowiednią głębokość i czy rdzeń zapewnia wystarczające podparcie.

W narzędziach do wyciskania aluminium ważna jest także jakość powierzchni. Defekty, rysy i ślady nieprawidłowego polerowania mogą odbijać się na wyrobie oraz inicjować lokalne uszkodzenia.

Formy wtryskowe i części pracujące w podwyższonej temperaturze

Stale 1.2344 i 1.2343 są wykorzystywane również w formach do tworzyw sztucznych, zwłaszcza tam, gdzie występują podwyższona temperatura, duże obciążenia i dodatki ścierne.

Azotowanie może poprawić trwałość:

• gniazd formujących,

• rdzeni,

• suwaków,

• prowadzeń,

• wypychaczy,

• wkładek,

• kanałów i powierzchni zamykających.

Przy tworzywach wzmacnianych włóknem szklanym albo napełniaczami mineralnymi szczególnie ważna jest odporność na ścieranie. Trzeba jednak uwzględnić wymagania dotyczące polerowania, faktury i późniejszych powłok.

Zobacz również: azotowanie plazmowe form wtryskowych.

Jak przygotować narzędzie do azotowania?

Zalecana kolejność technologiczna obejmuje najczęściej:

1. potwierdzenie gatunku i jakości materiału,

2. obróbkę zgrubną,

3. usunięcie naprężeń po obróbce, jeżeli jest wymagane,

4. hartowanie,

5. co najmniej dwukrotne odpuszczanie,

6. kontrolę twardości rdzenia,

7. obróbkę wykańczającą,

8. usunięcie warstwy po elektrodrążeniu,

9. polerowanie powierzchni roboczych,

10. dokładne czyszczenie,

11. zabezpieczenie miejsc nieprzeznaczonych do azotowania,

12. azotowanie,

13. kontrolę warstwy i wymiarów.

Powierzchnia musi być pozbawiona oleju, rdzy, zgorzeliny, środków polerskich i powłok utrudniających dyfuzję azotu. Każde zanieczyszczenie może spowodować miejscowe różnice w twardości.

Dlaczego powierzchnia po elektrodrążeniu wymaga szczególnej uwagi?

Obróbka elektroerozyjna może pozostawić na stali przetopioną warstwę wierzchnią, mikropęknięcia i naprężenia rozciągające. Jest ona często określana jako biała warstwa po EDM, ale nie należy jej mylić z warstwą związków powstającą podczas azotowania.

Azotowanie powierzchni z uszkodzoną warstwą po elektrodrążeniu może zwiększyć ryzyko pęknięć i łuszczenia. Dlatego warstwę po EDM należy usunąć przez polerowanie, delikatne szlifowanie lub inną zatwierdzoną obróbkę.

Przed azotowaniem narzędzi odpowiedzialnych warto również wykonać końcową obróbkę odprężającą, jeżeli zaleca ją producent stali.

Czy po azotowaniu można polerować albo szlifować narzędzie?

Po procesie można niekiedy wykonać lekkie polerowanie lub docieranie, ale operacja nie może usuwać znacznej części warstwy. Najwyższa twardość występuje przy powierzchni, dlatego intensywne szlifowanie obniży skuteczność azotowania.

Jeżeli po procesie konieczna jest korekta wymiaru o kilkadziesiąt lub kilkaset mikrometrów, technologia została prawdopodobnie nieprawidłowo zaplanowana. Naddatki i przewidywane zmiany wymiarowe trzeba uzgodnić przed obróbką.

Nieprawidłowe szlifowanie może także wywołać:

• miejscowe przegrzanie,

• pęknięcia szlifierskie,

• naprężenia rozciągające,

• nierównomierne usunięcie warstwy,

• pogorszenie chropowatości.

Najczęstsze błędy podczas azotowania stali 1.2344 i 1.2343

Azotowanie stali w stanie zmiękczonym

Narzędzie powinno mieć odpowiednio przygotowany rdzeń. Azotowanie materiału w stanie wyżarzonym tworzy twardą warstwę na zbyt miękkim podłożu.

Brak informacji o temperaturze odpuszczania

Nieznana temperatura ostatniego odpuszczania uniemożliwia bezpieczne dobranie temperatury procesu. Może dojść do spadku twardości rdzenia.

Dążenie do maksymalnej twardości

Najwyższy możliwy wynik HV nie zawsze oznacza największą trwałość. Narzędzie pracujące udarowo potrzebuje także odpowiedniej ciągliwości powierzchni.

Zbyt gruba warstwa związków

Gruba i krucha biała warstwa może łuszczyć się, pękać albo wykruszać. Jej fragmenty mogą dodatkowo działać jak cząstki ścierne.

Pozostawienie warstwy po EDM

Mikropęknięcia i naprężenia po elektrodrążeniu mogą stać się miejscem inicjacji poważnego uszkodzenia.

Azotowanie już popękanego narzędzia

Proces nie zamyka istniejących pęknięć. Przed regeneracją należy przeprowadzić oględziny i odpowiednie badania powierzchniowe.

Brak analizy mechanizmu zużycia

Jeżeli główną przyczyną awarii jest przegrzewanie, zły promień, błąd konstrukcji albo niewłaściwe chłodzenie, samo azotowanie może przynieść jedynie niewielką poprawę.

Pominięcie obszarów chronionych

Nie każda powierzchnia powinna być azotowana. Gwinty, otwory montażowe, miejsca dalszej obróbki i delikatne krawędzie mogą wymagać osłonięcia.

Azotowanie jednokrotne czy ponowne azotowanie narzędzia?

Narzędzia do pracy na gorąco są czasem regenerowane i ponownie azotowane. Może to być skuteczne, ale każda regeneracja wymaga oceny stanu części.

Przed ponownym procesem trzeba sprawdzić:

• czy na powierzchni nie ma pęknięć,

• ile materiału usunięto podczas regeneracji,

• czy poprzednia warstwa została usunięta równomiernie,

• czy rdzeń nadal ma wymaganą twardość,

• czy narzędzie nie było lokalnie przegrzane,

• czy nie wykonano napawania lub spawania,

• czy geometria nadal mieści się w tolerancjach.

Wielokrotne azotowanie bez kontroli może doprowadzić do nadmiernego nasycenia warstwy, wzrostu kruchości albo powstania niekorzystnych wydzieleń. Proces powinien być częścią zaplanowanego cyklu regeneracji, a nie automatyczną operacją wykonywaną po każdym demontażu narzędzia.

Azotowanie jako przygotowanie pod powłoki PVD – obróbka duplex

Azotowanie może być stosowane jako warstwa podpierająca pod twardą powłokę PVD. Takie połączenie określa się jako technologię duplex.

Powłoka PVD zapewnia bardzo wysoką twardość i korzystne właściwości tribologiczne, lecz jest cienka. Jeżeli podłoże jest zbyt miękkie, może odkształcać się pod naciskiem, a powłoka pęka lub traci przyczepność. Warstwa azotowana zwiększa nośność podłoża.

Technologia duplex może sprawdzać się w narzędziach do:

• formowania i tłoczenia,

• odlewania ciśnieniowego,

• wyciskania,

• obróbki tworzyw,

• pracy przy wysokim tarciu.

Nie każda warstwa azotowana nadaje się jednak bezpośrednio pod PVD. Zbyt gruba lub krucha warstwa związków może pogorszyć przyczepność całego układu. Parametry azotowania i powłoki powinny zostać zaplanowane wspólnie.

Jak kontrolować jakość po azotowaniu?

Rzetelna kontrola powinna obejmować więcej niż jeden pomiar twardości. W zależności od odpowiedzialności narzędzia warto sprawdzić:

• twardość powierzchniową,

• profil mikrotwardości na przekroju,

• efektywną głębokość warstwy,

• grubość warstwy związków,

• mikrostrukturę warstwy dyfuzyjnej,

• twardość rdzenia,

• wymiary i kształt,

• chropowatość powierzchni,

• obecność pęknięć,

• równomierność efektu na różnych powierzchniach.

Najbardziej wiarygodne badania struktury i profilu twardości wymagają wykonania przekroju. Ponieważ gotowego narzędzia nie można przeciąć, do wsadu można dołączyć próbkę kontrolną wykonaną z tego samego materiału i poddaną tej samej obróbce cieplnej.

Szczegółowe informacje zawiera poradnik: kontrola jakości po azotowaniu – jak sprawdzić twardość i warstwę.

Jak opisać wymagania w zapytaniu ofertowym?

W zapytaniu dotyczącym azotowania stali 1.2344 albo 1.2343 warto podać:

• dokładny gatunek materiału,

• odmianę materiału, na przykład ESR,

• świadectwo materiałowe,

• twardość rdzenia,

• temperaturę ostatniego odpuszczania,

• wymiary i masę narzędzia,

• liczbę sztuk,

• rysunek techniczny,

• powierzchnie przeznaczone do azotowania,

• miejsca wymagające ochrony,

• wymaganą głębokość warstwy,

• oczekiwaną twardość powierzchni,

• maksymalną grubość warstwy związków,

• tolerancje wymiarowe,

• wymagania dotyczące chropowatości,

• informację o obróbce EDM,

• historię wcześniejszych regeneracji,

• warunki pracy narzędzia.

Jeżeli nie znasz wymaganej głębokości, opisz zastosowanie i problem. Informacja o tym, czy narzędzie ściera się, pęka, odkształca, przywiera do materiału czy pokrywa siatką pęknięć cieplnych, pomaga dobrać właściwą technologię.

Jak zwiększyć trwałość narzędzia poza samym azotowaniem?

Azotowanie jest tylko jednym z elementów całej technologii. Najlepszy rezultat przynosi połączenie kilku działań:

• wybór czystego i jednorodnego materiału,

• prawidłowe rozmieszczenie włókien materiału,

• usunięcie ostrych karbów,

• stosowanie odpowiednich promieni przejść,

• właściwe hartowanie i wielokrotne odpuszczanie,

• usunięcie warstwy po EDM,

• dokładne polerowanie powierzchni roboczych,

• kontrolowane podgrzewanie narzędzia przed pracą,

• unikanie gwałtownych zmian temperatury,

• stabilne chłodzenie,

• odpowiednie smarowanie,

• kontrola temperatury wsadu,

• regularna inspekcja powierzchni,

• regeneracja przed rozwojem głębokich pęknięć.

Jeżeli narzędzie pracuje poza prawidłowym zakresem temperatury albo ma błąd konstrukcyjny, nawet najlepiej wykonane azotowanie nie zapewni oczekiwanej trwałości.

Podsumowanie: czy warto azotować stale 1.2344 i 1.2343?

Tak. Stale 1.2344 i 1.2343 bardzo dobrze nadają się do azotowania, ponieważ zawierają chrom, molibden i wanad tworzące twarde wydzielenia w warstwie powierzchniowej. W prawidłowo prowadzonym procesie można uzyskać twardość powierzchniową rzędu około 900–1200 HV oraz warstwę dopasowaną do obciążenia narzędzia.

Azotowanie może:

• zwiększyć odporność na ścieranie,

• ograniczyć zatarcia i przywieranie metalu,

• spowolnić utratę wymiarów powierzchni roboczej,

• zwiększyć nośność powierzchni,

• opóźnić niektóre uszkodzenia zmęczeniowe,

• wydłużyć okres między regeneracjami.

Warunkiem jest jednak prawidłowo przygotowany rdzeń, odpowiednio wysoka temperatura wcześniejszego odpuszczania, usunięcie uszkodzonej warstwy po EDM oraz kontrola głębokości i budowy warstwy azotowanej.

W przypadku narzędzi do pracy na gorąco nie zawsze należy dążyć do maksymalnej twardości i najgrubszej warstwy. Często najtrwalsze okazuje się rozwiązanie zapewniające równowagę między twardością powierzchni, głębokością utwardzenia i ciągliwością podłoża.

Chcesz dobrać proces do matrycy, formy, wkładki, stempla albo innego narzędzia ze stali 1.2344 lub 1.2343? Prześlij rysunek, wymiary, twardość, temperaturę odpuszczania oraz opis warunków pracy. Dane znajdziesz na stronie kontakt – azotowanie plazmowe Warszawa.

Polecane artykuły

• Azotowanie stali 42CrMo4. Jakich efektów można oczekiwać i do jakich części warto je stosować?
• Azotowanie elementów cienkościennych. Jak ograniczyć ryzyko odkształceń i utraty geometrii?
• Maskowanie powierzchni przed azotowaniem. Jak zabezpieczyć gwinty, otwory i miejsca pasowane?
• Azotowanie po obróbce elektroerozyjnej EDM. Jak warstwa biała i zmiany powierzchni wpływają na efekt procesu?

FAQ – najczęstsze pytania o azotowanie 1.2344 i 1.2343

Czy stal 1.2344 nadaje się do azotowania?

Tak. Stal 1.2344, określana także jako X40CrMoV5-1 lub H13, bardzo dobrze reaguje na azotowanie. Jej skład pozwala uzyskać wysoką twardość i odporność powierzchni na zużycie.

Czy można azotować stal 1.2343?

Tak. Stal 1.2343, czyli X37CrMoV5-1 lub H11, jest stalą podatną na azotowanie. Przed procesem powinna być prawidłowo zahartowana i odpuszczona.

Jaka jest twardość stali 1.2344 po azotowaniu?

Orientacyjna twardość powierzchniowa może wynosić około 900–1200 HV. Dokładny wynik zależy od jakości i stanu materiału, parametrów procesu, budowy warstwy i metody pomiaru.

Jaka powinna być głębokość warstwy azotowanej?

Dla narzędzi z 1.2344 i 1.2343 często spotyka się efektywną głębokość około 0,10–0,30 mm. Wymaganie powinno zostać dobrane do nacisków, temperatury, geometrii i rodzaju zużycia.

Co jest lepsze: stal 1.2344 czy 1.2343?

1.2344 jest często wybierana ze względu na bardzo dobrą odporność na zużycie i stabilność podczas pracy na gorąco. 1.2343 zapewnia zwykle szczególnie korzystną ciągliwość i odporność na szok cieplny. Wybór zależy od dominującego mechanizmu uszkodzenia.