Обработка стали A2 полное руководство

Сталь А2 - это инструментальная сталь воздушного твердения. Благодаря практичному балансу прочности, износостойкости и вязкости она стала одной из сталей, часто используемых при изготовлении пресс-форм. Она также обеспечивает хорошую стабильность размеров при термообработке, что помогает снизить риск деформации при обработке стали А2. Благодаря своим отличным общим характеристикам инструментальная сталь A2 стала универсальным металлом для различных сценариев холодной обработки и широко используется при изготовлении прецизионных пресс-форм, режущих инструментов, износостойких и ударопрочных деталей.

В этой статье будет проведен всесторонний анализ инструментальной стали A2 с точки зрения основных характеристик, химического состава, механических свойств, коррозионной стойкости, преимуществ и недостатков, сценариев применения, процессов термообработки и многого другого. В статье также сравниваются различия между инструментальной сталью A2 и другими аналогичными сталями, чтобы предоставить профессиональные и точные рекомендации по выбору материала для обработки.

Химический состав стали A2

Причина, по которой инструментальная сталь A2 сочетает в себе твердость, износостойкость и вязкость, кроется в разумном соотношении состава сплавов. Такие элементы, как углерод, хром, молибден и ванадий, совместно определяют твердость, износостойкость, стабильность и срок службы материала. Основные параметры соотношения химического состава приведены в таблице ниже:

Чтобы помочь вам лучше понять особенности ее состава, я сделал предварительный обзор характеристик элементов инструментальной стали A2:

Углерод (C) является ключевым элементом, определяющим твердость стали. Высокое содержание углерода может образовывать высокоуглеродистый мартенсит, что позволяет стали приобретать относительно высокую твердость после закалки (около 64 HRC), а также способствует образованию карбидов и повышению износостойкости.

Хром (Cr): Повышает прокаливаемость стали и обеспечивает равномерную закалку заготовки при воздушном охлаждении. Также образует карбиды хрома, повышает износостойкость и придает стали определенную степень коррозионной стойкости (содержание не соответствует стандарту нержавеющей стали, но может противостоять незначительной коррозии).

Молибден (Mo): Рафинирует зерна, подавляет отпускную хрупкость, улучшает вязкость и высокотемпературную стабильность стали, позволяя стали A2 сохранять хороший баланс прочности и вязкости после отпуска.

Ванадий (V): Образует мелкие карбиды ванадия, способствует дальнейшему измельчению зерна, повышает твердость, износостойкость и усталостную прочность стали, а также улучшает обрабатываемость стали.

Марганец (Mn): Способствует раскислению и десульфурации, улучшает литейные характеристики инструментальной стали A2, а также повышает прокаливаемость и вязкость стали. Однако чрезмерное содержание может повлиять на вязкость стали.

Кремний (Si): Как раскислитель, он улучшает литейные характеристики стали, а также повышает прочность и твердость стали, но чрезмерное содержание может снизить вязкость стали.

Фосфор (P) и серы (S): Это примесные элементы, содержание которых должно строго контролироваться, чтобы избежать снижения вязкости и обрабатываемости стали.

Железо (Fe): Как матричный элемент, он образует каркас стали и обеспечивает основные механические свойства и обрабатываемость.

Стальной эквивалент A2

Американский стандарт инструментальной стали A2 также имеет эквивалентные марки в других странах с развитой промышленностью, что поможет вам и местным производителям механической обработки лучше выбрать аналогичные материалы-заменители:

Свойства инструментальной стали A2

Инструментальная сталь A2 - это инструментальная сталь средней степени холодной закалки, которая в основном используется для изготовления штампов для холодной обработки и штамповочных штампов. Она характеризуется высокой твердостью, хорошей износостойкостью, устойчивостью к сколам и поломкам, а также хорошими показателями термообработки, что делает ее особенно подходящей для точной обработки. Ниже я кратко расскажу об основных свойствах этого материала.

Предел текучести инструментальной стали A2

Предел текучести инструментальной стали A2 зависит от условий термической обработки и уровня твердости. После обычной термообработки он обычно составляет около 1450-1700 МПа (около 210000-247000 фунтов на квадратный дюйм). Инструментальная сталь A2 обычно используется для изготовления таких приспособлений, как заготовительные штампы, формовочные штампы, обрезные штампы, резьбонакатные штампы и штампы для штамповки.

Прочность на разрыв стали A2

Предел прочности инструментальной стали A2 зависит от термической обработки и не является фиксированным значением. После обычной закалки и отпуска прочность на разрыв обычно составляет 1850-2100 МПа (около 268000-305000 фунтов на квадратный дюйм). Она обладает высокой несущей способностью, износостойкостью и стабильностью размеров и широко используется для изготовления деталей инструментального типа, таких как пуансоны, заготовительные матрицы, лезвия ножниц, датчики, фиксирующие штифты и т. д.

Твердость стали A2

Твердость инструментальной стали A2 сильно зависит от условий термической обработки: в отожженном состоянии она составляет 197-241 HBW, в закаленном, но незакаленном состоянии может достигать 64 HRC, а рабочая твердость после обычного отпуска обычно составляет 57-62 HRC, что позволяет хорошо справляться с резкой, заготовкой, формовкой и другими задачами. Благодаря своей высокой твердости инструментальная сталь A2 широко используется в производстве штамповочных/формовочных приспособлений.

Обрабатываемость инструментальной стали A2

Инструментальная сталь A2 может быть обработана фрезерованием, точением, нарезанием резьбы, шлифованием, резкой проволокой и другими способами. После закалки и отпуска сталь A2 имеет относительно высокую твердость, поэтому следует выбирать керамические инструменты или инструменты из твердого сплава со сверхтвердым покрытием, а также правильно настраивать параметры обработки. Поскольку сталь A2 является токопроводящей, для получения высокоточных и высококачественных литьевых форм из стали A2 также часто используется резка проволокой.

Устойчивость к коррозии

Содержит 4,75%-5,50% хрома, обладает умеренной коррозионной стойкостью и может противостоять незначительной ржавчине и атмосферной коррозии в обычных условиях цеха или хранения в помещении. В основном используется для производства пуансонов, штампов, лезвий ножниц, вставок для пресс-форм, износостойких пластин, точных приспособлений и так далее.

Стабильность размеров

Для закалки инструментальной стали A2 используется статический метод естественного охлаждения. В процессе такой термообработки деформация материала крайне мала, и напряжение может быть снято более полно. Она подходит для изготовления деталей сложной геометрической формы с высокоточными допусками, таких как прецизионные пресс-формы и измерительные приборы.

Прочность

Инструментальная сталь A2 обладает относительно хорошей вязкостью среди штамповых сталей для холодной обработки. После термической обработки ее ударная вязкость составляет около 60-85 Дж/см². Низкотемпературный отпуск при 200°C может достичь более 60 Дж/см², а высокотемпературный отпуск при 600°C может увеличить ее примерно до 85 Дж/см², но при этом твердость значительно снизится. Он может противостоять сколам и трещинам, вызванным ударами, но следует отметить, что при температуре 400-500°C может возникнуть отпускная хрупкость.

Термообработка для обработки стали A2

Чтобы повысить общие физические характеристики инструментальной стали A2, нам часто приходится проводить термическую обработку этого материала:

Отжиг

Нагрейте со скоростью не более 400°F/час до 1550°F (843°C), выдержите 1 час на дюйм толщины (минимум 2 часа), затем охладите в печи со скоростью не более 50°F/час до 1000°F (538°C), а затем продолжите охлаждение в печи или на воздухе до комнатной температуры. После отжига твердость не превышает 235 HBW.

Цель: Размягчение материала, улучшение обрабатываемости и подготовка к последующей закалке.

Закалка

Предварительный нагрев: Нагревайте со скоростью не более 400°F/час до 1150-1250°F (621-677°C), а затем поднимите температуру до 1350-1450°F (732-788°C).

Аустенизация: Выдержите при температуре 1750-1800°F (941-982°C) в течение 30-45 минут на каждый дюйм толщины.

Закалка: воздушное охлаждение, использование газа под давлением или прерывистое охлаждение маслом до температуры ниже 150°F (66°C). Твердость после закалки составляет около 64 HRC.

Назначение: Получение высокой твердости и износостойкости путем быстрого охлаждения после аустенизации.

Примечание: Инструментальная сталь A2 не является водозакалочной. В принципе, следует использовать воздушное охлаждение или газовую закалку. Водяное охлаждение слишком сурово и может легко вызвать деформацию и растрескивание.

Отпускная обработка

Отпускайте сразу после закалки. Температура отпуска обычно составляет 350-500°F (177-260°C), обычно 400°F (204°C). Время выдержки составляет не менее 2 часов на дюйм толщины. Рекомендуется проводить двойной отпуск (между двумя циклами отпуска требуется охлаждение до комнатной температуры, чтобы способствовать превращению аустенита в мартенсит).

Назначение: Устранение закалочных напряжений, улучшение общих показателей твердости и вязкости, а также стабильность размеров.

Какие процессы обработки поддерживает инструментальная сталь A2

Для обработки инструментальной стали A2 в пресс-формы и другие приспособления часто требуется механическая обработка.

Обработка на станках с ЧПУ

Профессиональные инженеры ЧПУ подберут подходящие инструменты, параметры обработки и последовательность обработки в соответствии с условиями термической обработки материала. Заготовки с односторонней обработкой или низкими требованиями к точности обработки нескольких поверхностей могут быть использованы в 3-осевом режиме Обработка на станках с ЧПУ. Для деталей из инструментальной стали A2 с многослойной поверхностью и высокими требованиями к точности используются 4-осевые/5-осевая обработка с ЧПУ рекомендуется во избежание накопления допусков, задержки поставок и снижения квалификации. Иногда трехосевое ЧПУ может использоваться для черновой обработки с последующим тонким фрезерованием на пятиосевом станке, что позволяет значительно повысить эффективность производства.

Шлифование

Зеленые шлифовальные круги из карбида кремния могут использоваться для пакетного шлифования поверхностей. Скорость подачи и скорость шлифования должны быть правильно установлены, чтобы избежать прижогов поверхности заготовки. Они подходят для обработки пресс-форм, инструментов и серийных деталей с высокими требованиями к точности размеров и шероховатости поверхности.

Ковка

Начальная температура ковки составляет 1080-1120°C, а конечная температура ковки - ≥850°C. Кованая инструментальная сталь A2 не может охлаждаться водой и должна медленно охлаждаться естественным путем для предотвращения растрескивания. Она подходит для изготовления пресс-форм, оснастки, лезвий и износостойких деталей сложной формы или с отличной вязкостью.

Сварка

Специальная сварочная проволока для инструментальной стали A2 может быть использована для сварки TIG. Перед сваркой подогрейте до 200-300°C, затем медленно охладите после сварки и своевременно закалите, чтобы восстановить общую прочность и вязкость сварного шва.

Резка проволоки

Для обработки пресс-форм с использованием инструментальной стали A2, быстрая резка проволоки или медленная резка проволоки могут быть использованы. Медленная проволочная резка требует больших затрат на обработку, но точность и качество поверхности заготовок выше. Высокотемпературный отпуск позволяет снизить остаточное напряжение, уменьшить трещины и деформацию, подходит для прецизионных штампов и аналогичных применений.

Трудности и решения при обработке стали A2 с ЧПУ

1. Быстрый износ инструмента
Инструментальная сталь A2 обладает высокой твердостью и большим количеством легирующих элементов, что может легко привести к износу инструмента во время резания. Можно выбрать мелкозернистый твердый сплав, инструменты с твердым покрытием или керамические инструменты, а скорость резания и скорость подачи должны быть соответствующим образом снижены.

2. Высокая сила резания и вибрация
Материал обладает высокой прочностью и высокой стойкостью к резанию, что может легко вызвать вибрацию и повлиять на точность и качество поверхности. Необходимо повысить жесткость станка и приспособлений, оптимизировать углы наклона инструмента и отрегулировать параметры резания, чтобы избежать резонанса.

3. Тепловая деформация и проблемы стабильности размеров
Инструментальная сталь A2 обладает плохой теплопроводностью, и тепло при резке может легко концентрироваться, что может привести к термической деформации. Следует усилить охлаждение, разделить черновую и чистовую обработку и при необходимости проводить обработку для снятия напряжения.

4. Сложность контроля качества поверхности
Износ инструмента, вибрация или неправильные параметры могут привести к увеличению шероховатости, появлению царапин и заусенцев. Инструменты следует держать острыми, параметры обработки должны быть оптимизированы, а после обработки следует использовать такие методы, как шлифование и полирование.

Сравнение между сталью A2 и аналогичными инструментальными сталями

Сталь A2 против стали D2 против стали O1

A2, D2, и сталь O1 - 3 распространенные инструментальные стали. Они имеют сходства и различия в составе, характеристиках и областях применения. Конкретное сравнение выглядит следующим образом:

Различия в составе

A2: Содержание углерода 0,95%-1,05%, содержание хрома 4,75%-5,50%, содержит молибден, ванадий и другие элементы; это сталь воздушного упрочнения.

D2: содержание углерода 1.40%-1.60%, содержание хрома 11.00%-13.00%, содержит кобальт, ванадий и другие элементы; это высокоуглеродистая, высокохромистая сталь воздушного упрочнения.

O1: Содержание углерода 0,85%-1,00%, в основном содержит марганец, хром, вольфрам и другие элементы; является маслоупрочняющей сталью.

Сравнение производительности

Твердость и износостойкость:

Твердость A2 после закалки составляет 58-62 HRC, износостойкость выше, чем у O1, но ниже, чем у D2.

Твердость D2 достигает 60-65 HRC и обладает самой высокой износостойкостью, что делает ее пригодной для использования в условиях повышенного износа.

O1 имеет твердость 57-62 HRC, умеренную износостойкость и хорошо держит кромку.

Прочность:

A2 обладает средней прочностью, лучше, чем D2, и подходит для форм, которые должны выдерживать определенную степень воздействия.

D2 обладает меньшей вязкостью и склонен к хрупкому растрескиванию, поэтому следует избегать высоких ударных нагрузок.

O1 обладает относительно хорошей вязкостью и подходит для длинных лезвий или инструментов, требующих ударопрочности.

Стабильность размеров:

Поскольку A2 и D2 являются сталями воздушной закалки, деформация после закалки очень мала, что делает их пригодными для изготовления точных форм. Масляная сталь O1 имеет относительно большую деформацию после закалки в масле.

Различия в применении

Сталь A2: Подходит для высокоточных штампов для холодной обработки, калибров, ножниц и т.д., особенно для сценариев, требующих одновременно износостойкости и прочности, таких как штампы для штамповки при средних ударных нагрузках и ножи, изготавливаемые на заказ.

Сталь D2: Используется для изготовления высокоизносостойких и долговечных штампов для холодной обработки, таких как заготовительные, обрезные, резьбонакатные, полировальные и т.д. Она подходит для обработки материалов высокой твердости или длительных непрерывных операций.

O1 сталь: Обычно используется для изготовления инструментов общего назначения, таких как пуансоны, штампы, калибры, режущие инструменты и т.д. Он подходит для сценариев, требующих высокой прочности и умеренной износостойкости, а также часто используется для изготовления ножей DIY.

Сталь A2 против нержавеющей стали A2 70

Различия в составе

Инструментальная сталь A2 - это высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь для холодной обработки. Она имеет высокое содержание углерода и содержит легирующие элементы, такие как хром и молибден, в основном для получения высокой твердости и износостойкости. Нержавеющая сталь A2-70 - это аустенитная нержавеющая сталь для крепежа, с высоким содержанием хрома и никеля и низким содержанием углерода. Ее основными характеристиками являются коррозионная стойкость, хорошая пластичность и вязкость.

Разница в производительности

После закалки и отпуска инструментальная сталь A2 приобретает высокую твердость и отличную износостойкость. Она подходит для условий работы с высоким давлением, трением и высокими требованиями к стабильности размеров, но ее коррозионная стойкость относительно слабая. Нержавеющая сталь A2-70 обладает средней прочностью, хорошей вязкостью и пластичностью, устойчивостью к атмосферной и пресноводной коррозии, но в хлоридсодержащих средах она подвержена риску питтинговой коррозии или коррозии под напряжением.

Различия в применении

Инструментальная сталь A2 в основном используется для изготовления износостойких деталей инструментального типа, таких как штампы для холодной обработки, пуансоны, лезвия ножниц и измерительные приборы. Нержавеющая сталь A2-70 в основном используется для изготовления крепежных деталей, таких как болты, винты и гайки, а также для строительства, кухонного оборудования и общих коррозионностойких конструкционных деталей.

Сталь A2 против стали PM v11

Различия в составе

Инструментальная сталь A2 - традиционно выплавляемая инструментальная сталь для холодной обработки, содержащая высокий уровень углерода и средневысокий уровень хрома, с добавлением молибдена и ванадия для повышения прокаливаемости и износостойкости. Сталь PM V11 - это инструментальная сталь порошковой металлургии. В ее сплаве больше внимания уделяется балансу износостойкости и вязкости, а карбиды в ней более мелкие и равномерно распределены.

Сравнение производительности

После термообработки сталь A2 обычно достигает твердости 58-62 HRC, обладает хорошей износостойкостью и стабильностью размеров, но ее вязкость находится на среднем уровне. Поскольку сталь PM V11 имеет однородную структуру и очищенные карбиды, она обычно лучше держит кромку, износостойка и устойчива к сколам.

Процесс и стабильность

Сталь A2 имеет небольшую деформацию при термообработке и относительно легко обрабатывается, шлифуется и обслуживается, что делает ее пригодной для изготовления обычных прецизионных инструментов. Сталь PM V11 обладает лучшей стабильностью размеров и постоянством характеристик, но ее сложнее обрабатывать и затачивать, и она требует более строгого контроля процесса.

Различия в применении

Инструментальная сталь A2 подходит для холодных работ средней интенсивности, таких как прошивные штампы, заготовительные штампы, гибочные штампы, ножницы и калибры. Сталь PM V11 больше подходит для высокопроизводительных режущих инструментов, прецизионных штампов, штампов для холодной штамповки, а также для инструментов с высокой нагрузкой и длительным сроком службы.

Обрабатываемые принадлежности из инструментальной стали A2

Поскольку инструментальная сталь A2 обладает хорошими общими механическими характеристиками, из нее можно изготавливать различные типы деталей, не только пресс-формы, но и другие аксессуары, требующие сочетания прочности и жесткости. Ниже я классифицировал производственные корпуса из инструментальной стали A2, которые Weldo производила в течение многих лет, следующим образом:

Категория плесени

Заготовительные штампы: Используются для заготовки и пробивки металлических листов, например, штампы для заготовки автомобильных деталей и электронных компонентов.

Формовочные штампы: Включают в себя гибочные штампы, фальцевальные штампы, штампы для глубокой вытяжки, штампы для скручивания и т.д., используемые для формовки металла или пластика.

Штампы для тиснения: Используются для тиснения рисунков, текста или знаков на поверхности материалов.

Холодновысадочные штампы: Используются в процессах холодной штамповки, таких как холодная штамповка крепежа, например, болтов и гаек.

Штампы для холодной экструзии: Используются для холодной экструзионной формовки металла, например, экструзионные фильеры для труб и профилей.

Категория инструментов

Ножницы: Инструментальная сталь A2 часто используется для производства инструментов ножничного типа, таких как лезвия ножниц, ножи для продольной резки и обрезные ножи. Она подходит для холодной резки металлических листов или рулонов. Благодаря хорошей твердости, износостойкости и стабильности размеров, сталь A2 имеет широкое применение в промышленных ножницах.

Режущие инструменты: Некоторые виды стали A2 также могут использоваться для изготовления небольших режущих инструментов, таких как фрезы, сверла, развертки и т. д., особенно в тех случаях, когда требуется определенная степень износостойкости и сохранения кромки. Кроме того, ножи из стали А2 часто используются в инструментах, требующих вязкости, износостойкости и устойчивости кромки.

Манометры и измерительные инструменты

Измерительные приборы: Такие, как калибры-пробки, калибры-кольца, калибры-защелки и т. д., используются для измерения размеров и формы заготовок.

Шаблоны: Используются для проверки контуров заготовок и точности размеров.

Механические части

Пуансоны: Используются в качестве пуансонов при штамповке, заготовке, холодной высадке и других процессах, выдерживая высокие ударные нагрузки.

Оправки и втулки: Используются для механических передач и опор, требующих высокой износостойкости и стабильности размеров.

Приспособления и патроны: Используются для фиксации и зажима заготовок для обеспечения точности обработки.

Типы крепежа

Инструментальная сталь A2 подходит для изготовления крепежа, требующего высокой твердости, износостойкости и стабильности размеров. К ним относятся болты, винты, саморезы, болты специальной формы, стопорные кольца, зажимы, шайбы и нестандартные винты для пресс-форм. Большинство из них используются в местах соединения оснастки, пресс-форм и основного оборудования, обеспечивая надежное крепление и герметизацию.

Обработка поверхности стальных деталей A2

Азотирование
Азотирование образует на поверхности инструментальной стали A2 азотированный слой высокой твердости, улучшающий износостойкость, противозадирные свойства и освобождение формы. Она широко используется для изготовления пуансонов, штампов, вставок для глубокой вытяжки и других компонентов для штамповки, глубокой вытяжки и холодной штамповки.

PVD-покрытие
PVD осаждает тонкие пленки TiN, CrN или AlCrN на поверхности формовочной стали A2. Она обладает низкой деформацией, высокой твердостью и низким коэффициентом трения, что делает ее пригодной для изготовления прецизионных пуансонов, обрезных ножей и формообразующих вставок, используемых в высокоточной штамповке, листовой штамповке и в условиях повышенного износа.

Лечение ССЗ и ТПД
CVD и TRD создают карбидные слои с сильной адгезией на инструментальной стали воздушной закалки, обеспечивая хорошую износостойкость и работу при высоком давлении. Они обычно применяются для сердечников штампов холодной ковки, экструзионных штампов и износостойких ползунов при холодной штамповке с высоким поверхностным давлением и сильным трением.

Дробеструйное упрочнение
Дробеструйное упрочнение создает слой сжимающих напряжений на поверхности инструментальной стали A2 для холодной обработки путем ударной обработки, повышая усталостную прочность и трещиностойкость. Оно часто используется для изготовления оснований штампов, сердечников штампов, нажимных блоков и деталей с ударной нагрузкой в пресс-формах, подвергающихся многократным нагрузкам или сильным ударам.

Твердое хромированное покрытие
Твердое хромирование улучшает поверхностную твердость, износостойкость, предотвращает появление ржавчины и повышает эффективность выпуска деталей из стали A2. Оно обычно используется для штампов глубокой вытяжки, направляющих компонентов, нажимных плит и простых поверхностей полостей, особенно для чувствительных к затратам пресс-форм относительно простой формы.

Заключение

Сталь A2 - надежный выбор для изготовления прецизионных пресс-форм, режущих инструментов и прочных износостойких деталей благодаря сбалансированной твердости, вязкости, износостойкости и стабильности размеров. Понимание ее свойств, термической обработки, трудностей обработки и отличий от аналогичных инструментальных сталей поможет вам выбрать правильный материал. Для получения дополнительной информации об обработке стали A2 или сравнение цитат, Свяжитесь с инженерами Weldo Machining для получения точных цен, жестких допусков, множества вариантов обработки поверхности и своевременного выполнения проекта.