Strona główna / Wiki / Tabele referencyjne / Obróbka cieplna i stany (tempery) stopów do obróbki CNC

Obróbka cieplna i stany (tempery) stopów do obróbki CNC

Stany (tempery) stopów CNC: twardość stali po hartowaniu i odpuszczaniu w zależności od temperatury, od 6061-O do T651, 7075-T73 i 17-4PH od H900 do H1150 z limitami NACE.

Stal węglowa i stopowa — procesy obróbki cieplnej i typowa twardość

ProcesCo robiTypowa twardośćTypowe zastosowanieNorma
AnnealingNagrzanie powyżej lub blisko temperatury krytycznej, następnie bardzo wolne chłodzenie w piecu dla zmiękczenia i odprężenia160–217 HB (grade-dependent)Zagotowki pod obróbkę skrawaniem, obróbka plastyczna na zimno, odprężenie przed ponownym utwardzaniemGB/T 16923; ASTM A29; SAE J412
NormalizingNagrzanie 30–50 °C powyżej Ac3/Acm, następnie chłodzenie w nieruchomym powietrzu dla rozdrobnienia ziarna i ujednorodnienia struktury187–300 HB (grade-dependent)Duże odkuwki, części konstrukcyjne, gdzie hartowanie grozi odkształceniemGB/T 16923; ASTM A29
Quenching + temperingAustenityzacja, hartowanie do martenzytu w wodzie lub oleju, następnie ponowne nagrzanie poniżej Ac1 dla odprężenia i dostrojenia twardości24–57 HRC (depends on tempering temperature)Gotowe części maszyn: wały, koła zębate, elementy złączneGB/T 16924; ASTM A29
Quench and high temper (Q&T)Hartowanie, a następnie wysokie odpuszczanie w 500–650 °C, dające sorbyt odpuszczania o najlepszym balansie wytrzymałości i udarności28–34 HRC (common supply band)Korbowody, śruby, koła zębate, wały pod obciążeniem zmiennymGB/T 16924; GB/T 7232
Jak czytać tę tabelę. Typowe wartości zmieniają się z gatunkiem, przekrojem i praktyką piecową; projektuj wg obowiązującej specyfikacji i świadectwa hutniczego. Hartowanie i odpuszczanie (Q&T) na rysunku oznacza hartowanie, a następnie wysokie odpuszczanie w około 500–650 °C — oznaczenie łączone, a nie osobny proces. Nieodpuszczony martenzyt po hartowaniu jest kruchy i nie stosuje się go w eksploatacji.

Jaką twardość mogę oczekiwać od stali 1045 po wyżarzaniu a po normalizowaniu?

Wyżarzona 1045 leży w okolicy 160–200 HB (163 HB typowo dla walcowanej na gorąco), a normalizowana 1045 osiąga około 187 HB przy wytrzymałości 640 MPa — normalizowanie oddaje część obrabialności za mocniejszą i bardziej jednorodną strukturę.

StanWytrzymałość (MPa)Granica plastyczności (MPa)Wydłużenie (%)TwardośćŹródło
Hot-rolled / annealed565 (typical hot-rolled)31016163 HB; annealed band 160–200 HBS21 / S22 / S5
Normalized64041022187 HBS6 / S5
Quenched and tempered———220–290 HBS5
As-quenched (water, surface)———55–60 HRCS5
Flame / induction hardened (surface)———55–58 HRC, case depth 1.5–5 mmS5

Jaką twardość ma stal 4140 w dostawie pre-hard (hartowana i odpuszczana)?

Stal 4140 w stanie pre-hard przychodzi z 28–34 HRC; standardowa obróbka cieplna z odpuszczaniem w 540 °C daje 28–32 HRC i wytrzymałość 1,000–1,100 MPa. Chrom i molibden dają 4140 znacznie lepszą hartowność niż 1045, więc utrzymuje twardość po odpuszczaniu w większych przekrojach — duże pręty weryfikuj po świadectwie hutniczym, bo twardość spada z przekrojem.

Stan / temperatura odpuszczaniaWytrzymałość (MPa)Granica plastyczności (MPa)Wydłużenie (%)TwardośćŹródło
Annealed~655~41525197–217 HBS4
Normalized~1,020~65017250–300 HBS4
As-quenched (oil)———55–60 HRCS4
Q&T at 205 °C~2,000~1,600852–57 HRCS4
Q&T at 315 °C~1,700~1,4501045–50 HRCS4
Q&T at 425 °C~1,400~1,2501238–42 HRCS4
Q&T at 540 °C (standard HT)1,000–1,100850–9501828–32 HRCS4
Q&T at 650 °C (high ductility)~850~7002224–28 HRCS4
Pre-hardened as-supplied———28–34 HRCS4

Jak twarda jest stal bezpośrednio po hartowaniu, przed odpuszczaniem?

Zarówno 1045 (hartowanie w wodzie), jak i 4140 (hartowanie w oleju) osiągają około 55–60 HRC tuż po hartowaniu — ale ten nieodpuszczony martenzyt jest zbyt kruchy do eksploatacji, więc każdą hartowaną część odpuszcza się do twardości roboczej przed użyciem.

StalOśrodek hartującyTuż po hartowaniu (HRC)Twardość robocza po odpuszczeniuUwaga
1045Water55–60220–290 HB (Q&T)Stal węglowa o płytkiej hartowności; rdzeń w dużych przekrojach mięknije
4140Oil55–6028–32 HRC (tempered at 540 °C)Stal Cr-Mo o głębokiej hartowności; wybieraj ją do większych przekrojów

Co oznacza hartowanie i odpuszczanie i dlaczego jest określane na rysunku?

Hartowanie i odpuszczanie oznacza hartowanie do martenzytu, a następnie ponowne nagrzanie poniżej temperatury krytycznej; hartowanie z wysokim odpuszczaniem (500–650 °C) daje sorbyt odpuszczania — zwykle 28–32 HRC — najlepszy balans wytrzymałości i udarności dla wałów i kół zębatych. Odpuszczanie zawsze wymienia twardość na udarność: ta sama 4140, wychodząca z hartowania z 55–60 HRC, rozciąga się od 52–57 HRC do 24–28 HRC, gdy temperatura odpuszczania rośnie od 205 °C do 650 °C.

StalPasmo dostaw Q&TTylko po hartowaniuPo co odpuszczanie
1045220–290 HB55–60 HRC (water)Nieodpuszczony martenzyt pęka w eksploatacji; odpuszczanie odzyskuje udarność kosztem kontrolowanej utraty twardości
414028–34 HRC pre-hard55–60 HRC (oil)Wysokie odpuszczanie w 500–650 °C tworzy sorbyt odpuszczania — stan, w którym określa się wały i koła zębate

O ile mocniejszy jest 6061-T6 w porównaniu z 6061-O?

6061-T6 osiąga 310 MPa (45 ksi) wytrzymałości wobec 125 MPa (18 ksi) dla 6061-O — około 2.5× — z granicą plastyczności 276 wobec 55 MPa i twardością 95 wobec 30 HB; całą różnicę daje obróbka cieplna, a nie dodatki stopowe. Standardowe minimum stoją obok wartości typowych: blacha i płyta 6061-T6 muszą osiągać 290 MPa (42 ksi) wytrzymałości i 240 MPa (35 ksi) granicy plastyczności, podczas gdy 310/276 MPa to wartości typowe.

Stop i stan (temper)Wytrzymałość, MPa (ksi)Granica plastyczności, MPa (ksi)Wydłużenie (%)Twardość (HB)Źródło
6061-O125 (18)55 (8)25–2730S7 / S8
6061-T4 / T451240 (35)145 (21)2265S7 / S8
6061-T6 / T651310 (45)276 (40)12–1595S7 / S8

Czy 6061-T651 jest mocniejszy niż 6061-T6?

Nie — obie dają 310 MPa (45 ksi) wytrzymałości i 276 MPa granicy plastyczności. T651 dodaje 1–3% trwałego rozciągania po hartowaniu dla odprężenia naprężeń hartowniczych, więc lepiej trzyma wymiary przy obróbce skrawaniem; dlatego praca na płytach i panelach startuje z półfabrykatu T651.

Stan (temper)ProcesRóżnica mechanicznaNormaŹródło
OW pełni wyżarzony — nagrzany i wolno chłodzony do najmiększego stanuNajniższa wytrzymałość, najwyższa podatność na obróbkę plastycznąISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S19 / S7
T4Przesycony, następnie naturalnie starzony w temperaturze pokojowejUmiarkowana wytrzymałość, wciąż podatny na obróbkę plastycznąISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S15 / S7
T6Przesycony, następnie sztucznie starzony do szczytu wytrzymałościNajwyższa wytrzymałość dla stopuISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S15 / S7
T651T6 plus rozciąganie 1–3% dla odprężenia przed starzeniemWytrzymałość jak T6; lepsza stabilność wymiarowa przy obróbce skrawaniemISO 2107; ASTM B209/B221S14 / S7 / S24
T73Przesycony, następnie przestarzony w dwustopniowym starzeniuWytrzymałość niższa niż T6; znacznie lepsza odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe; głównie seria 7xxxAMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880S9 / S2

Czym jest stan T73 i kiedy go wybrać?

T73 to przestarzony stan dwustopniowy wybierany ze względu na odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe w częściach lotniczych. Wytrzymałość 7075-T73 podawana jest w dwóch bazach zachowanych jako osobne wiersze — typowa wartość ASM Handbook 505 MPa i specyfikacja płyty ASTM B209 460–475 MPa — i nigdy nie są uśredniane. 6061 nie jest dostarczany w T73, dlatego liczby prezentuje 7075.

Obowiązująca bazaWytrzymałość (MPa)Granica plastyczności (MPa)Wydłużenie (%)TwardośćŹródło
7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference)50543513—S1 / S2
7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec)460–475385–3905–8126–140 HBS9
7075-T6 — typical, for comparison572 (83 ksi)503 (73 ksi)——S7

Jaki jest najmocniejszy standardowy stan starzenia 17-4PH?

H900, starzenie w 482 °C (900 °F) przez 1 godzinę, daje minimum 1,310 MPa (190 ksi) wytrzymałości, 1,170 MPa (170 ksi) granicy plastyczności i co najmniej 40 HRC — najmocniejszy i najmniej udarny koniec z trzech standardowych stanów. Wszystkie wartości to minimum specyfikacji pręta wg ASTM A564 / AMS 5643.

StanTemperatura / czas starzeniaWytrzymałość min., MPa (ksi)Granica plastyczności min., MPa (ksi)Wydłużenie min. (%)TwardośćPraca łomności Charpy V (ft-lb)Źródło
H900482 °C (900 °F) / 1 h1,310 (190)1,170 (170)10≥40 HRC (typical 44)10–15 (low)S3 / S23
H1025552 °C (1,025 °F) / 4 h1,070 (155)1,000 (145)12≥35 HRC (typical 38)35–45 (moderate)S3 / S23
H1150621 °C (1,150 °F) / 4 h930 (135)725 (105)1628–33 HRC (typical 33)60–80 (high)S3 / S23

Który stan 17-4PH daje najwyższą udarność?

H1150, starzenie w 621 °C, utrzymuje minimum 930 MPa (135 ksi) wytrzymałości przy 16% wydłużenia i 28–33 HRC — najwyższą udarność Charpy z trzech stanów. Od H900 do H1150 wytrzymałość spada o około 30%, granica plastyczności o około 38%, a wydłużenie rośnie od 10% do 16%: wyższa temperatura starzenia powiększa wydzielenia bogate w miedź i wymienia wytrzymałość na udarność. Wartości Charpy to reprezentatywne pasma wzdłużne i zmieniają się z formą wyrobu i kierunkiem wycięcia.

StanPraca łomności Charpy V (ft-lb)Wydłużenie (%)TwardośćNajlepszy dla
H90010–15 (low)10≥40 HRCCzęści o najwyższej wytrzymałości bez udarów i ekspozycji kriogenicznej
H102535–45 (moderate)12≥35 HRCStan uniwersalnie zbalansowany
H115060–80 (high)1628–33 HRCCzęści narażone na udary i temperatury kriogeniczne; także wybór zgodny z NACE

Czy 17-4PH może pracować w serwisie kwaśnym wg NACE?

Tylko H1150 — albo H1025 z weryfikacją każdego wytopu, że rzeczywista twardość nie przekracza 33 HRC — przechodzi wg NACE MR0175 / ISO 15156-3; H900 z minimum 40 HRC nie przechodzi. Regułę wyznacza twardość: serwis kwaśny ogranicza twardość do 33 HRC.

StanTwardość wg specyfikacjiStatus wg NACE MR0175Uwaga
H900≥40 HRC (typical 44)Not qualifiedZdecydowanie przekracza limit 33 HRC dla serwisu kwaśnego
H1025≥35 HRC (typical 38)ConditionalTylko z weryfikacją każdego wytopu, że rzeczywista twardość nie przekracza 33 HRC
H115028–33 HRC (typical 33)CompliantStandardowy wybór do serwisu kwaśnego

Jak korzystać z tych liczb

  • Wartości oznaczone min. to minimum specyfikacji z obowiązującej normy (ASTM / AMS); wartości nieoznaczone są typowe i zmieniają się z formą wyrobu, przekrojem i praktyką piecową — projektuj wg obowiązującej specyfikacji i świadectwa hutniczego.
  • Twardość stali spada z przekrojem (efekt masy): pre-hard 4140 28–34 HRC dotyczy dostarczonego wymiaru pręta, więc duże przekroje weryfikuj po świadectwie hutniczym, a nie wg katalogu.
  • Reprezentatywne parametry obróbki cieplnej: przesycanie 6061 — 530 °C, chłodzenie w wodzie; sztuczne starzenie T6 — 160 °C przez około 18 h lub 177 °C przez około 8 h; wyżarzanie do O przy 413 °C; dwustopniowe starzenie 7075-T73 — 110 °C 8 h plus 175 °C 8 h, po przesycaniu w 475 °C przez 90 min i 3 dobach starzenia naturalnego.
  • Stany 17-4PH to jeden nadrzędny stan przesycany (stan A po ostygnięciu z około 1040 °C) starzony w różnych temperaturach — liczba H to temperatura starzenia w °F. Pręt wg ASTM A564/A564M, płyta i blacha wg ASTM A693, części lotnicze wg AMS 5643/5604; chiński odpowiednik 05Cr17Ni4Cu4Nb — GB/T 1220.
  • Zahartowany, ale nieodpuszczony martenzyt (55–60 HRC w obu stalach odniesienia) to zagrożenie przy obróbce skrawaniem i szlifowaniu, a nie stan dostawy: zamawiaj stal w stanie wyżarzonym, znormalizowanym lub hartowanym i odpuszczanym, resztę zostaw obróbce cieplnej.

Najczęściej zadawane pytania

Jaką twardość mogę oczekiwać od stali 1045 po wyżarzaniu a po normalizowaniu?
Wyżarzona 1045 to około 160–200 HB (163 HB typowo), a normalizowana 1045 osiąga około 187 HB przy wytrzymałości 640 MPa.
Jaką twardość ma stal 4140 w stanie pre-hard (hartowana i odpuszczana)?
Pre-hard 4140 to zwykle 28–34 HRC; standardowa obróbka cieplna z odpuszczaniem w 540 °C daje 28–32 HRC i wytrzymałość 1,000–1,100 MPa.
Jak twarda jest stal bezpośrednio po hartowaniu, przed odpuszczaniem?
Zarówno 1045 (woda), jak i 4140 (olej) osiągają około 55–60 HRC po hartowaniu, ale nieodpuszczony martenzyt jest zbyt kruchy do eksploatacji.
Co oznacza hartowanie i odpuszczanie i dlaczego jest określane na rysunku?
Hartowanie plus wysokie odpuszczanie w 500–650 °C tworzące sorbyt odpuszczania, zwykle 28–32 HRC — najlepszy balans wytrzymałości i udarności dla wałów i kół zębatych.
O ile mocniejszy jest 6061-T6 w porównaniu z 6061-O?
6061-T6 osiąga 310 MPa (45 ksi) wytrzymałości wobec 125 MPa (18 ksi) dla 6061-O — około 2.5× większa wytrzymałość.
Czy 6061-T651 jest mocniejszy niż 6061-T6?
Nie — obie dają 310 MPa (45 ksi) wytrzymałości i 276 MPa granicy plastyczności; T651 dodaje rozciąganie 1–3% dla odprężenia, więc lepiej trzyma wymiary przy obróbce.
Czym jest stan T73 i kiedy go wybrać?
Przestarzony stan dwustopniowy: 7075-T73 daje 505 MPa wytrzymałości wg ASM Handbook (460–475 MPa dla płyty wg ASTM B209), wybierany ze względu na odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe.
Jaki jest najmocniejszy standardowy stan starzenia 17-4PH?
H900, starzenie w 482 °C przez 1 godzinę: minimum 1,310 MPa (190 ksi) wytrzymałości i co najmniej 40 HRC — z najniższą udarnością z trzech.
Który stan 17-4PH daje najwyższą udarność na części udarowe i kriogeniczne?
H1150, starzenie w 621 °C: 930 MPa (135 ksi) wytrzymałości przy 16% wydłużenia i 28–33 HRC, najwyższa udarność Charpy z trzech.
Czy 17-4PH może pracować w serwisie kwaśnym wg NACE?
Tylko H1150, albo H1025 ze weryfikacją wytopu przy maksimum 33 HRC, przechodzi wg NACE MR0175; H900 z minimum 40 HRC nie przechodzi.

Normy i źródła

  • S1 — ASM Metals Handbook, Vol. 2 (Properties and Selection: Nonferrous Alloys), wyd. 10: typowe wartości 7075-T73
  • S2 — recenzowane badanie odkuwek AA7075 (PMC): sekwencja starzenia T73 i wartości odniesienia ASM
  • S3 — JN Alloys, obróbka cieplna 17-4PH: dane stanów H900 / H1025 / H1150 (sprawdzone wobec minimum ASTM A564)
  • S4 — Nifty Alloys, obróbka cieplna stali 4140: wykres odpuszczania wg temperatury
  • S5 — dane gatunku steelstandart dla 1045: twardość po wyżarzaniu, Q&T i tuż po hartowaniu
  • S6 — opublikowana karta hutnicza, pręt 1045 ze stali węglowej średniowytrzymałej, właściwości po normalizowaniu
  • S7 — Tech Steel, właściwości 6061 (UNS A96061): wartości typowe wg temperów i porównanie z 7075-T6
  • S8 — Weltstahl, karta aluminium 6061: typowe właściwości mechaniczne
  • S9 — dane blachy i płyty 7075-T73 / T7351: właściwości mechaniczne wg grubości (baza ASTM B209)
  • S14 — ISO 2107, oznaczenia temperów aluminium (chiński odpowiednik GB/T 16475); S15 — klasyfikacje aluminium AZoM; S19 — GB/T 16475; S24 — przewodnik temperów (praktyka rozciągania T651)
  • S21 / S22 — dane stanu wyżarzonego 1045 (The World Material; dane hutnicze SAE 1045); S23 — skrótowa karta Alloy 17-4PH: pasma twardości i Charpy
  • Obowiązujące normy niosą nośne minimum: ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
  • MatWeb wykluczony (robots.txt blokuje dostęp automatyczny); karty dystrybutorów zawierają tylko kolumny wartości typowych, a minimum specyfikacji odsyłają do oryginałów ASTM / AMS / GB

Powiązane strony

Pobierz tę tabelę