H13 инструментална стомана: Основни свойства за матрици при прецеждане

Накратко

H13 инструменталната стомана е хром-молибденова стомана за гореща обработка със съдържание 5% хром, често изисквана за матрици за прецението поради изключителната си комбинация от висока якост, превъзходна устойчивост на термична умора (пукотини от топлина) и способността да запазва твърдостта си при високи температури. Тези характеристики я правят стандарт в индустрията за прецението на сплави от алуминий, цинк и магнезий, осигурявайки по-дълъг живот на матриците и последователно високо качество на детайлите.

Разбиране на H13 инструменталната стомана: Състав и основни характеристики

H13 инструменталната стомана е универсална хром-молибденова стомана за гореща обработка, класифицирана в група AISI H. Тя се отличава като най-широко използваната инструментална стомана за гореща работа поради добре балансиран състав на сплавта, който осигурява превъзходна комбинация от свойства за приложения с високо напрежение и високи температури. Основното ѝ предимство е способността ѝ да издържа на цикличното нагряване и охлаждане, присъщо на процеси като прецението, без преждевременно разрушаване.

Производителността на H13 е пряко свързана с неговия специфичен химичен състав. Ключовите легирани елементи — хром, молибден и ванадий — всеки допринасят за отделни и съществени предимства. Хромът е от съществено значение за осигуряване на висока якост при високи температури, твърдост и устойчивост на корозия. Молибденът значително подобрява якостта и твърдостта на стоманата при повишени температури, свойство, известно като «твърдост при горещо» или «червена твърдост». Ванадият играе критична роля в усъвършенстването на зърнестата структура и образуването на твърди ванадиеви карбиди, което увеличава устойчивостта на износване и общата якост. Тази синергична комбинация е това, което прави H13 толкова издръжлив.

Определяща характеристика на H13 е, че той е въздушно-закаляваема стомана. Както е описано в ръководството на Aobo Steel , това означава, че може да се закали чрез охлаждане на спокойен въздух след нагряване до температурата на аустенизация. Тази характеристика е голямо предимство, защото минимизира деформациите и вътрешните напрежения, които могат да възникнат при по-агресивни методи за закаляване в течности, осигурявайки по-добра размерна стабилност при сложни форми на матрици.

Типичен химичен състав на H13 стомана

Точното съотношение на елементите е от решаващо значение за постигане на желаните свойства на H13. Въпреки че съществуват незначителни разлики между производителите, типичният състав е следният:

Ключови свойства на H13 за високоефективно леене под налягане

Изискващата среда при леенето под налягане изисква материал за матрица, който може многократно да издържа на екстремни условия. Инструменталната стомана H13 е предпочитаният материал точно защото нейните механични и топлинни свойства са идеално подходящи за това предизвикателство. Цикличното впръскване на разтопен метал, последвано от охлаждане, оказва огромно напрежение върху матрицата, а H13 е проектирана да го издържа.

Най-важните свойства за приложения при леене под налягане включват:

• Съпротива на термичната умора: Това е безспорно най-важното свойство за матрици за прецисно леене под налягане. Постоянното преминаване между високи температури (от разтопения метал) и по-ниски температури (по време на охлаждане и изхвърляне) създава термични напрежения, които могат да доведат до образуването на мрежа от фини повърхностни пукнатини, известни като «термично напукване». Съставът на H13 осигурява отлична устойчивост срещу възникването и разпространението на тези пукнатини, значително удължавайки живота на матрицата.
• Висока твърдост при високи температури (червенолудна твърдост): H13 запазва своята твърдост и якост дори при високите температури, на които се подлага по време на леенето. Тази «червенолудна твърдост» предпазва работната повърхност на матрицата от деформиране, ерозия или омекване при контакт с разтопен алуминий, цинк или магнезий, осигурявайки точни размери на отливките в продължение на много цикли.
• Отлична якост и дуктилност: Пресформоването включва високи налягания и механични удари. H13 притежава изключителна твърдост, което му позволява да абсорбира енергията от ударите без разрушаване. Това предотвратява катастрофално разпадане на формата и е от съществено значение за форми със сложни детайли или остри ъгли, които могат да действат като концентратори на напрежение.
• Добра съпротива на износ: Потокът от разтопен метал може да бъде абразивен, постепенно износвайки повърхността на формата. Твърдите ванадиеви карбиди в микроструктурата на H13 осигуряват добра устойчивост към този ерозионен износ, което помага за запазване на качеството на повърхността на формата и полученияя отлив.

Балансът между твърдост и якост е от съществено значение. Докато много твърда матрица би устоявала на износване, тя може да е прекалено крехка, за да издържи на механичните удари при леене под налягане. H13 осигурява оптимално равновесие, като обикновено се термично обработва до твърдост 42–52 HRC за матрици, което предлага здравословна комбинация от устойчивост на износване и устойчивост на пукане. За приложения, изискващи максимални експлоатационни характеристики, висококачествени марки, произведени чрез електрошлаково преваряване (ESR) или вакуумно-дъгово преваряване (VAR), предлагат още по-голяма чистота и хомогенност, допълнително подобрявайки якостта и уморния живот.

Критичен процес на термична обработка за стомана H13

Постигането на изключителните свойства на стоманата за инструменти H13 зависи изцяло от прецизен и внимателно контролиран топлообработъчен процес. Неправилното топлообработка може да остави стоманата твърде мека, твърде крехка или с вътрешни напрежения, които водят до преждевременна повреда. Процесът включва няколко различни етапа, всеки от които е от решаващо значение за разработването на крайната микроструктура и характеристики на производителността.

Стандартната последователност на топлообработка на H13 включва предварително загряване, аустентизиране, загряване и закаляване. Според техническите данни от Хъдсън инструментална стомана , често се препоръчва двойно предварително загряване за сложни инструменти, за да се сведе до минимум изкривяването. Целта е инструментът да достигне еднаква температура преди стадия на ожесточаване при висока температура.

Основните стъпки са следните:

1. Прегряване: Инструментът се нагрява бавно до температура от 1150-1250°F (621-677°C) и се изравнява. За сложни части се използва втори предварителен нагряване до 1500-1600 °F (816-871 °C), преди да се премине към окончателната температура на втвърдяване.
2. Използване на изкуствени материали: След предварително загряване стоманата се нагрява бързо до аустенизиращата си температура, обикновено между 1800-1890 ° F (982-1032 ° C). Той се задържа на тази температура за достатъчно време (накисване), за да се превърне напълно в аустенит.
3. Гасене: H13 се изгася, за да се охлади бързо и да се превърне аустенитът в мартензит, много твърда и силна микроструктура. Като стомана, която се втвърдява във въздуха, това може да се направи на въздух за секции с дебелина до 15 см. За по-дебели секции може да се изисква принуден въздух, газ под налягане или прекъсване на заглушаването на маслото, за да се постигне пълна твърдост.
4. Степен на оцветяване: Това е важна последна стъпка, която се извършва веднага след гасенето. Завъртената стомана е крехка и съдържа високи вътрешни напрежения. Тъпенето включва прегряване на стоманата до по-ниска температура, обикновено между 1000-1150 ° F (538-621 ° C), и поддържане на това за минимум два часа. За H13 е жизненоважен двоен или дори троен процес на закаляване. Тази процедура трансформира запазения аустенит, облекчава вътрешните напрежения и развива желания баланс на твърдост и твърдост.

Резюме на топлообработката

Чести приложения и инструменти за стомана H13

Въпреки че H13 е безспорен лидер за използване в матрици за прецесно леене, отличното съчетание от свойства я прави подходяща за широк кръг от други приложения при работа на висока температура и дори за някои приложения при работа на студено. Нейната универсалност я превръща в една от най-популярните инструментални стомани в производството. Способността да устои на термична умора, да запазва якост при високи температури и да поема ударни натоварвания я прави надежден избор за множество изискващи условия на работа.

Освен основното ѝ приложение в прецесното леене, H13 често се използва и в няколко други ключови области:

• Инструменти за екструзия: Използва се за матрици, оправници и вложки при екструзия на алуминий, месинг и други цветни сплави. Високата ѝ твърдост при температура предотвратява износване или деформация на матрицата под въздействието на огромното налягане и топлина по време на процеса на екструзия.
• Матрици за коване: При приложения за горещо коване, H13 се използва за изработване на матрици, които трябва да издържат както на високи ударни натоварвания, така и на екстремни температури. Коването на високоефективни части, като тези, използвани в автомобилната индустрия, изисква здрави и надеждни инструменти. Компании, специализирани в тази област, като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , разчитат на матрици от високо качество, за да произвеждат прецизно проектирани ковани части за автомобили.
• Форми за лене на пластмаси: За форми, които произвеждат големи количества абразивни, пълнени със стъкло пластмаси, H13 предлага по-добра устойчивост на износване и якост в сравнение със стандартните стомани за форми. Високата му способност за полиране също е значително предимство при производството на части с висококачествена повърхност.
• Други приложения при работа на висока температура: H13 се използва и за ножове за горещо рязане, пуансоны и оправки, където устойчивостта към топлина и удар е от първостепенно значение.

Изборът на H13 за конкретно приложение често зависи от основното изисквано свойство, както е посочено от източници като Diehl Steel . Таблицата по-долу съпоставя често срещани приложения с ключовите свойства на H13, които го правят подходящ избор.

Често задавани въпроси

1. В какво се състои разликата между инструменталната стомана H11 и H13?

H11 и H13 са много подобни хромови стомани за гореща работна температура. Основната разлика е, че H13 съдържа по-високо количество ванадий (около 1,00% спрямо 0,40% при H11). Това по-голямо съдържание на ванадий осигурява на H13 леко по-добра устойчивост на износване, твърдост при високи температури и устойчивост към термично напукване, което я прави по-предпочитана за по-тежки приложения като прецизно леене под налягане на алуминий.

3. Може ли да се заварява стомана H13?

Да, H13 може да се заварява, обикновено за поправка на матрици или форми. Въпреки това, това изисква внимателни процедури, за да се избегне напукване. Незаваряването предварително трябва да бъде подгрято, а след заварката е задължителна термична обработка (отпускане), за да се отстранят напреженията и да се възстановят свойствата на материала в зоната, засегната от топлината.

3. Каква е типичната твърдост на H13 за матрица за прецизно леене под налягане?

За формите за прецизно леене под налягане, H13 обикновено се термично обработва до твърдост по Рокуел С (HRC) между 42 и 52. Точната твърдост е компромис: по-висока твърдост (например 50–52 HRC) осигурява по-добра устойчивост на износване, но може да бъде малко по-малко яка, докато по-ниската твърдост (например 42–46 HRC) предлага максимална якост и устойчивост към пукане за сметка на част от устойчивостта на износване.