H13-työkaluteräs: Tärkeimmät ominaisuudet painovalumuotteihin

TL;DR

H13-työkaluteräs on 5 %:n kromi-molybdeenikuuma työteräs, jota käytetään yleisesti painevalumuoteissa sen erinomaisen sitkeyden, huippuluokan vastuksen lämpöväsymistä (kuumaruiskutusta) ja kyvyn säilyttää kovuus korkeissa lämpötiloissa vuoksi. Nämä ominaisuudet tekevät siitä alan standardin alumiini-, sinkki- ja magnesiumseosten valussa, varmistaen pidemmän muottielämän ja johdonmukaisen osalaadun.

H13-työkaluteräksen ymmärtäminen: Koostumus ja keskeiset ominaisuudet

H13-työkaluteräs on monikäyttöinen kromi-molybdeenikuuma työteräs, joka kuuluu AISI H-sarjan teräksiin. Se erottuu laajimmin käytettynä kuumatyökaluteräksenä tasapainoisella seostekoostumuksellaan, joka tarjoaa erinomaisen yhdistelmän ominaisuuksia korkeaan rasitukseen ja korkeisiin lämpötiloihin soveltuvissa sovelluksissa. Sen ensisijainen etu on kyky kestää die casting -prosesseissa luontaisesti olevaa syklistä lämpenemistä ja jäähtymistä ilman ennenaikaista rikkoutumista.

H13:n suorituskyky on suoraan sidottu sen tiettyyn kemialliseen koostumukseen. Avainmikroosat—kromi, molybdeeni ja vanadiini—tuovat kukin erityisen tärkeät edut. Kromi on olennaisen tärkeä korkean lämpötilan lujuuden, kovuuden ja korroosion kestävyyden kannalta. Molybdeeni parantaa merkittävästi teräksen lujuutta ja kovuutta korotetuissa lämpötiloissa, ominaisuus, jota kutsutaan nimellä 'kuuma kovuus' tai 'punainen kovuus'. Vanadiini toimii keskeisessä osassa rakeen rakenteen hienontamisessa ja kovien vanadiinikarbidien muodostamisessa, mikä lisää kulumiskestävyyttä ja yleistä sitkeyttä. Tämä synerginen seos on se, mikä tekee H13:sta niin kestävän.

H13:n tunnusomainen piirre on, että se on ilmakarkeneva teräs. Asiasta kertoo yksityiskohtaisesti oppaassa Aobo Steel , mikä tarkoittaa, että se voidaan kovettaa jäähdyttämällä lepoilmassa sen lämmitettäessä austeniittilämpötilaan. Tämä ominaisuus on merkittävä etu, koska se minimoitaa muodonmuutokset ja sisäiset jännitykset, jotka voivat syntyä aggressiivisemmissa nestekarkaisumenetelmissä, ja taataan näin parempi mittojen vakaus monimutkaisissa muotigeometrioissa.

Tyypillinen kemiallinen koostumus H13-teräksestä

Alkuaineiden tarkka tasapaino on ratkaisevan tärkeää H13:n haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Vaikka valmistajien välillä esiintyy pieniä vaihteluita, tyypillinen koostumus on seuraava:

H13:n avainominaisuudet suorituskykyiseen muotipursotukseen

Muotipursotuksen vaativa ympäristö edellyttää muottimateriaalia, joka kestää ääriolosuhteita toistuvasti. H13-työkaluteräs on suosittu materiaali juuri siksi, että sen mekaaniset ja lämpöominaisuudet sopivat erinomaisesti tähän haasteeseen. Sulan metallin syklisen ruiskutuksen ja jäähdytyksen seurauksena muottiin kohdistuu valtavaa rasitusta, jonka H13 on suunniteltu kestämään.

Muotipursotussovelluksissa tärkeimmät ominaisuudet ovat:

• Lämpömuodon vastustuskyky: Tämä on epäilemättä tärkein ominaisuus valumuoteille. Jatkuva vaihtelu korkeista lämpötiloista (sulasta metallista) matalampiin lämpötiloihin (jäähdytyksen ja ulostyönnön aikana) luo lämpöjännityksiä, jotka voivat johtaa useisiin ohuisiin pinnan halkeamiin, joita kutsutaan 'lämpöhalkeamiseksi'. H13:n koostumus tarjoaa erinomaisen vastustuskyvyn näiden halkeamien syntymiselle ja leviämiselle, mikä merkittävästi pidentää muotin käyttöikää.
• Korkea kuumakova: H13 säilyttää kovuutensa ja lujuutensa jopa valussa esiintyvissä korkeissa lämpötiloissa. Tämä 'kuumakova' estää muottikaviteetin muodonmuutokset, kuluminen tai pehmeneminen, kun se on kosketuksissa sulassa alumiiniin, sinkkiin tai magnesiumiin, varmistaen valukappaleiden mitallisen tarkkuuden monien syklujen ajan.
• Erinomainen sitkeys ja ductiliteetti: Puristusvalmisteessa esiintyy korkeita paineita ja mekaanisia iskuja. H13:lla on erinomainen sitkeys, joka mahdollistaa iskunenergian absorboinnin säröytymatta. Tämä estää katastrofaalit muottiviat ja on ratkaisevan tärkeää muoteille, joissa on monimutkaisia yksityiskohtia tai teräviä kulmia, jotka voivat toimia jännityksenkeskittymiinä.
• Hyvä kuljetuskestävyys: Sulanut metalli voi olla karheaa ja vähitellen kuluttaa pois muotin pinnan. H13:n mikrorakenteessa olevat kovat vanadiinikarbidit tarjoavat hyvän kestävyyden tätä eroosioon liittyvää kulumista vastaan, mikä auttaa ylläpitämään muotin pintalaatua sekä valumetalliosien laatua.

Kovuuden ja sitkeyden välinen tasapaino on avainasemassa. Vaikka erittäin kova muotti kestäisi kulumaan, se saattaa olla liian hauras kestämään painevalukappaleiden mekaanisia iskuja. H13 tarjoaa optimaalisen tasapainon ja se on yleensä lämpökäsitelty 42–52 HRC:n kovuuteen muoteissa, mikä tarjoaa vankkan yhdistelmän kulumisvastusta ja murtositkeyttä. Sovelluksissa, joissa vaaditaan maksimisuorituskykyä, premium-luokan lajit, jotka on tuotettu sähköslagiuudellepuhdistuksella (ESR) tai tyhjiökaariuudellepuhdistuksella (VAR), tarjoavat vielä suuremman puhtauden ja homogeenisuuden, parantaen sitkeyttä ja väsymisikää.

Kriittinen lämpökäsittelyprosessi H13-teräkselle

H13-työkalu teräksen poikkeuksellisten ominaisuuksien saavuttaminen riippuu täysin tarkasta ja huolellisesti kontrolloidusta lämpökäsittelyprosessista. Jos terästä käsitellään lämpöllä väärin, se voi olla liian pehmeää, liian hauraaa tai sisäistä rasitusta, joka johtaa ennenaikaiseen rikkoutumiseen. Prosessiin kuuluu useita eri vaiheita, joista jokainen on ratkaisevan tärkeä lopullisen mikrostruktuurin ja suorituskyvyn kehittämiseen.

H13:n normaali lämpökäsittelyjärjestys sisältää esilämmityksen, austenisaation, sammuttamisen ja karsuttamisen. Tutkimuksen mukaan Hudson-työkalu teräs , monimutkaisten työkalujen osalta suositellaan usein kaksoiskärmittämistä vääristymisen minimoimiseksi. Tavoitteena on saada työkalu tasaiseen lämpötilaan ennen korkean lämpötilan kovettamista.

Tärkeimmät vaiheet ovat seuraavat:

1. Ennakkoväritys: Työkalu lämmitetään hitaasti 1150-1250 °F (621-677 °C) lämpötilaan ja tasaistetaan. Monimutkaisten osien osalta käytetään toista esilämmitystä 1500-1600 °F:ään (816-871 °C) ennen siirtymistä lopulliseen kovettumisen lämpötilaan.
2. Astenitisointi (kestäminen): Ennen lämmitystä teräs kuumennetaan nopeasti austenisaatiolämpötilaan, yleensä 1800-1890 ° F (982-1032 ° C). Se pidetään tässä lämpötilassa riittävän kauan (siirtymä), jotta sen mikrostruktuuri muuttuu kokonaan austeniteeksi.
3. Jäähdytys: H13-vetystä käytetään nopeasti jäähdytykseen ja sen muuttamiseen martensiteeksi, joka on erittäin kova ja vahva mikrostruktuuri. Koska teräs on ilmassa kovetusta, se voidaan tehdä ilmassa, kun se on jopa 15 senttimetrin paksu. Paksummat osat voivat vaatia pakotettua ilmaa, paineistettua kaasua tai keskeytettyä öljyn sammuttamista täydellisen kovuuden saavuttamiseksi.
4. Käristys: Tämä on ratkaiseva viimeinen vaihe, joka suoritetaan välittömästi jäähdytyksen jälkeen. Karkaistu teräs on haurasta ja sisältää suuria sisäisiä jännityksiä. Lämpökäsittelyssä teräs lämmitetään uudelleen matalampaan lämpötilaan, tyypillisesti 1000–1150°F (538–621°C), ja pidetään vähintään kaksi tuntia. H13-teräkselle kaksois- tai jopa kolmoislämpökäsittely on välttämätöntä. Tämä menettely muuttaa mahdollisen jäljelle jääneen austeniitin, poistaa sisäiset jännitykset ja kehittää lopullisen halutun tasapainon kovuuden ja sitkeyden välillä.

Lämpökäsittelyn yhteenveto

Yleisiä sovelluksia ja työkaluja H13-teräkselle

Vaikka H13 on ehdoton mestari muotipursotuksessa, sen erinomainen ominaisuustasapaino tekee siitä sopivan laajan alueen muihin kuumatyökalu- ja jopa joitain kylmätyökalusovelluksiin. Monipuolisuutensa ansiosta se on yksi suosituimmista työkaluteräksistä valmistuksessa. Kyky kestää lämpöväsymystä, säilyttää lujuus korkeissa lämpötiloissa ja absorboida iskut tekevät siitä luotettavan vaihtoehdon moniin vaativiin työkaluratkaisuihin.

Sen pääkäytön lisäksi muotipursotuksessa, H13:ää käytetään usein myös useissa muissa keskeisissä sovelluksissa:

• Puristustyökalut: Käytetään muoteissa, tukisauleissa ja suuttimissa alumiinin, messinkin ja muiden ei-raudan seosten puristuksessa. Sen kuumakova rakenne estää muotin kulumisen tai muodonmuutoksen valtavan paineen ja lämmön edessä puristusprosessin aikana.
• Vaatetyöt: Muotit Kuumakalvostuksen sovelluksissa H13:ää käytetään muotteihin, joiden on kestettävä sekä suuria iskukuormia että äärimmäisiä lämpötiloja. Korkean suorituskyvyn osien, kuten autoteollisuudessa käytettyjen, valmistaminen edellyttää kestäviä ja luotettavia työkaluja. Tällä alalla toimivat yritykset, kuten Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , käyttävät korkealaatuisia muotteja tarkasti suunniteltujen autojen kuumavalukomponenttien valmistamiseen.
• Muovin ruiskumuottausmuotit: Kuitulasisillä, kuluttavilla muoveilla tuotantoon tarkoitettuihin muotteihin H13 tarjoaa paremman kulumis- ja iskunkestävyyden verrattuna tavallisiin muottiteräksiin. Sen hyvä kiillotettavuus on myös merkittävä etu pintojen laadukkaassa viimeistelyssä.
• Muut kuumatyösovellukset: H13:ää käytetään myös kuumille leikkuuteräille, punssein ja mandrelle, joissa lämmön ja iskun kestävyys on ratkaisevan tärkeää.

Tietyssä sovelluksessa H13:n valinta perustuu usein lähteissä kuten Diehl Steel . Alla oleva taulukko kuvaa yleiset käyttökohteet ja avainominaisuudet H13:ssa, jotka tekevät siitä sopivan valinnan.

Usein kysytyt kysymykset

1. Mikä on ero H11- ja H13-työkaluterästen välillä?

H11 ja H13 ovat hyvin samankaltaisia kromipitoisia kuumatyöteräksiä. Pääasiallinen ero on, että H13 sisältää enemmän vanadiinia (noin 1,00 % verrattuna H11:n 0,40 %:iin). Tämä suurempi vanadiinipitoisuus antaa H13:lle hieman paremman kulumis- ja kuumavakaan lujuuden sekä vastustuskyvyn lämpörikastumista vastaan, mikä tekee siitä yleensä suositumpaa vaativiin sovelluksiin, kuten alumiinipainovaluun.

2. Voidaanko H13-terästä hitsata?

Kyllä, H13:ta voidaan hitsata, yleensä muottien tai valukon elinkaaren korjauksessa. Hitsaukseen liittyy kuitenkin tarkkoja menettelytapoja halkeamisen välttämiseksi. Työkalun esilämmitys ennen hitsausta ja jälkilämmittely (temperointi) ovat olennaisia vaiheita jännitysten poistamiseksi ja materiaalin ominaisuuksien palauttamiseksi hitsausaluerajan vaikutusvyöhykkeellä.

3. Mikä on tyypillinen kovuus H13:sta valumuotissa?

Valumuottien osalta H13 karkaistaan yleensä Rockwell C -kovuuteen (HRC) 42–52 välille. Tarkka kovuus on kompromissi: korkeampi kovuus (esim. 50–52 HRC) tarjoaa paremman kulumisvastuksen, mutta sitkeyden kannalta se saattaa olla hieman heikompi, kun taas alhaisempi kovuus (esim. 42–46 HRC) tarjoaa maksimaalisen sitkeyden ja halkeamisvastuksen hieman heikomman kulumisvastuksen kustannuksella.