H13 alatni čelik: Ključna svojstva za kalupe za tlanje pod tlakom

KRATKO

H13 alatni čelik je 5% hrom-molibdenski čelik za toplu obradu, koji se često specificira za kalupe za pod pritiskom zbog izuzetne kombinacije visoke žilavosti, odlične otpornosti na termičku zamornost (pucanje uslijed topline) i sposobnosti zadržavanja tvrdoće pri povišenim temperaturama. Ova svojstva čine ga industrijskim standardom za lijevanje legura aluminija, cinka i magnezija, osiguravajući dulji vijek trajanja kalupa i dosljedan kvalitet gotovih proizvoda.

Razumijevanje H13 alatnog čelika: Sastav i osnovna svojstva

H13 alatni čelik je sveprisutan hrom-molibdenski čelik za toplu obradu, klasificiran u AISI H-seriju čelika. Izbija se kao najčešće korišteni alatni čelik za toplu obradu zbog dobro uravnoteženog sastava slitine koji omogućuje izvrsnu kombinaciju svojstava za primjene pod velikim opterećenjem i visokim temperaturama. Njegova primarna prednost leži u sposobnosti da izdrži ciklično zagrijavanje i hlađenje prisutno u procesima poput ljevanja pod tlakom bez preranog otkaza.

Učinkovitost H13 izravno ovisi o njegovom specifičnom kemijskom sastavu. Ključni legirajući elementi – krom, molibden i vanadij – svaki na svoj način daju bitne prednosti. Krom je ključan za visoku čvrstoću na visokim temperaturama, tvrdoću i otpornost na koroziju. Molibden znatno poboljšava čvrstoću i tvrdoću čelika na povišenim temperaturama, svojstvo poznato kao 'tvrdoća na vruće' ili 'crvena tvrdoća'. Vanadij igra ključnu ulogu u usitnjavanju zrnaste strukture i stvaranju tvrdih vanadijevih karbida, što povećava otpornost na habanje i ukupnu žilavost. Baš taj sinergijski sastav čini H13 tako otpornim.

Karaktersistična značajka H13 je da se radi o čeliku koji se kaljenjem na zraku otvrdnjava. Kao što je detaljno opisano u vodiču od Aobo Steel , što znači da se može kaliti hlađenjem na mirnom zraku nakon zagrijavanja na temperaturu austenitizacije. Ova karakteristika je velika prednost jer minimizira izobličenja i unutarnje napetosti koje mogu nastati agresivnijim metodama kaljenja u tekućinama, osiguravajući bolju dimenzionalnu stabilnost kod složenih oblika alata.

Tipični kemijski sastav H13 čelika

Točan omjer elemenata ključan je za postizanje željenih svojstava H13 čelika. Iako postoje manje varijacije između proizvođača, tipični sastav je sljedeći:

Ključna svojstva H13 za visokonaponsko lijevanje pod tlakom

Zahtjevni uvjeti u procesu lijevanja pod tlakom zahtijevaju materijal kalupa koji može izdržati ekstremne uvjete ponovljeno. Alatni čelik H13 je preferirani materijal upravo zato što su njegova mehanička i toplinska svojstva idealno prilagođena ovom izazovu. Cikličko ubrizgavanje rastopljenog metala, nakon kojeg slijedi hlađenje, stvara ogroman napon na kalupu, a H13 je konstruiran da ga izdrži.

Najvažnija svojstva za primjenu u lijevanju pod tlakom uključuju:

• Otpornost na termičko umora: Ovo je bez sumnje najvažnije svojstvo za kalupe u postupku pod pritiskom. Stalno izmjenično zagrijavanje na visoke temperature (zbog rastopljenog metala) i hlađenje na niže temperature (tijekom hlađenja i izbacivanja) stvara toplinske napetosti koje mogu dovesti do pojave mreže sitnih pukotina na površini, poznatih kao 'toplotne pukotine'. Sastav H13 čelika osigurava odličnu otpornost na nastanak i širenje ovih pukotina, znatno produljujući vijek trajanja kalupa.
• Visoka tvrdoća na visokim temperaturama (tvrdoća na crveno): H13 zadržava svoju tvrdoću i čvrstoću čak i pri visokim temperaturama koje se javljaju tijekom lijevanja. Ova 'tvrdoća na crveno' sprječava deformaciju, eroziju ili omekšavanje šupljine kalupa pri kontaktu s rastopljenim aluminijem, cinkom ili magnezijem, osiguravajući dimenzionalnu točnost odljevaka kroz mnogo ciklusa.
• Izvrsna žilavost i duktilnost: Izlijevanje na lijevom proizvodu uključuje visok pritisak i mehaničke udare. H13 ima superiornu čvrstoću, što mu omogućuje apsorpciju energije udara bez pukotina. To sprečava katastrofalan neuspjeh i ključno je za obloge s složenih detalja ili oštrim uglovima koji mogu djelovati kao koncentracije napetosti.
• Dobra otpornost na nošenje: Prolaz topljenog metala može biti abrazivan, te postupno uništavati površinu materijala. Čvrsti vanadijski karbidi u H13-ovoj mikrostrukturi pružaju dobru otpornost na ovo erozivno nošenje, što pomaže u održavanju površinske obrade matice i dobivenih livenih dijelova.

Ravnoteža između tvrdoće i otpornosti je ključna. Iako bi vrlo tvrda matrica mogla odoljeti habanje, mogla bi biti previše krhka da bi se nosila s mehaničkim udarima odlijevanja matricom. H13 pruža optimalnu ravnotežu, obično toplinski tretirana do tvrdoće od 4252 HRC za obloge, što nudi robusnu kombinaciju otpornosti na habanje i čvrstoće pri lomljenju. Za primjene koje zahtijevaju maksimalnu učinkovitost, vrhunske kvalitete proizvedene putem elektro-slag-remeltinga (ESR) ili vakuum-arc-remeltinga (VAR) nude još veću čistoću i homogenost, dodatno poboljšavajući otpornost i životnost od umora.

Proces kritične toplinske obrade za H13 čelik

Uspješnost u postizanju iznimnih svojstava od H13-og čelika za alat u potpunosti ovisi o preciznom i pažljivo kontroliranom postupku toplinske obrade. Nepravilna toplinska obrada može učiniti čelik previše mekim, krhkim ili s unutarnjim stresom koji dovodi do prijevremenog kvarenja. Proces uključuje nekoliko različitih faza, od kojih je svaka ključna za razvoj konačne mikrostrukture i karakteristika performansi.

U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog Pravilnika, za H13 se primjenjuje sljedeći postupak: Prema tehničkim podacima iz Sredstva za proizvodnju gume , dvostruko zagrijavanje često se preporučuje za složene alate kako bi se smanjila deformacija. Cilj je da se alat dostigne jednake temperature prije faze tvrđanja na visokom temperaturi.

Osnovni koraci su sljedeći:

1. Smanjenje: Alat se polako zagrijava na temperaturu od 1150-1250 °F (621-677 °C) i izjednačava. Za složene dijelove, koristi se drugo zagrijavanje na 1500-1600 °F (816-871 °C) prije nego što se prebaci na konačnu temperaturu tvrđivanja.
2. S druge strane, za proizvodnju električnih goriva za snimanje se upotrebljavaju: Nakon zagrijavanja, čelik se brzo zagrijava do temperature austenitizacije, obično između 1800-1890 ° F (982-1032 ° C). U ovom se stanju održava dovoljno dugo (napunjenje) da se njegova mikrostruktura potpuno pretvori u austenit.
3. Kaljenje: H13 se ugasi kako bi se brzo ohladio i transformirao austenit u martensit, vrlo tvrdu i snažnu mikrostrukturu. Kao čelik koji se tvrdi na zraku, to se može učiniti na mirnom zraku za dijelove debljine do 5 inča. Za deblje dijelove može biti potreban prisilni zrak, plin pod pritiskom ili prekid ugasivanja ulja kako bi se postigla potpuna tvrdoća.
4. Smanjenje: Ovo je ključan završni korak koji se izvodi odmah nakon kaljenja. Zakaleni čelik krhak je i sadrži visoke unutarnje napetosti. Poboljšavanje uključuje ponovno zagrijavanje čelika na nižu temperaturu, obično između 1000-1150°F (538-621°C), i održavanje najmanje dva sata. Za H13, dvostruko ili čak trostruko poboljšavanje od presudne je važnosti. Ova procedura pretvara svaki zadržani austenit, smanjuje unutarnje napetosti i razvija konačnu željenu ravnotežu tvrdoće i žilavosti.

Sažetak toplinske obrade

Uobičajene primjene i alati za H13 čelik

Iako je H13 nedvojbeni šampion za kalupe za pod pritiskom, njegova izvrsna ravnoteža svojstava čini ga prikladnim za širok spektar drugih primjena za rad na visokoj temperaturi, pa čak i za neke primjene na niskoj temperaturi. Njegova univerzalnost učinila ga je jednim od najpopularnijih alatnih čelika u proizvodnji. Sposobnost da otpire termičkom umoru, održava čvrstoću na visokim temperaturama i apsorbira udarce čini ga pouzdanim izborom za mnoge zahtjevne alatne scenarije.

Osim primarne upotrebe u lijevanju pod tlakom, H13 se često koristi u nekoliko drugih ključnih područja:

• Alati za ekstruziju: Koristi se za kalupe, matrice i obloge u ekstruziji aluminija, mesinga i drugih neželjeznih legura. Tvrdost na visokoj temperaturi sprječava habanje ili deformaciju kalupa pod ogromnim tlakom i toplinom procesa ekstruzije.
• Kalupi za kovanje: Za primjenu u vrućem kovanju, H13 se koristi za izradu alata koji moraju podnijeti i visoke udarne opterećenja i ekstremne temperature. Kovanje visokoperformantnih dijelova, poput onih koji se koriste u automobilskoj industriji, zahtijeva izdržljivu i pouzdanu alatnu opremu. Kompanije koje se specijaliziraju za ovu oblast, poput Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , oslanjaju se na visokokvalitetne kalupe za proizvodnju precizno izrađenih automobilske kovane komponente.
• Kalupi za plastičnu ekstruziju: Za kalupe koji proizvode velike količine abrazivnih, staklenim vlaknima punjenih plastika, H13 nudi izvrsnu otpornost na habanje i žilavost u usporedbi sa standardnim čelicima za kalupe. Njegova visoka sposobnost poliranja također je značajna prednost pri proizvodnji dijelova s visokokvalitetnom površinskom obradom.
• Ostale primjene u vrućem radu: H13 se također koristi za noževe za vruće rezanje, probojnice i mandre gdje je otpornost na toplinu i udar ključna.

Odabir H13 za određenu primjenu često ovisi o glavnom potrebnom svojstvu, kao što navode izvori poput Diehl Steel . U tablici u nastavku prikazane su uobičajene primjene i ključna svojstva H13 koja ga čine prikladnim izborom.

Često postavljana pitanja

1. U čemu je razlika između alatnog čelika H11 i H13?

H11 i H13 su vrlo slični kromirani čelici za topli rad. Glavna razlika je u tome što H13 sadrži veću količinu vanadija (oko 1,00% naspram 0,40% kod H11). Povećana količina vanadija daje H13-u nešto bolju otpornost na habanje, tvrdoću na visokim temperaturama i otpornost na pucanje uslijed topline, zbog čega se općenito više koristi za zahtjevnije primjene poput valjanja aluminija pod tlakom.

3. Može li se čelik H13 zavarivati?

Da, H13 se može zavarivati, obično radi popravka kalupa ili matrica. Međutim, potrebne su pažljive procedure kako bi se izbjeglo pucanje. Ispravno predgrijavanje alata prije zavarivanja i toplinska obrada nakon zavarivanja (popuštanje) nužne su za rasterećenje naprezanja i vraćanje svojstava materijala u zoni utjecaja topline.

5. Kolika je tipična tvrdoća H13 za kalup za valjanje pod tlakom?

Kod alata za razlivno lijevanje, čelik H13 se obično toplinski obrađuje do tvrdoće po Rockwellu C (HRC) između 42 i 52. Točna tvrdoća je kompromis: veća tvrdoća (npr. 50–52 HRC) pruža bolju otpornost na habanje, ali može biti nešto manje žilava, dok niža tvrdoća (npr. 42–46 HRC) nudi maksimalnu žilavost i otpornost na pucanje na račun nešto manje otpornosti na habanje.