H13 szerszámacél: Főbb tulajdonságok nyomásos öntőformákhoz

TL;DR

Az H13 szerszámacél egy 5% króm-molibdén tartalmú melegmunka acél, amelyet széles körben alkalmaznak öntőformákhoz, kiváló szívósságának, kitűnő hőfáradási ellenállásának (hőrepedezés) és keménységének a magas hőmérsékleten történő megőrzési képességének köszönhetően. Ezek a tulajdonságok iparági szabvánnyá teszik az alumínium, cink és magnézium ötvözetek öntésénél, biztosítva ezzel a forma hosszabb élettartamát és az alkatrészek állandó minőségét.

H13 szerszámacél: Összetétel és főbb jellemzők

Az H13 szerszámacél egy sokoldalú króm-molibdén tartalmú melegmunka acél, amely az AISI H-sorozatú acélok közé tartozik. Azért emelkedik ki, mivel a leggyakrabban használt melegmunka szerszámacél, jól kiegyensúlyozott ötvözőösszetétele miatt, amely kiváló tulajdonságkombinációt nyújt nagy igénybevételű, magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz. Fő előnye abban rejlik, hogy ellenáll a die-castinghez hasonló folyamatokban jellemző ciklikus felmelegedésnek és hűlésnek anélkül, hogy idő előtt meghibásodna.

A H13 teljesítményét közvetlenül a specifikus vegyi összetétele függvénye. A fő ötvözőelemek - króm, molibdén és vanád - mindegyike különös és döntő előnyeit nyújtja. A króm elengedhetetlen a magas hőmérsékletű szilárdság, keménység és korróziós ellenállás biztosításához. A molibdén jelentősen növeli a csiszolt acél hőmérsékletén belüli szilárdságát és keménységét, ez a tulajdonság a "forró keménység" vagy a "vörös keménység" néven ismert. A vanádium kritikus szerepet játszik a szemszerkezet finomításában és a kemény vanádium-karbidok kialakításában, ami növeli a kopásálló és az általános merevséget. Ez a szinergikus keverék teszi a H13-at olyan ellenállóvá.

A H13-at meghatározó jellemzője, hogy levegőhárító acél. A következő útmutatóban részletezettek szerint: Aobo acél , ez azt jelenti, hogy a kívánt ausztenitizálási hőmérsékletre történő felmelegítést követően léghűtéssel edzhető. Ez a tulajdonság nagy előnyt jelent, mivel minimalizálja az alaktorzulást és a belső feszültségeket, amelyek agresszívebb, folyadékkal történő edzési módszerek alkalmazásánál felléphetnek, így biztosítva a jobb méretstabilitást összetett formaadó szerszámok geometriájában.

Az H13 acél tipikus kémiai összetétele

Az elemek pontos aránya döntő fontosságú az H13 kívánt tulajdonságainak eléréséhez. Bár a gyártók között előfordulhatnak csekély eltérések, a tipikus összetétel a következő:

Az H13 legfontosabb tulajdonságai nagy teljesítményű öntőformákhoz

Az öntés kihívásokkal teli környezete olyan formaanyagot igényel, amely képes ismétlődően extrém körülményeket elviselni. Az H13 szerszámacél pont azért az első választás, mert mechanikai és hőfizikai tulajdonságai ideálisan alkalmasak erre a feladatra. Az olvadt fém ciklikus befecskendezése, majd hűtése óriási terhelést jelent az öntőformára, és az H13 pontosan erre a célra készült.

Az öntési alkalmazások számára legkritikusabb tulajdonságok a következők:

• Hőfeszültségi fáradás ellenállása: Ez vitathatatlanul a leghatározóbb tulajdonság az öntőformák számára. A folyamatos hőingadozás – magas hőmérséklet (a forró fém miatt) és alacsonyabb hőmérséklet (hűlés és kiegyezés közben) – termikus feszültségeket okoz, amelyek finom felületi repedések hálózatához, az úgynevezett 'hőrepedezéshez' vezethetnek. Az H13 összetétele kiváló ellenállást biztosít ezen repedések kialakulásával és terjedésével szemben, jelentősen meghosszabbítva az forma élettartamát.
• Magas forró keménység (vöröskeménység): Az H13 megőrzi keménységét és szilárdságát akkor is, amikor az öntés során fellépő magas hőmérsékletek hatnak rá. Ez a 'vöröskeménység' megakadályozza, hogy az öntőforma üreg deformálódjon, elerodálódjon vagy lágyuljon el az olvadt alumíniummal, cinkkel vagy magnéziummal való érintkezés során, így biztosítja az öntvények méretpontosságát több ezer cikluson keresztül.
• Kiváló szívósság és alakíthatóság: A nyomásos öntés nagy nyomásoknak és mechanikai ütőerőknek van kitéve. Az H13 kiváló szívóssággal rendelkezik, amely lehetővé teszi az ütésenergia elnyelését repedés nélkül. Ez megakadályozza a sérülékeny forma katasztrofális meghibásodását, és különösen fontos az olyan formák esetében, amelyek bonyolult részletekkel vagy éles sarkokkal rendelkeznek, melyek feszültségkoncentrátorként hatnak.
• Jó viselkedési ellenállás: A forró fém áramlása abrazív hatású lehet, fokozatosan elkopva a forma felületét. Az H13 mikroszerkezetében található kemény vanádium-karbidok jó ellenállást biztosítanak ezzel szemben az erodatív kopásnak, így segítenek fenntartani a forma felületi minőségét és az így készült öntvények minőségét.

A keménység és szívósság közötti egyensúly kulcsfontosságú. Habár egy nagyon kemény sablon ellenáll a kopásnak, az túlságosan rideggé válhat a nyomóöntés mechanikai sokkjaival szemben. Az H13 optimális egyensúlyt biztosít, amelyet általában 42–52 HRC keménységre hőkezelnek sablonokhoz, így kiváló kombinációt nyújt a kopásállóság és törésállóság terén. Olyan alkalmazásoknál, amelyek maximális teljesítményt igényelnek, az Elektro-slag újraolvasztással (ESR) vagy Vákuum-íves újraolvasztással (VAR) előállított prémium minőségű fokozatok még nagyobb tisztaságot és homogenitást nyújtanak, tovább növelve a szívósságot és a fáradási élettartamot.

Kritikus hőkezelési folyamat H13 acélhoz

Az H13 szerszámacél kiváló tulajdonságainak elérése teljes mértékben egy pontosan meghatározott és gondosan szabályozott hőkezelési folyamaton alapul. A helytelen hőkezelés miatt az acél túl puha, túl rideg vagy belső feszültségekkel terhelt lehet, ami korai meghibásodáshoz vezethet. A folyamat több elkülöníthető szakaszból áll, amelyek mindegyike döntő fontosságú a végső mikroszerkezet és teljesítményjellemzők kialakításában.

Az H13 szabványos hőkezelési sorrendje előmelegítést, ausztenitizálást, edzést és visszalazítást foglal magában. A Hudson Tool Steel műszaki adatok szerint összetett szerszámok esetén gyakran ajánlott a kétszeres előmelegítés a torzulás minimalizálása érdekében. A cél az, hogy a szerszámot egységes hőmérsékletre melegítsük, mielőtt a magas hőmérsékletű edzési szakaszba lépnénk.

A kulcsfontosságú lépések a következők:

1. Előmelegítés: A szerszámot lassan felmelegítik 1150–1250 °F (621–677 °C) hőmérsékletre, és kiegyenlítik. Összetett alkatrészek esetén második előmelegítést alkalmaznak 1500–1600 °F (816–871 °C) hőmérsékletre, mielőtt az utolsó keményítési hőmérsékletre lépnének.
2. Ausztenitizálás (edzés): Az előmelegítés után az acélt gyorsan felmelegítik az ausztenitizálási hőmérsékletre, amely általában 1800–1890 °F (982–1032 °C) között van. Ezt a hőmérsékletet elegendő ideig tartják fenn (kipárolgás), hogy a mikroszerkezet teljesen átalakuljon ausztenitté.
3. Hűtés: Az H13-at olyan edzéssel hűtik le gyorsan, amely az ausztenitet martenszitté alakítja át, egy nagyon kemény és szilárd mikroszerkezetté. Mivel levegőhőzhető acélról van szó, ezt legfeljebb 5 hüvelyk vastagságú szelvényeknél nyugvó levegőben is el lehet végezni. Vastagabb szelvények esetén teljes keménység eléréséhez erőltetett levegő, sűrített gáz vagy megszakított olajfürdő szükséges lehet.
4. Edzés: Ez egy kritikus végső lépés, amelyet azonnal a edzést követően hajtanak végre. A megkeményített acél rideg, és nagy belső feszültségeket tartalmaz. A visszahőtés során az acélt alacsonyabb hőmérsékletre melegítik újra, általában 1000–1150 °F (538–621 °C) közé, és legalább két órán át ezen a hőmérsékleten tartják. Az H13 esetében különösen fontos a dupla vagy akár tripla visszahőtés. Ez az eljárás átalakítja a visszatartott ausztenitet, csökkenti a belső feszültségeket, és kialakítja a kívánt keménység- és szívósság-arányt.

Hőkezelés összefoglalása

H13 acél gyakori alkalmazásai és szerszámai

Bár az H13 a nyomásos öntőformák elismert bajnoka, kiváló tulajdonságainak egyensúlya miatt széles körben alkalmazható más melegmunkás, sőt néhány hidegmunkás alkalmazásban is. Sokoldalúsága miatt az H13 az egyik legnépszerűbb szerszámacél a gyártásban. A hőfáradás ellenállása, a magas hőmérsékleten fenntartott szilárdság és a sokk elnyelésének képessége megbízható választássá teszi számos igényes szerszámalkalmazásban.

Az H13-at a nyomásos öntésen túl számos egyéb fontos területen is gyakran használják:

• Extrúziós szerszámok: Alumínium, rézötvözetek és egyéb nem vasalapú ötvözetek extrudálásához használt formák, mandrinok és bélések készítéséhez alkalmazzák. A meleg keménység miatt a forma nem kopik vagy deformálódik az extrúziós folyamat során fellépő óriási nyomás és hő hatására.
• Kovácsformák: Forró alakítási alkalmazásokhoz az H13-at olyan szerszámkések gyártására használják, amelyeknek ki kell állniuk a nagy ütőterheléseket és a rendkívül magas hőmérsékleteket. Magas teljesítményű alkatrészek, például az autóiparban használt elemek kovácsolásához erős és megbízható szerszámok szükségesek. Ebben a területben specializálódott vállalatok, mint például Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , minőségi szerszámkékekre támaszkodnak, hogy pontossággal tervezett kovácsolt autóipari alkatrészeket állítsanak elő.
• Műanyag fröccsöntő formák: Nagy mennyiségű, üvegszálas, kopásálló műanyagokat gyártó formák esetén az H13 kiválóbb kopásállóságot és szilárdságot nyújt a szokványos formaacélokkal szemben. Kiváló fényezhetősége további jelentős előny a magas minőségű felületű alkatrészek előállításánál.
• Egyéb forró alakítási alkalmazások: Az H13 forró vágó pengéihez, kivágó szerszámokhoz és mandzsinákhoz is használatos, ahol a hő- és ütésállóság elsődleges fontosságú.

Az H13 adott alkalmazásra történő kiválasztása gyakran az igényelt fő tulajdonságtól függ, ahogyan azt például a Diehl Steel . Az alábbi táblázat a gyakori alkalmazásokat képezi le a kulcsfontosságú H13 tulajdonságokra, amelyek alkalmas választássá teszik azt.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a különbség az H11 és az H13 szerszámacél között?

Az H11 és az H13 nagyon hasonló kromos melegmunka acélok. A fő különbség az, hogy az H13 magasabb vanádiumtartalommal rendelkezik (körülbelül 1,00% az H11 0,40%-ával szemben). Ez a növekedett vanádiumtartalom miatt az H13 kissé jobb kopásállósággal, meleg keménységgel és hőrepedezés-állósággal rendelkezik, ezért általánosan előnyben részesítik igénybevétel szempontjából magasabb követelményeket támasztó alkalmazásoknál, például alumínium nyomásos öntési formáknál.

3. Hegeszthető-e az H13 acél?

Igen, az H13 hegeszthető, általában formák vagy öntőformák javításához. Azonban óvatos eljárásra van szükség a repedések elkerülése érdekében. A szerszám megfelelő előmelegítése a hegesztés előtt, valamint a hegesztést követő hőkezelés (edzés) elengedhetetlen a feszültségek feloldásához és az anyag tulajdonságainak helyreállításához a hőhatás alatt lévő zónában.

4. Mekkora az H13 típusú acél tipikus keménysége egy nyomásos öntési forma esetében?

Öntőformák esetében az H13-as acélt általában 42 és 52 HRC (Rockwell C keménység) között hőkezelik. A pontos keménység egy kompromisszum: a magasabb keménység (pl. 50–52 HRC) jobb kopásállóságot biztosít, de kissé alacsonyabb ütőszívóssággal rendelkezik, míg az alacsonyabb keménység (pl. 42–46 HRC) maximális ütőszívósságot és repedésállóságot nyújt a kopásállóság rovására.