H13工具鋼：ダイカスト金型に不可欠な特性

要点まとめ

H13工具鋼は、5％のクロム-モリブデン系熱間作業用鋼であり、優れた靭性、優れた耐熱疲労性（熱割れ抵抗性）、および高温下でも硬度を保持する能力という優れた特性の組み合わせから、ダイカスト金型に広く採用されています。これらの特性により、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム合金の鋳造において業界標準となっており、金型寿命の延長と安定した部品品質を実現しています。

H13工具鋼の理解：組成と主要特性

H13工具鋼は、AISI Hシリーズに分類される多用途なクロム-モリブデン系熱間作業用鋼です。高応力・高温環境での使用に適したバランスの取れた合金組成により、特に熱間加工などの繰り返しの加熱・冷却が伴うプロセスにおいて早期破損なく使用できる点が評価され、最も広く使われている熱間工具鋼です。

H13の性能は、その特定の化学組成と直接関係しています。主要な合金元素であるクロム、モリブデン、バナジウムはそれぞれ、明確で重要な利点をもたらします。クロムは高温強度、硬度および耐食性を付与するために不可欠です。モリブデンは鋼材の高温における強度と硬度を著しく向上させ、この性質は「赤熱硬さ」または「ホットハーネス」として知られています。バナジウムは粒状組織の微細化と硬質なバナジウム炭化物の形成に重要な役割を果たし、これにより耐摩耗性と全体的な靭性が向上します。この相乗的な組み合わせこそが、H13を非常に耐久性のある材料にしているのです。

H13の特徴的な点は、空冷硬化鋼であるということです。以下に、「 Aobo Steel これは、オーステナイト化温度まで加熱した後に空気中で冷却することで硬化できることを意味します。この特性は大きな利点であり、より急激な液体による焼入れ法に比べて生じる歪みや内部応力を最小限に抑えるため、複雑な金型形状において優れた寸法安定性を確保できます。

H13鋼の典型的な化学組成

所望の特性を得るためには、元素の正確なバランスが極めて重要です。製造業者間でわずかな差異が存在する場合もありますが、一般的な組成は以下の通りです。

高性能ダイカスト用H13の主要特性

ダイカストの厳しい環境では、極端な条件を繰り返し耐えうる金型材料が求められます。H13工具鋼は、その機械的性質および熱的性質がこの用途に非常に適しているため、好んで使用されています。溶融金属の周期的な注入と冷却が金型に大きな応力を与えますが、H13はそれらに耐えるように設計されています。

ダイカスト用途において最も重要な特性は以下の通りです：

• 熱疲労抵抗： これはダイカスト金型にとって arguably 最も重要な特性です。溶融金属による高温から冷却および押し出し時の低温への繰り返しの温度変化は、熱的応力を生じさせ、「熱ひび割れ（heat checking）」と呼ばれる微細な表面亀裂ネットワークを引き起こす可能性があります。H13の組成は、こうした亀裂の発生および進展に対して優れた耐性を提供し、金型の使用寿命を大幅に延長します。
• 高温硬さ（赤色硬度）: H13は、鋳造中に発生する高温下でも硬さと強度を維持します。この「赤色硬度」により、溶融アルミニウム、亜鉛、マグネシウムが金型キャビティに接触しても、金型が変形、浸食、または軟化することを防ぎ、多数のサイクルにわたり鋳造品の寸法精度を保証します。
• 優れた靭性および延性: ダイカストは高圧と機械的衝撃を伴います。H13は優れた靭性を持っており、破断せずに衝撃エネルギーを吸収できます。これにより金型の破壊的な損傷を防ぎ、応力が集中する可能性のある複雑な形状や鋭い角を持つ金型にとって重要です。
• 良好な摩耗抵抗性： 溶融金属の流れは摩耗性があり、徐々に金型表面を削り取ることがあります。H13の微細構造に含まれる硬いバナジウム炭化物は、このような浸食摩耗に対して良好な耐性を提供し、金型表面仕上げおよび得られる鋳造品の品質を維持するのに役立ちます。

硬度と靭性のバランスが鍵です。非常に硬い金型鋼は摩耗に抵抗できますが、ダイカストの機械的衝撃に耐えるには脆すぎる可能性があります。H13鋼は最適なバランスを提供し、通常42～52HRCの硬度に熱処理されることで、優れた摩耗抵抗性と破壊靭性の組み合わせを実現します。最高性能が要求される用途では、電気スラグ再溶解（ESR）または真空アーク再溶解（VAR）によって製造された高品質グレードが、さらに高い清浄性と均質性を提供し、靭性と疲労寿命をさらに向上させます。

H13鋼の重要な熱処理工程

H13工具鋼の優れた特性を得るためには、正確で厳密に管理された熱処理プロセスが不可欠です。不適切な熱処理を行うと、鋼材が柔らかすぎたり、脆すぎたり、あるいは内部応力が生じて早期破損を招く可能性があります。このプロセスはいくつかの明確な段階から成り、それぞれが最終的な微細構造と性能特性の形成において極めて重要です。

H13の標準的な熱処理手順には、予熱、オーステナ化、焼入れ、および焼戻しが含まれます。技術データによると、 Hudson Tool Steel 複雑な工具の場合、変形を最小限に抑えるために二段階の予熱が推奨されることが多いです。その目的は、高温度での硬化工程に入る前に工具を均一な温度にまで上げることにあります。

主な手順は以下の通りです：

1. 予熱： 工具は1150～1250°F（621～677°C）までゆっくりと加熱され、温度均一化を行います。複雑な部品の場合、最終的な硬化温度に移行する前に、さらに第二段階の予熱として1500～1600°F（816～871°C）まで加熱します。
2. オーステナ化（硬化）： 予熱後、鋼はオーステナイト化温度（通常は1800～1890°F（982～1032°C））まで急速に加熱されます。この温度で十分な時間保持（ソーキング）することで、その微細組織が完全にオーステナイトに変態します。
3. 焼入れ: H13は急冷されることで急速に冷却され、オーステナイトがマルテンサイトという非常に硬くて強度の高い微細組織に変化します。空気硬化鋼であるため、5インチまでの厚さの断面については静止空気中で処理可能です。より厚い断面の場合、完全な硬度を得るために強制空冷、加圧ガス冷却、または断続的な油焼入れが必要となる場合があります。
4. 焼き戻し： これは焼入れ直後に実施される極めて重要な最終工程です。焼入れされた鋼はもろく、内部応力が高くなっています。テンパー処理では、鋼を通常1000～1150°F（538～621°C）の比較的低い温度まで再加熱し、最低2時間保持します。H13の場合、二回または三回のテンパー処理が不可欠です。この工程により残留オーステナイトが変化し、内部応力が除去され、硬度と靭性の最終的な望ましいバランスが得られます。

熱処理の概要

H13鋼の一般的な用途と工具

H13 は 圧迫 鋳造 鋳料 の 議論 の ない チャンピオン で ある が,その 優れた 特性 の 均衡 に よっ て,他の 熱 作業 や 寒 作業 の 応用 に も 適し ます. 製造における最も人気のあるツール鋼の一つとなっています. 熱疲労に耐える能力,高温で強さを維持し,衝撃を吸収する能力により,多くの要求の高いツールシナリオで信頼性の高い選択になります.

圧迫鋳造における主要用途以外にも,H13は他のいくつかの重要な分野でも頻繁に使用されています.

• 圧縮ツール: アルミ,銅,その他の非鉄合金の挤出で,マール,マンドル,インナーに使用される. 熱く硬くなり 圧迫や熱によって 変形したり 磨かれることもできません
• 鍛造用 鋳造機 熱鍛造用では,H13は高衝撃負荷と極端な温度の両方に耐えられる模具を作るのに使用されます. 自動車産業 の 部品 の よう な 高性能 の 部品 を 鍛える の は,堅牢 で 信頼 できる 道具 を 必要 と し て い ます. 専門の会社も シャオイ (寧波) メタルテクノロジー 高品質の鋳造材を頼りに 精密な自動車鍛部品を製造しています
• プラスチックインジェクション型: 粗末でガラスで満たされたプラスチックを大量に生産する模具では,H13は標準模具鋼と比較して優れた耐磨性と強度を提供します. 高度な磨き能力は,高品質の表面仕上げの部品の製造にも大きな利点です.
• 他の熱作業用: H13は熱性切片刃,パンチ,マンドルにも使用され,熱と衝撃への耐性は最重要である.

特定の用途のためのH13の選択は,しばしば,このような情報源によって概要されているように,必要な主要な特性に依存します. ディーヘル鋼 以下の表は、一般的な用途をH13の主要な特性に照らして対応付けており、それが適切な選択肢となる理由を示しています。

よく 聞かれる 質問

h11とH13の工具鋼の違いは何ですか？

H11とH13は非常に類似したクロム系熱間用工具鋼です。主な違いは、H13の方がバナジウム含有量が高いことです（H11の約0.40％に対して、H13は約1.00％）。この高いバナジウム含有量により、H13はわずかに優れた耐摩耗性、高温硬さ、および熱割れに対する抵抗性を有しており、アルミニウムダイカストなどより厳しい用途で一般的に好まれます。

h13鋼は溶接可能ですか？

はい、H13は金型や鋳型の修復などの目的で溶接可能です。ただし、割れを防ぐためには注意深い手順が必要です。溶接前の適切な予熱および溶接後の熱処理（焼き戻し）が不可欠であり、これにより残留応力を緩和し、熱影響部における材料特性を回復させます。

ダイカスト用金型としてのH13の一般的な硬度はどのくらいですか？

ダイカスト金型の場合、H13は通常、ロックウェルC硬さ（HRC）で42～52の範囲に熱処理される。正確な硬さはトレードオフとなる。より高い硬さ（例：50～52 HRC）は優れた耐摩耗性を提供するが、若干靭性が低下する可能性がある。一方、低い硬さ（例：42～46 HRC）は耐摩耗性をやや犠牲にする代わりに、最大の靭性と割れに対する抵抗性を提供する。