H13 įrankinė plienas: pagrindinės savybės liejimo formoms

TRUMPAI

H13 įrankių plienas yra 5 % chromo ir molibdeno karštojo darbo plienas, dažnai nurodomas liejimo formoms dėl išskirtinio aukštos kietumo, puikios atsparumo šiluminei nuovargiui (šiluminiam trūkinėjimui) ir gebėjimo išlaikyti kietumą aukštoje temperatūroje derinio. Šios savybės padarė jį pramonės standartu aliuminio, cinko ir magnio lydinių liejimui, užtikrinant ilgesnį formos tarnavimo laiką ir pastovią gaminio kokybę.

H13 įrankių plieno supratimas: sudėtis ir pagrindinės charakteristikos

H13 įrankių plienas yra universalus chromo-molibdeno karštojo darbo plienas, priklausantis AISI H-serijos plienams. Jis išsiskiria kaip plačiausiai naudojamas karštojo darbo įrankių plienas dėl subalansuotos lydinio sudėties, kuri užtikrina puikų savybių derinį aukšto streso ir aukštos temperatūros aplikacijoms. Jo pagrindinis pranašumas yra gebėjimas atlaikyti ciklinį įkaistam ir aušimui, būdingam tokiems procesams kaip liejimas į formas, be ankstyvo gedimo.

H13 našumas tiesiogiai priklauso nuo jo specifinės cheminės sudėties. Pagrindiniai legiruojantys elementai – chromas, molibdenas ir vanadis – kiekvienas suteikia atskirus ir svarbius privalumus. Chromas būtinas užtikrinant didelę temperatūrinę stiprumą, kietumą ir korozijos atsparumą. Molibdenas žymiai padidina plieno stiprumą ir kietumą aukštoje temperatūroje, savybę, vadinamą „karštuoju kietumu“ arba „raudonuoju kietumu“. Vanadis atlieka svarbų vaidmenį grūdelinės struktūros tobulinime ir formuojant kietus vanadio karbidas, kurie padidina atsparumą dilimui bei bendrą atsparumą. Būtent šis sinerginis mišinys daro H13 tokį atsparų.

Būdinga H13 savybė yra tai, kad tai oru kietėjantis plienas. Kaip išsamiai aprašyta vadove, parengtame Aobo Steel , tai reiškia, kad jis gali būti sukietintas vėsinant ramioje oro terpėje po įkaitinimo iki austenitinimo temperatūros. Ši savybė yra didelis privalumas, nes mažina iškraipymus ir vidinius įtempimus, kurie gali atsirasti naudojant agresyvesnius skysčių aušinimo metodus, užtikrindama geresnį matmeninį stabilumą sudėtingose kalo geometrijose.

Tipinė H13 plieno cheminė sudėtis

Tiksli elementų pusiausvyra yra labai svarbi norint pasiekti H13 pageidaujamų savybių. Nors tarp gamintojų gali būti nedidelių skirtumų, tipinė sudėtis yra tokia:

Pagrindinės H13 savybės aukštos kokybės lydinių liejimui formomis

Formos liejimo reikalavimai apima ekstremalias sąlygas, kurias forma turi išlaikyti pakartotinai. Būtent dėl to H13 įrankių plienas yra pageidaujamas – jo mechaninės ir šiluminės savybės idealiai tinka šiam iššūkiui. Įtirpusio metalo ciklinis įpurškimas, o paskui aušinimas sukelia didelę apkrovą forme, kurią H13 sukurtas išlaikyti.

Svarbiausios savybės formos liejimui yra:

• Terminei slapties atsparumas: Tai be abejo priklauso svarbiausiems savybėms štampavimo formoms. Pastovus ciklai tarp aukštų temperatūrų (iš išlydyto metalo) ir žemesnių temperatūrų (aušinant ir išstumiant) sukelia terminius įtempimus, galinčius sukelti plonų paviršinių įtrūkimų tinklą, vadinamą 'šilumine tikrine'. H13 sudėtis užtikrina puikią atsparumą šiems įtrūkimams atsirasti ir plisti, žymiai pailginant formos tarnavimo laiką.
• Didelė karščiui atspari kietumas (raudonasis kietumas): H13 išlaiko savo kietumą ir stiprumą net aukštomis temperatūromis, kurios pasitaiko liejant. Šis „raudonasis kietumas“ neleidžia formos ertmei deformuotis, erozijai ar minkštėjimui, kai ji liečiasi su išlydytu aliuminiu, cinku ar magniu, užtikrinant liejinių matmenų tikslumą per daugelį ciklų.
• Puiki atsparumas smūgiams ir plastiškumas: Liejimas formose vyksta esant aukštam slėgiui ir mechaninėms apkrovoms. H13 pasižymi puikiu atsparumu, leidžiančiu jam sugerti smūginę energiją, nesuskilinant. Tai neleidžia formai staigiai sugesti ir yra svarbu formoms su sudėtingomis detalėmis ar aštriais kampais, kurie gali veikti kaip įtempimo koncentratoriai.
• Gerai išnykstančioji varžymo savybė: Įkaitusio metalo srautas gali būti abrazyvus, palaipsniui nusidėvėdamas formos paviršių. Vanadžio karbido dalelės H13 mikrostruktūroje užtikrina gerą atsparumą šiam eroziniam dėvėjimuisi, todėl išlaikomas formos paviršiaus apdorojimas bei gautų liejinių kokybė.

Svarbus pusiausvyros tarp kietumo ir atsparumo trūkinėjimui palaikymas. Nors labai kietas įrankis geriau atlaikytų dėvėjimąsi, jis gali būti per trapus, kad išlaikytų liejimo formavimo mechaninius smūgius. H13 užtikrina optimalią pusiausvyrą, paprastai terminiu būdu apdorotas iki kietumo 42–52 HRC formoms, suteikiant patikimą derinį iš atsparumo dėvėjimuisi ir trūkinėjimo atsparumo. Taikymams, reikalaujantiems maksimalaus našumo, aukščiausios kokybės rūšys, pagamintos naudojant elektrošlako perklystant (ESR) ar vakuumo lanko perklystant (VAR), užtikrina dar didesnį grynumą ir vientisumą, dar labiau padidinant atsparumą trūkinėjimui ir nuovargio ilgaamžiškumą.

Svarbus H13 plieno terminio apdorojimo procesas

Pasiekti H13 įrankinio plieno išskirtines savybes galima tik tiksliai ir kruopščiai kontroliuojant šiluminio apdorojimo procesą. Netinkamas šiluminis apdorojimas gali palikti plieną per minkštą, per trapų arba su vidiniais įtempimais, kurie sukelia ankstyvą gedimą. Šis procesas susideda iš keleto atskirų etapų, kurių kiekvienas yra būtinas galutinei mikrostruktūrai ir eksploatacinių savybių formavimuisi.

Standartinė H13 šiluminio apdorojimo seka apima preliminį pašildymą, austenizavimą, aušinimą ir atlepinimą. Pagal techninius duomenis iš Hudson Tool Steel , sudėtingiems įrankiams dažnai rekomenduojamas dvigubas preliminarus pašildymas, kad būtų sumažintas iškraipymas. Tikslas – pasiekti vienodą temperatūrą įrankyje prieš aukštos temperatūros kietinimo etapą.

Pagrindiniai žingsniai yra tokie:

1. Preliminis pašildymas: Įrankis lėtai pašildomas iki 1150–1250 °F (621–677 °C) temperatūros ir išlaikomas pastovioje temperatūroje. Sudėtingoms detalėms prieš pereinant prie galutinės kietinimo temperatūros naudojamas antras preliminarus pašildymas iki 1500–1600 °F (816–871 °C).
2. Austenizavimas (kietinimas): Po įšildymo plienas greitai kaitinamas iki austenitinimo temperatūros, paprastai tarp 1800–1890 °F (982–1032 °C). Šioje temperatūroje jis laikomas pakankamai ilgai (įkaitinamas), kad visiškai pasikeistų jo mikrostruktūra ir virstų austenitu.
3. Užšaldymas: H13 užlašininamas, kad greitai atvėstų ir austenitas virstų martensitu – labai kietu ir stipriu mikrostruktūros tipu. Kadangi tai oru kietėjantis plienas, tai gali būti atliekama ramioje oro aplinkoje detalėms iki 5 colių storio. Storesnėms detalėms galbūt reikės priverstinio oro, slėgio dujų arba pertraukiamo alyvos užlašinimo, kad būtų pasiekta maksimali kietumas.
4. Atleidimas: Tai yra svarbus paskutinis žingsnis, atliekamas nedelsiant po užkalimo. Sukietintas plienas yra trapus ir turi didelius vidinius įtempimus. Plieną reikia pakartotinai pašildyti iki žemesnės temperatūros, paprastai tarp 1000–1150 °F (538–621 °C), ir laikyti mažiausiai dvi valandas. H13 plienui dvigubas ar net trigubas atleidimas yra būtinas. Šis procesas paverčia bet kokį likusį austenitą, sumažina vidinius įtempimus ir sukuria galutinį pageidaujamą kietumo ir atsparumo smūgiams balansą.

Šiluminio apdorojimo santrauka

H13 plieno dažnos panaudojimo sritys ir įrankiai

Nors H13 yra neprieštaraujamai populiarus lydinys formavimo rėbams, jo puikus savybių balansas daro jį tinkamą plačiai karšto darbo, o kartais net kai kurių šalto darbo sričių taikymui. Dėl savo universalumo jis tapo vienu populiariausių įrankių plienų gamyboje. Gebėjimas atlaikyti terminę nuovargį, išlaikyti stiprumą aukštoje temperatūroje ir sugerti smūgius daro jį patikimu pasirinkimu daugelyje sudėtingų įrankių naudojimo situacijų.

Be pagrindinio naudojimo liejimui forma, H13 dažnai naudojamas keletuose kitų svarbių srityse:

• Profilinio spaudimo įrankiai: Naudojami formoms, įdėklams ir apvalkaliams aliuminio, vario ir kitų negeležinių lydinių profiliniam spaudimui. Jo karštas kietumas neleidžia formai dėvėtis ar deformuotis dėl didžiulio slėgio ir karščio, kurie atsiranda profiliuojant.
• Kalimo formos: Kaitriai kalvavimo srities taikymui H13 naudojamas formoms, kurios turi atlaikyti didelius smūgio apkrovimus ir ekstremalias temperatūras. Aukšto našumo detalių, pvz., naudojamų automobilių pramonėje, kalvavimui reikalingi patvarūs ir patikimi įrankiai. Šioje srityje specializuojantis įmonės, tokios kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , priklauso nuo aukštos kokybės formų, kad gamintų tiksliai suprojektuotas automobilių kalvinių detalių.
• Plastikinių liejimo formos: Formoms, gaminančioms didelį kiekį abrazyviškų, stiklu pripildytų plastikų, H13 siūlo geresnį atsparumą dilimui ir tvirtumą lyginant su standartiniais formų plienais. Jo aukštas poliruojamumas taip pat yra svarbus pranašumas gaminant detales su aukštos kokybės paviršiumi.
• Kiti karšto darbo taikymai: H13 taip pat naudojamas karštiems pjovimo peiliams, skyštukams ir mandrelėms, kur būtinas atsparumas šilumai ir smūgiams.

Konkrečiam taikymui pasirenkant H13 dažnai priklauso nuo pagrindinės reikalingos savybės, kaip nurodyta tokių šaltinių kaip Diehl Steel . Žemiau pateikta lentelė sieja įprastas taikymo sritis su pagrindinėmis H13 savybėmis, kurios daro jį tinkamu pasirinkimu.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kuo skiriasi H11 ir H13 įrankių plienas?

H11 ir H13 yra labai panašūs chromo karšto darbo plienai. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad H13 turi didesnį vanadžio kiekį (apie 1,00 % prieš H11 0,40 %). Šis padidėjęs vanadžio kiekis suteikia H13 šiek tiek geresnį atsparumą dilimui, karščiui ir atsparumą įtrūkimams aukštoje temperatūroje, todėl jis dažniausiai naudojamas reikalaujamesnėse srityse, pvz., aliuminio liejimui į formas.

2. Ar galima suvirinti H13 plieną?

Taip, H13 plieną galima suvirinti, paprastai formų arba įrankių remontui. Tačiau būtina laikytis atsargumo priemonių, kad nebūtų susidarytų įtrūkimų. Prieš suvirinant būtina tinkamai pašildyti įrankį, o po suvirinimo – atlikti terminį apdorojimą (gręžinėjimą), kad būtų pašalinti įtempimai ir atkurtos medžiagos savybės šilumos paveiktoje zonoje.

3. Koks yra tipiškas H13 kietumas liejimo į formą įrankiui?

Liejimo formoms H13 paprastai yra termiškai apdorojamas iki Rockvelo C kietumo (HRC) tarp 42 ir 52. Tikslus kietumas yra kompromisas: didesnis kietumas (pvz., 50–52 HRC) užtikrina geresnį atsparumą dilimui, tačiau gali būti šiek tiek mažiau atsparus trūkinėjimui, o mažesnis kietumas (pvz., 42–46 HRC) suteikia maksimalų atsparumą trūkinėjimui, bet kainojant tam tikram dilimo atsparumui.