H13 instrumentu tērauds: galvenās īpašības liešanas formām

TL;DR

H13 instrumentālā tērauds ir 5% hroma-molibdēna karstdarba tērauds, kas plaši tiek izmantots matricu izgatavošanai, jo tam piemīt izcilna izturība, pārāka pretestība termoizturībai (siltuma plaisām) un spēja saglabāt cietību augstās temperatūrās. Šīs īpašības padara to par rūpniecības standartu alumīnija, cinka un magnija sakausējumu liešanai, nodrošinot ilgāku matricu kalpošanas laiku un pastāvīgu izstrādājumu kvalitāti.

H13 instrumentālā tērauda izpratne: sastāvs un galvenās īpašības

H13 instrumentālā tērauds ir universāls hroma-molibdēna karstdarba tērauds, kas klasificēts kā AISI H sērijas tērauds. Tas izceļas kā visplašāk izmantotais karstdarba instrumentālā tērauds, jo tā labi līdzsvarotais sakausējuma sastāvs nodrošina izcilnu īpašību kombināciju augsta slodzes un augstas temperatūras lietojumiem. Tā galvenā priekšrocība ir spēja izturēt ciklisku uzsildīšanos un atdzišanu, kas raksturīga procesiem, piemēram, matricu liešanai, nepazūtot pirmslaicīgi.

H13 veiktspēja tieši saistīta ar tās specifisko ķīmisko sastāvu. Galvenie sakausējuma elementi — hroms, molibdēns un vanādijs — katrs sniedz atšķirīgus un būtiskus ieguvumus. Hroms ir būtisks, nodrošinot augstas temperatūras izturību, cietību un korozijizturību. Molibdēns ievērojami uzlabo tērauda izturību un cietību paaugstinātās temperatūrās, kas pazīstama kā „karstā cietība” vai „sarkanā cietība”. Vanādijs svarīgi veicina graudu struktūras attīrīšanu un veido cietus vanādija karbīdus, kas palielina nodilumizturību un vispārējo izturību. Šis sinerģētiskais maisījums padara H13 par tik izturīgu materiālu.

Raksturojoša H13 iezīme ir tā, ka tas ir gaisā cietējošs tērauds. Kā detalizēti aprakstīts rokasgrāmatā no Aobo Steel , tas nozīmē, ka to var cietināt, atdzesējot klusā gaisā pēc sasildīšanas līdz austenitizācijas temperatūrai. Šī īpašība ir liela priekšrocība, jo tā minimizē izkropļojumus un iekšējās sprieguma parādīšanos, kas var rasties, izmantojot agresīvākas šķidrās dzesēšanas metodes, nodrošinot labāku izmēru stabilitāti sarežģītās die formas geometrijās.

Tipiska H13 tērauda ķīmiskā sastāva

Elementu precīza līdzsvara uzturēšana ir būtiska, lai sasniegtu vajadzīgās H13 īpašības. Lai gan starp ražotājiem pastāv nelielas atšķirības, tipiskais sastāvs ir šāds:

H13 galvenās īpašības augstas veiktspējas formu lietojumprogrammām

Formu lietojumprogrammu prasīgie apstākļi prasa formas materiālu, kas spēj izturēt ekstrēmas situācijas atkārtoti. H13 instrumentu tērauds ir iecienīts tieši tāpēc, ka tā mehāniskās un termiskās īpašības ir ideāli piemērotas šim uzdevumam. Karsētā metāla cikliska ievadīšana, kam seko atdzišana, rada milzīgu slodzi formai, un H13 ir izstrādāts, lai to izturētu.

Svarīgākās īpašības formu lietojumprogrammām ir:

• Termoizturība pret mikroplaisām: Šis ir droši vien svarīgākais dieļu materiāla raksturlielums liešanai. Pastāvīgās svārstības starp augstām temperatūrām (no kausētā metāla) un zemākām temperatūrām (atdzišanas un izmešanas laikā) rada termisko spriegumu, kas var izraisīt plānu virsmas plaisu tīklu, ko pazīst kā „karstuma pārbaudi”. H13 sastāvs nodrošina lielisku pretestību šo plaisu veidošanās un izplatībai, ievērojami pagarinot formas ekspluatācijas mūžu.
• Augsta karstumizturīga cietība (sarkankarstā cietība): H13 saglabā savu cietību un izturību pat augstās temperatūrās, ar kādām saskaras liešanas procesā. Šī „sarkankarstā cietība” novērš formas dobuma deformāciju, nolietojumu vai mīkstināšanos, saskaroties ar kausētu alumīniju, cinku vai magniju, nodrošinot precīzus izmērus atliešanas detaļām daudzu ciklu laikā.
• Lieliska izturība un plastiskums: Litēšana notiek augstā spiedienā un ar mehāniskiem triecieniem. H13 materiālam piemīt paaugstināta izturība, kas ļauj absorbēt triecienerģiju, nesaplīstot. Tas novērš katastrofālu veidņu sabrukumu un ir būtiski veidņiem ar sarežģītiem detalēm vai asiem stūriem, kas var darboties kā sprieguma koncentratori.
• Laba nodilumizturība: Kausētā metāla plūsma var būt abrazīva, pakāpeniski nolietojot veidņu virsmu. H13 mikrostruktūrā esošie cietie vanāda karbīdi nodrošina labu pretestību šādam erozijas veida nodilumam, kas palīdz saglabāt veidņu virsmas apdarē un iegūto lietu izstrādājumu kvalitāti.

Līdzsvars starp cietību un izturību ir galvenais. Kaut arī ļoti cieta veidne varētu labi pretesties nolietojumam, tā var būt pārāk trausla, lai izturētu liešanas procesa mehāniskos triecienus. H13 nodrošina optimālu līdzsvaru, parasti to termoapstrādājot līdz cietībai 42–52 HRC, kas nodrošina izturīgu kombināciju starp nolietojumizturību un plaisu izturību. Lietojumiem, kuros nepieciešams maksimāls veiktspējas līmenis, augstas kvalitātes šķirnes, kas ražotas ar elektrošlaka pārkusēšanas (ESR) vai vakuuma loka pārkusēšanas (VAR) metodi, piedāvā vēl lielāku tīrīgumu un viendabīgumu, papildus uzlabojot izturību un izturību pret nogurumu.

Svarīgs termoapstrādes process H13 tēraudam

H13 instrumentu tērauda izcilas īpašības ir pilnībā atkarīgas no precīzas un rūpīgi kontrolētas termoapstrādes procesa. Nepareiza termoapstrāde var atstāt tēraudu pārāk mīkstu, pārāk trauslu vai ar iekšējiem saspriegumiem, kas izraisa agrīnu sabrukumu. Šis process ietver vairākas atsevišķas stadijas, no kurām katra ir būtiska beigu mikrostruktūras un veiktspējas raksturojumu attīstībai.

Standarta termoapstrādes secība H13 ietver priekšsildīšanu, austenitizāciju, dzesēšanu un atkaļķošanu. Saskaņā ar tehniskajiem datiem no Hudson Tool Steel , sarežģītiem rīkiem bieži tiek ieteikts dubults priekšsildījums, lai minimizētu izkropļojumus. Mērķis ir rīku vienmērīgi uzsildīt līdz vienotai temperatūrai pirms augstas temperatūras cietināšanas posma.

Galvenie soļi ir šādi:

1. Priekšsildīšana: Rīks tiek lēnām uzsildīts līdz 1150–1250 °F (621–677 °C) temperatūrai un izlīdzināts. Sarežģītiem komponentiem pirms pārejas uz galīgo cietināšanas temperatūru tiek izmantota otrā priekšsildīšana līdz 1500–1600 °F (816–871 °C).
2. Austenitizācija (Cietināšana): Pēc priekšsildīšanas tērauds tiek strauji uzkarsēts līdz austenitizācijas temperatūrai, parasti no 1800–1890 °F (982–1032 °C). To tur šajā temperatūrā pietiekamu laiku (izturēšana), lai pilnībā pārveidotu tā mikrostruktūru par austenītu.
3. Ķīlēšana: H13 tiek īsi atdzesēts, lai strauji atdzistu un pārveidotu austenītu par martensītu – ļoti cieta un izturīga mikrostruktūra. Kā gaisa cietējošs tērauds to var darīt nekustīgā gaisā līdz 5 collu biezumam. Biezākiem gabarītiem, lai sasniegtu pilnu cietību, var būt nepieciešams piespiedu gaiss, spiedgāze vai pārtraukts eļļas dzesēšanas process.
4. Nožūšana: Šis ir svarīgs pēdējais solis, ko veic tūlīt pēc izkaltēšanas. Sakietētais tērauds ir trausls un satur lielas iekšējās sprieguma rezerves. Kaltēšana ietver tērauda atkārtotu uzsildīšanu līdz zemākai temperatūrai, parasti no 1000–1150 °F (538–621 °C), un noturēšanu vismaz divas stundas. H13 materiālam ir būtiska dubultā vai pat treknā kaltēšana. Šī procedūra pārveido jebkuru saglabāto austēnu, novērš iekšējos spriegumus un nodrošina galīgo vēlamo cietības un izturības līdzsvaru.

Termoapstrādes kopsavilkums

H13 tērauda izmantošanas jomas un instrumenti

Lai gan H13 ir nepārspēts dieļu materiāls metāla liešanai, tā lieliskā īpašību kombinācija padara to piemērotu plašam karstās apstrādes un pat dažām aukstās apstrādes pielietošanas jomām. Tā daudzpusība ir padarījusi H13 par vienu no populārākajiem instrumentu tēraudiem ražošanā. Spēja pretesties termiskajam nogurumam, saglabāt izturību augstās temperatūrās un absorbēt triecienus padara to par uzticamu izvēli daudzās prasīgās instrumentu lietošanas situācijās.

Papildus galvenajam pielietojumam metāla liešanā, H13 bieži izmanto vairākās citās svarīgās jomās:

• Ekstrūzijas instrumenti: Izmanto formas, mandeles un iekščaulas alumīnija, misiņa un citu ne dzelzs sakausējumu ekstrūzijā. Tā karstā cietība novērš formas nolietojumu vai deformāciju milzīgā spiediena un karstuma apstākļos ekstrūzijas procesā.
• Kausēšanas formas: Karstās kausēšanas lietojumprogrammās H13 tiek izmantots, lai izgatavotu formas, kas spēj izturēt gan lielas trieciena slodzes, gan ārkārtējas temperatūras. Augstas veiktspējas detaļu, piemēram, automaģistrālē izmantojamo, kausēšanai nepieciešamas izturīgas un uzticamas iekārtas. Šajā jomā specializējušās uzņēmumu, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , paļaujas uz augstas kvalitātes formām, lai ražotu precīzi inženiertehniskas automašīnu kausēšanas detaļas.
• Plastmasas injekcijas formas: Formām, kas ražo lielos apjomos abrazīvus, ar stikla šķiedru pildītus plastikus, H13 nodrošina pārāku nodilumizturību un izturību salīdzinājumā ar standarta formu tēraudiem. Tā augsta spolējamība ir arī būtisks priekšrocība detaļu ražošanā ar augstas kvalitātes virsmas apdari.
• Citi karstā darba pielietojumi: H13 tiek izmantots arī karstā griezuma asmeņos, puncēs un mandreļos, kur svarīgākais ir izturība pret siltumu un triecienu.

H13 izvēle konkrētai lietojumprogrammai bieži vien ir atkarīga no nepieciešamās galvenās īpašības, kā to norāda avoti, piemēram, Diehl Steel . Zemāk redzamajā tabulā parastās lietojumprogrammas ir saistītas ar galvenajām H13 īpašībām, kas padara to par piemērotu izvēli.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp H11 un H13 instrumentu tēraudu?

H11 un H13 ir ļoti līdzīgi hroma karstdarba tērauši. Galvenā atšķirība ir tā, ka H13 satur lielāku vanādija daudzumu (aptuveni 1,00% pret H11 0,40%). Šis palielinātais vanādija saturs H13 nodrošina nedaudz labāku nodilumizturību, karstumizturību un pretestību karstumšķembām, tādējādi to vispārēji iecienot prasīgākās lietošanas jomās, piemēram, alumīnija diezveida liešanā.

2. Vai H13 tēraudu var metināt?

Jā, H13 var metināt, parasti formas vai matricu remontam. Tomēr, lai izvairītos no plaisām, nepieciešamas rūpīgas procedūras. Pirms metināšanas rīka iepriekšēja uzsildīšana un pēcmetināšanas termoapstrāde (nožūšana) ir būtiska, lai novērstu saspriegumus un atjaunotu materiāla īpašības sasilšanas zonā.

3. Kāda ir tipiskā H13 cietība diezveida liešanas formai?

Ielejformu veidņu gadījumā H13 parasti tiek termiski apstrādāts līdz Rockvela C cietībai (HRC) no 42 līdz 52. Precīzā cietība ir kompromiss: augstāka cietība (piemēram, 50–52 HRC) nodrošina labāku nodilumizturību, taču var būt nedaudz mazāk izturīga, savukārt zemāka cietība (piemēram, 42–46 HRC) nodrošina maksimālu izturību un plaisu izturību uz sliktākas nodilumizturības rēķina.