Oțel instrumental H13: Proprietăți cheie pentru matrițe de turnare sub presiune

REZUMAT

Oțelul pentru scule H13 este un oțel pentru prelucrare la cald cu 5% crom-molibden, frecvent specificat pentru matrițele de turnare sub presiune datorită combinației sale excepționale de tenacitate ridicată, rezistență superioară la oboseala termică (fisurarea prin căldură) și capacitatea de a-și menține duritatea la temperaturi ridicate. Aceste caracteristici îl fac standard în industrie pentru turnarea aliajelor de aluminiu, zinc și magneziu, asigurând o durată mai lungă a matriței și o calitate constantă a pieselor.

Înțelegerea oțelului pentru scule H13: Compoziție și caracteristici esențiale

Oțelul pentru scule H13 este un oțel versatil pentru prelucrare la cald, cu crom-molibden, clasificat în seria AISI H. Se remarcă ca fiind cel mai utilizat oțel pentru scule la prelucrarea la cald datorită unei compoziții bine echilibrate care oferă o combinație excelentă de proprietăți pentru aplicații cu solicitări mari și temperaturi ridicate. Avantajul său principal constă în capacitatea de a rezista ciclurilor repetitive de încălzire și răcire specifice proceselor precum turnarea sub presiune, fără a ceda prematur.

Performanța H13 este direct legată de compoziția sa chimică specifică. Elementele principale de aliere—crom, molibden și vanadiu—aduc fiecare beneficii distincte și esențiale. Cromul este esențial pentru asigurarea rezistenței la temperaturi ridicate, durității și rezistenței la coroziune. Molibdenul îmbunătățește semnificativ rezistența și duritatea oțelului la temperaturi înalte, o proprietate cunoscută sub numele de „duritate la cald” sau „red-hardness”. Vanadiul joacă un rol critic în rafinarea structurii granulare și formarea carbizilor duri de vanadiu, ceea ce crește rezistența la uzură și tenacitatea generală. Această combinație sinergică este ceea ce face ca H13 să fie atât de rezistent.

O caracteristică definitorie a H13 este faptul că este un oțel care se întărește în aer. După cum este detaliat într-un ghid realizat de Aobo Steel , acest lucru înseamnă că poate fi călit prin răcire în aer staționar după încălzirea la temperatura sa de austenitizare. Această caracteristică reprezintă un avantaj major, deoarece minimizează deformațiile și tensiunile interne care pot apărea în urma metodelor mai agresive de călire în lichid, asigurând o stabilitate dimensională superioară în geometriile complexe ale matrițelor.

Compoziția chimică tipică a oțelului H13

Echilibrul precis al elementelor este esențial pentru obținerea proprietăților dorite ale oțelului H13. Deși există mici variații între producători, compoziția tipică este următoarea:

Proprietăți cheie ale oțelului H13 pentru turnarea sub presiune de înaltă performanță

Mediul solicitant al turnării sub presiune necesită un material de matrice care să poată rezista în mod repetat unor condiții extreme. Oțelul de scule H13 este materialul preferat tocmai pentru că proprietățile sale mecanice și termice sunt ideal potrivite pentru această provocare. Injecția ciclică a metalului topit urmată de răcire exercită eforturi imense asupra matriței, iar oțelul H13 este proiectat să le suporte.

Cele mai importante proprietăți pentru aplicațiile de turnare sub presiune includ:

• Rezistență la obositul termic: Aceasta este, fără îndoială, cea mai importantă proprietate pentru matrițele de turnare prin matriță. Ciclul constant dintre temperaturi ridicate (din metalul topit) și temperaturi mai scăzute (în timpul răcirii și al ejecției) creează tensiuni termice care pot duce la o rețea de fisuri fine de suprafață cunoscute sub numele de "verificare termică". Compoziția H13 oferă o rezistență excelentă la inițierea și răspândirea acestor fisuri, prelungind semnificativ durata de viață a matriței.
• Cauza de producție: H13 își păstrează duritatea și rezistența chiar și la temperaturi ridicate întâlnite în timpul turnării. Această "durere roșie" împiedică cavitatea matriței să se deformeze, să se erodeze sau să se înmoaie atunci când vine în contact cu aluminiu, zinc sau magneziu topit, asigurând precizia dimensională a pieselor turnate pe mai multe cicluri.
• Excelentă duritate și ductilitate: În procesul de turnare prin imprimare se aplică presiuni mari și șocuri mecanice. H13 are o rezistenţă superioară, care îi permite să absoarbă energia de impact fără fracturare. Acest lucru previne eșecurile catastrofale ale matriței și este crucial pentru matrițele cu detalii complicate sau colțuri ascuțite care pot acționa ca concentratori de stres.
• Bună Rezistență la Uscare: Fluxul de metal topit poate fi abraziv, uzând treptat suprafaţa matriţei. Carburile de vanadiu greu din microstructura H13 oferă o bună rezistență la această uzură erosivă, ceea ce ajută la menținerea finisajului superficial al matriței și a pieselor turnate rezultate.

Echilibrul dintre duritate şi rezistenţă este cheia. Deşi un material foarte dur rezistă uzurii, acesta poate fi prea fragil pentru a suporta şocurile mecanice ale turnării prin matriţă. H13 oferă un echilibru optim, tratat termic de obicei la o duritate de 4252 HRC pentru matrițe, care oferă o combinație robustă de rezistență la uzură și rezistență la fractură. Pentru aplicațiile care cer performanțe maxime, calitățile de calitate superioară produse prin refotarea cu electro-slag (ESR) sau refotarea cu arc de vid (VAR) oferă o curățenie și o omogenitate și mai mari, îmbunătățind în continuare rezistența și durata de viață

Procesul de tratare termică critică pentru oțelul H13

Obținerea proprietăților excepționale ale oțelului de unelte H13 depinde în întregime de un proces de tratare termică precis și atent controlat. Tratamentul termic necorespunzător poate face ca oţelul să fie prea moale, prea fragil sau să aibă tensiuni interne care să conducă la o defecţiune prematură. Procesul implică mai multe etape distincte, fiecare fiind critică pentru dezvoltarea microstructurii finale și a caracteristicilor de performanță.

Secuența standard de tratare termică pentru H13 include preîncălzirea, austenitizarea, stinge și temperare. Conform datelor tehnice de la Oțel Hudson , o preîncălzire dublă este adesea recomandată pentru unelte complexe pentru a reduce la minimum distorsionarea. Scopul este de a aduce uneltele la o temperatură uniformă înainte de etapa de întărire la temperatură ridicată.

Pașii cheie sunt următoarele:

1. Preîncălzire: Instrumentul este încălzit încet la o temperatură de 1150-1250°F (621-677°C) și egalizat. Pentru piesele complexe, se utilizează o a doua încălzire prealabilă la 1500-1600 °F (816-871 °C) înainte de a trece la temperatura finală de întărire.
2. Autenizație (încălzire): După preîncălzire, oțelul este încălzit rapid la temperatura sa austenitizator, de obicei între 1800-1890 ° F (982-1032 ° C). Este ținut la această temperatură pentru o perioadă suficientă de timp (întrenare) pentru a transforma complet microstructura sa în austenit.
3. Calirea: H13 este stins pentru a se răci rapid și transformă austenita în martensită, o microstructură foarte dură și puternică. Ca oţel de durere aer, acest lucru poate fi făcut în aer liniştit pentru secţiuni de până la 15 cm grosime. Pentru secțiuni mai groase, este posibil să fie necesar aer forțat, gaz sub presiune sau o stingere întreruptă a uleiului pentru a obține o duritate completă.
4. Înălțimea: Aceasta este o etapă finală crucială efectuată imediat după călire. Oțelul călit este casant și conține tensiuni interne ridicate. Calibrarea implică reîncălzirea oțelului la o temperatură mai scăzută, în mod tipic între 1000-1150°F (538-621°C), și menținerea acesteia timp de minimum două ore. Pentru H13, un proces de calibrare dublu sau chiar triplu este esențial. Această procedură transformă orice austenită reținută, elimină tensiunile interne și dezvoltă echilibrul final dorit între duritate și tenacitate.

Rezumat tratament termic

Aplicații comune și scule pentru oțelul H13

Deși H13 este campionul nediscutat pentru matrițe de turnare sub presiune, echilibrul său excelent de proprietăți îl face potrivit pentru o gamă largă de alte aplicații la cald și chiar pentru unele aplicații la rece. Versatilitatea sa a făcut din el unul dintre cele mai populare oțeluri pentru scule în industria de prelucrare. Capacitatea de a rezista la oboseala termică, de a menține rezistența la temperaturi ridicate și de a absorbi șocurile îl face o alegere fiabilă pentru numeroase scenarii exigente de utilizare a sculelor.

În afara utilizării sale principale în turnarea sub presiune, H13 este frecvent utilizat în mai multe alte domenii importante:

• Scule pentru extrudare: Utilizat pentru matrițe, mandrine și cămăși în procesul de extrudare a aluminiului, al bronzului și altor aliaje neferoase. Duritatea sa la cald previne uzarea sau deformarea matriței sub presiunea imensă și căldura procesului de extrudare.
• Matrițe pentru forjare: Pentru aplicații de forjare la cald, H13 este utilizat pentru crearea matrițelor care trebuie să reziste atât la sarcini mari de impact, cât și la temperaturi extreme. Forjarea pieselor de înaltă performanță, cum ar fi cele utilizate în industria auto, necesită utilaje robuste și fiabile. Companiile specializate în acest domeniu, precum Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , se bazează pe matrițe de înaltă calitate pentru a produce piese forjate pentru autovehicule, proiectate cu precizie.
• Matrițe pentru injectarea plasticului: Pentru matrițele care produc volume mari de plaste abrazive, umplute cu sticlă, H13 oferă o rezistență superioară la uzură și tenacitate comparativ cu oțelurile standard pentru matrițe. De asemenea, capacitatea sa ridicată de lustruire reprezintă un avantaj semnificativ pentru producerea pieselor cu o finisare superficială de înaltă calitate.
• Alte aplicații pentru lucrul la cald: H13 este utilizat, de asemenea, pentru cuțitele de tăiere la cald, poansoane și mandrine, acolo unde rezistența la căldură și șoc este esențială.

Alegerea oțelului H13 pentru o anumită aplicație depinde adesea de proprietatea principală necesară, așa cum este prezentat de surse precum Diehl Steel . Următorul tabel asociază aplicațiile comune cu proprietățile cheie H13 care îl fac o alegere potrivită.

Întrebări frecvente

1. Care este diferența dintre oțelul pentru scule H11 și H13?

H11 și H13 sunt oțeluri similare pentru prelucrarea la cald, cu crom. Diferența principală constă în faptul că H13 conține o cantitate mai mare de vanadiu (aproximativ 1,00% față de 0,40% la H11). Conținutul crescut de vanadiu oferă o ușoară rezistență superioară la uzură, duritate la cald și rezistență la fisurarea termică, ceea ce face ca H13 să fie în general preferat pentru aplicații mai solicitante, cum ar fi turnarea sub presiune a aluminiului.

3. Se poate suda oțelul H13?

Da, H13 poate fi sudat, în mod obișnuit pentru repararea matrițelor sau formelor. Cu toate acestea, necesită proceduri atente pentru a evita crăparea. Încălzirea prealabilă corespunzătoare a sculei înainte de sudare și tratamentul termic post-sudare (călirea) sunt esențiale pentru a elimina tensiunile și a restabili proprietățile materialului în zona afectată termic.

5. Care este duritatea tipică a oțelului H13 pentru o matriță de turnare sub presiune?

Pentru matrițele de turnare sub presiune, oțelul H13 este tratat termic în mod obișnuit la o duritate Rockwell C (HRC) între 42 și 52. Duritatea exactă reprezintă un compromis: o duritate mai mare (de exemplu, 50-52 HRC) oferă o rezistență mai bună la uzură, dar poate fi ușor mai puțin tenace, în timp ce o duritate mai mică (de exemplu, 42-46 HRC) oferă tenacitate maximă și rezistență la fisurare, dar cu o scădere a rezistenței la uzură.