H21 Werkzeugstahl: Eigenschaften, Anwendungen, Fertigungshandbuch

H21 Werkzeugstahl ist ein zuverlässiges Hot-Work-Werkzeugstahl, das für seine Ausgewogenheit geschätzt wird heiße Härte, Zähigkeit, und Verschleißfestigkeit-damit eine Auswahl für Anwendungen, die die Haltbarkeit in wiederholten Hochtemperaturzyklen erfordern. Es ist sorgfältig abgestimmt Chemische Zusammensetzung (mit kontrolliertem Chrom, Molybdän, und Vanadium) Lassen Sie es die Härte bei bis zu 500 ° C beibehalten, während es der thermischen Müdigkeit widerspricht, Outperformance vieler Kaltarbeit in heißen Umgebungen wie Schmieden und Extrusion. In diesem Leitfaden, Wir werden seine Schlüsselmerkmale aufschlüsseln, reale Verwendungen, Herstellungsprozesse, und wie es im Vergleich zu anderen Materialien ist, Helfen Sie, es für Projekte auszuwählen, bei denen Wärmefestigkeit und Praktikabilität ausgerichtet sind.

1. Schlüsselmaterialeigenschaften von H21 -Werkzeugstahl

Die Leistung von H21 Tool Steel basiert in seiner genau kalibrierten Leistung Chemische Zusammensetzung, das prägt seine robuste mechanische Eigenschaften, konsistent physische Eigenschaften, und herausragende Hochtemperatureigenschaften.

Chemische Zusammensetzung

Die Formel von H21 ist für die Zuverlässigkeit von Hot-Work-Arbeit optimiert, mit festen Bereichen für Schlüsselelemente:

• Kohlenstoffgehalt: 0.35-0.45% (Balances Kraft und Zähigkeit - hoch genug, um Widerstand zu tragen, Niedrig genug, um beim Erhitzen-/Kühlzyklen Sprödigkeit zu vermeiden)
• Chromgehalt: 4.00-5.00% (bilden hitzebeständige Carbide für Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und verbessert die Verhärtbarkeit, Gewährleistung einer gleichmäßigen Wärmebehandlungsergebnisse)
• Manganinhalt: 0.20-0.60% (Steigert die Härtbarkeit, ohne grobe Carbide zu erzeugen, die den Stahl unter hohen Temperaturen schwächen)
• Siliziumgehalt: 0.15-0.35% (Hilft bei der Desoxidation während der Herstellung und verbessert die Hochtemperaturstabilität, Verringerung der thermischen Verzerrung)
• Molybdängehalt: 1.00-1.50% (verbessert heiße Härte und widersetzt sich der thermischen Müdigkeit - kritisch für Werkzeuge, die wiederholter Erhitzen/Kühlung ausgesetzt sind)
• Vanadiuminhalt: 0.50-0.80% (verfeinert die Korngröße, verbessert die Zähigkeit, und bildet kleine Vanadiumcarbide, die den Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen steigern)
• Phosphorgehalt: ≤ 0,03% (streng kontrolliert, um kalte Brechtigkeit zu verhindern, insbesondere für Tools, die in Umgebungen mit niedriger Temperatur gespeichert oder verwendet werden)
• Schwefelgehalt: ≤ 0,03% (Ultra-niedrig, um die Zähigkeit aufrechtzuerhalten und das Knacken bei heißer Form oder Bearbeitung zu vermeiden)

Physische Eigenschaften

H21 Tool Steel verfügt über konsistente physikalische Merkmale, die das Design für Hochtemperaturanwendungen vereinfachen:

Mechanische Eigenschaften

Nach Standard -Wärmebehandlung (Glühen + Quenching + Temperieren), H21 liefert eine zuverlässige Leistung für heiße und mittelschwere Kaltarbeitsaufgaben:

• Zugfestigkeit: ~ 1700-1900 MPa (Geeignet für High-Lader-Heißfürchungen-Sterben, obwohl etwas niedriger als H13)
• Ertragsfestigkeit: ~ 1300-1500 MPa (stellt sicher, wie Extrusionsdruck)
• Verlängerung: ~ 10-15% (In 50 MM-Hoch Duktilität für einen Hot-Work-Stahl, Ermöglichen einer geringfügigen Sterblichkeit, ohne zu knacken)
• Härte (Rockwell C -Skala): 58-62 HRC (Nach der Wärmebehandlung - einstellbar auf 52-56 HRC für maximale Zähigkeit bei hochwirksamen Hotwerkzeugen)
• Ermüdungsstärke: ~ 650-750 MPa (bei 10⁷ Zyklen-übertroffen zu Kaltstählen wie A2, Ideal für Werkzeuge unter wiederholtem Heizung/Kühlung)
• Aufprallzählung: Moderat bis hoch (~ 40-50 J/cm² bei Raumtemperatur)-hochwertig als viele Hot-Work-Stähle, Verringerung des Risikos für thermische Ermüdungsrisse

Andere kritische Eigenschaften

• Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit: Chrom- und Vanadiumcarbide widerstehen auch bei 500 ° C Abrieb, Es ist ideal für die heiße Schmieden von Aluminium oder Weichstahl.
• Gute Zähigkeit: Mit Kraft ausgeglichen, Daher kann es den Einflüssen durch Schmieden von Hämmern oder Extrusionspressen ohne Chip standhalten.
• Hohe heiße Härte: Behält ~ 45 Stunden bei 500 ° C (weit höher als Kaltarbeitsstähle wie D2)- kritisch für die Aufrechterhaltung der Stempelform während der heißen Arbeit.
• Verarbeitbarkeit: Gut (Vor Wärmebehandlung)–Nealed H21 (Härte ~ 220-250 Brinell) ist einfach mit Carbid -Werkzeugen zu maschinenberechtigt; Vermeiden Sie die Bearbeitung nach Härten (58-62 HRC).
• Schweißbarkeit: Fair - Hochschwerer und Legierungsgehalt erhöhen das Rissrisiko; Vorheizen (300-400° C) und Temperierung nach dem Schweigen sind erforderlich, um die Zähigkeit wiederherzustellen und die Brödeln zu verhindern.

2. Reale Anwendungen von H21-Werkzeugstahl

H21s Mischung aus hohe heiße Härte, Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, Und Zähigkeit macht es ideal für Hot-Work- und Hochtemperaturanwendungen in der gesamten Branche. Hier sind seine häufigsten Verwendungszwecke:

Heiße Arbeitswerkzeuge

• Heißes Schmieden stirbt: Stirbt zum Schmieden von Weichstahlteilen (Z.B., Kfz -Schrauben, Hardware) Verwenden Sie H21 -heiße Härte behält die Form während des Schmiedens von 450-500 ° C, und Zähigkeit widersetzt sich aus den Auswirkungen des Schmiedens von Hämmern.
• Heiße Extrusion stirbt: Stirbt für extrudierende Aluminiumprofile (Z.B., Türrahmen, Dekorative Trim) Verwenden Sie H21 - Wea -Widerstand verarbeitet die Reibung von geschmolzenem Aluminium, und thermische Müdigkeitsresistenz erstreckt sich über die Lebensdauer.
• Heiße Stempelwerkzeuge: Werkzeuge für heißes Stempeln mit kohlenstoffarmen Stahl (Z.B., Geräte -Teile) Verwenden Sie H21 - Retänen Härte bei 450 ° C., sicherstellen 60,000+ Stempel.

Fallbeispiel: Ein Hardwarehersteller verwendete A2 -Werkzeugstahl für heiße Schmieden, die Stahlschrauben produzieren. Der A2 stirbt danach fehlgeschlagen 5,000 Zyklen aufgrund thermischer Risse. Sie wechselten zu H21, und die Stirme dauerten 12,000 Zyklen (140% länger) ohne Knacken - Schnittstabersatzkosten durch $18,000 jährlich.

Schneidwerkzeuge

• Fräser: Schneider zur Bearbeitung von Aluminium oder Weichstahl bei mittelschweren Temperaturen (300-400° C) Verwenden Sie H21 -heiße Härte Schärfe beibehält, Outperformance Standard -HSS -Cutters.
• Drehwerkzeuge: Drehwerkzeuge zum Drehen von heißer Stahl verwenden H21-Wäschefestigkeit reduziert Werkzeugänderungen, Verbesserung der Produktionseffizienz durch 25%.
• Ränen: Räumen für die Gestaltung von nicht hitzebeständigen Legierungen (Z.B., Aluminium Luft- und Raumfahrtklammern) Verwenden Sie H21 - Teigness widersteht das Chipping, und heiße Härte behält die Präzision während langer Läufe bei.

Werkzeuge bilden & Plastikform

• Schläge und Sterben: Heißbildende Schläge für dünne Metallblätter (Z.B., Blechklassen) Verwenden Sie H21 - STRAGE GROSS hohe Lasten, und thermischer Müdigkeitswiderstand vermieden ein Riss durch wiederholte Erhitzen.
• Injektionsformwerkzeuge: Formen für Kunststoffe mit mittlerer Temperatur (Z.B., Polypropylen, ABS) Verwenden Sie H21 - Resistenten tragen aus Kunststofffluss und behalten die Form bei 250 ° C -Formtemperaturen bei, Gewährleistung einer konsequenten Teilqualität.
• Blow -Formwerkzeuge: Werkzeuge zum Blasenformeln kleine Kunststoffteile (Z.B., Flaschenverschlüsse, Spielzeugkomponenten) Verwenden Sie H21 - Teigness widersteht dem Druck, und Verschleißfestigkeit behält die Schimmelpilzpräzision über 80,000+ Zyklen.

Luft- und Raumfahrt & Automobilindustrie

• Luft- und Raumfahrtindustrie: Low-Heat-Luft- und Raumfahrtkomponenten (Z.B., Aluminiumhalterung Schmieden stirbt) Verwenden Sie H21 -heiße Härte Griffe 450 ° C Schmieden, und Stärke unterstützt strukturelle Belastungen.
• Automobilindustrie: Mittelperformance-Komponenten (Z.B., Nicht-Rennmotorenhalterungen, Abgasbügel) Verwenden Sie H21-HEAT-Widerstand stand 400 ° C+ Unterhuttemperaturen, und Verschleißfestigkeit verringert den Abbau.

3. Herstellungstechniken für H21 -Werkzeugstahl

Das Herstellen von H21-Werkzeugstahl erfordert Präzision, um das chemische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten und die Leistung der Hochtemperatur zu optimieren. Hier ist der detaillierte Prozess:

1. Metallurgische Prozesse (Kompositionskontrolle)

• Elektrischer Lichtbogenofen (EAF): Die Hauptmethode - Stahl ausschalten, Chrom, Molybdän, Vanadium, und andere Legierungen werden bei 1.650-1.750 ° C geschmolzen. Sensoren Monitor Chemische Zusammensetzung Elemente in den festen Bereichen von H21 aufbewahren (Z.B., 4.00-5.00% Chrom und 1.00-1.50% Molybdän), kritisch für heiße Härte.
• Basis -Sauerstoffofen (Bof): Für groß an, dann wird Sauerstoff geblasen, um den Kohlenstoffgehalt anzupassen. Legierungen (Molybdän, Vanadium) werden nach dem Blowing hinzugefügt, um Oxidation zu vermeiden.

2. Rollprozesse

• Heißes Rollen: Die geschmolzene Legierung wird ingots geworfen, erhitzt auf 1.100-1.200 ° C., und rollte in Stangen, Teller, oder Blätter. Heißes Rollen bricht große Carbide ab und formt das Material in Werkzeugblanks (Z.B., Schmieden der Blöcke).
• Kaltes Rollen: Selten verwendet-H21 ist hauptsächlich für dicke Hot-Work-Werkzeuge gedacht; Kaltes Rollen wird nur für dünne Blätter verwendet (Z.B., Kleine Schneidwerkzeuge) Verbesserung der Oberflächenbeschaffung.

3. Wärmebehandlung (Kritisch für die heiße Leistung)

Die Wärmebehandlung von H21 ist zugeschnitten, um heiße Härte und Zähigkeit zu maximieren:

• Glühen: Auf 850-900 ° C erhitzt und festgehalten für 2-4 Std., dann langsam abgekühlt (50° C/Stunde) bis ~ 600 ° C.. Reduziert die Härte zu 220-250 Brinell, Machenschaft machen und interne Stress lindern.
• Quenching: Erhitzt auf 1.000-1.050 ° C. (Austenitisierung) und für 30-60 Minuten (Abhängig von der Teildicke), dann in Öl oder Luft löschen. Öllöschen härtet den Stahl an 62-64 HRC; Luftlöschung (Langsamer) reduziert die Verzerrung, senkt aber die Härte zu 58-60 HRC.
• Temperieren: Auf 480-530 ° C erwärmt (Für Hot-Work-Tools) oder 300-400 ° C. (Für Kaltarbeit) und für 1-2 Std., dann luftgekühlt. Temperieren bei 480-530 ° C-Guthaben heiße Härte und Zähigkeit - kritisch für das Schmieden von Störungen; Niedrigere Temperaturtemperaturen priorisieren die Festigkeit für Schnittwerkzeuge.
• Stressabbau Glühen: Optional-auf 600-650 ° C erhitzt für 1 Stunde nach der Bearbeitung (Vor der endgültigen Wärmebehandlung) Reduzierung des Schneidstresses reduzieren, was beim Löschen zu Rissen führen kann.

4. Bildung und Oberflächenbehandlung

• Formenmethoden:
• Drücken Sie die Formung: Verwendet hydraulische Pressen (5,000-8,000 Tonnen) Um H21 -Platten in große Schmieding -Würfelblöcke zu formen - vor der Wärmebehandlung, Wenn der Stahl weich ist.
• Biegen: Selten verwendet - H21 ist dick, Schwere Werkzeuge; Die meiste Formung erfolgt über Bearbeitung oder Presseforming.
• Bearbeitung: CNC -Mühlen mit Carbidwerkzeugen formen H21 in die Kavitäten oder Schneidwerkzeuge Geometrien (Z.B., Mühlenzähne) wenn geglüht. Kühlmittel ist erforderlich, um eine Überhitzung zu vermeiden - die Auswachungsgeschwindigkeiten sind 10-15% Langsamer als Low-Alloy-Stähle.
• Schleifen: Nach Wärmebehandlung, Präzisionsschleife (mit Diamanträdern) Verfeinert die Kavitäten oder Werkzeugkanten an engen Toleranzen (Z.B., ± 0,001 mm für Extrusionsstimmungen).
• Oberflächenbehandlung:
• Härten: Endgültige Wärmebehandlung (Quenching + Temperieren) reicht für die meisten Anwendungen aus - keine zusätzliche Oberflächenhärten benötigt.
• Nitriding: Für hochkarme heiße Werkzeuge (Z.B., Extrusion stirbt)-In einer Stickstoffatmosphäre auf 480-530 ° C geheizt, um eine harte Nitridschicht zu bilden (5-10 μm), Steigerung der Verschleißfestigkeit durch 25% ohne die Kernzähigkeit zu verringern.
• Beschichtung (PVD/CVD): Dünne Beschichtungen wie Titannitrid (PVD) werden auf Schneidwerkzeuge angewendet - reduziert die Reibung und erweitert die Werkzeuglebensdauer um 1,5x, Besonders zur Bearbeitung von Aluminium oder Weichstahl.

5. Qualitätskontrolle (Heiße Leistungssicherung)

• Härteprüfung: Verwendet Rockwell C-Tester, um die Härte nach der Temperation zu überprüfen (58-62 HRC) und heiße Härte (≥ 45 HRC bei 500 ° C)-kritisch für die Hot-Work-Leistung.
• Mikrostrukturanalyse: Untersucht die Legierung unter einem Mikroskop, um eine gleichmäßige Carbidverteilung zu bestätigen (Keine großen Carbide, die thermische Risse verursachen) und ordnungsgemäßes Temperieren (Kein spröde Martensit).
• Dimensionale Inspektion: Verwendet Koordinatenmessgeräte Maschinen (CMM) Um die Höhlen oder die Werkzeugabmessungen zu überprüfen - vereint Präzision für heißes Schmieden oder Extrusion.
• Wärmeermüdungstests: Simuliert wiederholte Heiz-/Kühlzyklen (450-500° C bis Raumtemperatur) Um den Widerstand gegen Risse zu überprüfen-Wesentlichkeit für Hot-Work-Tools.
• Zugprüfung: Überprüft die Zugfestigkeit (1700-1900 MPA) und Ertragsfestigkeit (1300-1500 MPA) H21 -Spezifikationen zu erfüllen.

4. Fallstudie: H21 -Werkzeugstahl in Aluminium -Extrusion stirbt

Ein Fensterhersteller verwendete D2 -Werkzeugstahl für Extrusionsstimmungen, die Aluminiumfensterverkleidung erzeugen. Der D2 stirbt danach fehlgeschlagen 4,000 Zyklen aufgrund thermischer Risse und Verschleiß, erfordern $15,000 monatlich in Ersatz. Sie wechselten zu H21 Tool Steel, mit den folgenden Ergebnissen:

• Wärmemüdung & Resistenz tragen: H21 stirbt 10,000 Zyklen (150% länger als D2) ohne Knacken - Abschnitt Ersatzkosten durch 60%.
• Trimmqualität: H21 stirbt beibehalten konsistente Trimmabmessungen (± 0,02 mm) während ihrer gesamten Lebensdauer, Während D2 -stirsche danach eine dimensionale Drift zeigte 2,000 Zyklen - reduzieren defekte Trimm durch 85%.
• Kosteneinsparungen: Während H21 stirbt 25% mehr im Voraus, Die längere Lebensdauer und die niedrigeren Defekte retteten das Unternehmen $90,000 jährlich.

5. H21 Werkzeugstahl vs. Andere Materialien

Wie ist H21 im Vergleich zu anderen Stäheln und Hochleistungsmaterialien von Hot-Work-Werkzeugen und Hochleistungsmaterialien? Lassen Sie es uns mit einem detaillierten Tisch aufschlüsseln:

Anwendungseignung

• Schmieden mitteltemperaturen stirbt: H21 ist kostengünstiger als H13 (15% billiger) und besser als D2 (Kein thermisches Riss)- ideal zum Schmieden von Weichstahl oder Aluminium.
• Aluminium -Extrusion stirbt: H21 übertrifft D2 (Kein thermisches Riss) und a2 (bessere heiße Härte)-für die Extrusion von Profilen wie Trim oder Frames mit mittlerer Volumenmeldung.
• Kunststoffformwerkzeuge: H21 gleicht Wärmefestigkeit und Kosten besser als Titan aus-perfekt für Kunststoffmesser wie ABS oder Polypropylen.
• Mäßighichtige Schneidwerkzeuge: H21 ist A2/D2 überlegen (bessere heiße Härte) Zur Bearbeitung von Aluminium oder Weichstahl reduziert das Werkzeugveränderungen.

Ansicht der Yigu -Technologie auf H21 -Werkzeugstahl

Bei Yigu Technology, Wir sehen H21 als praktisch, kostengünstige Lösung für Hot-Work-Anwendungen mit mittlerer Temperatur. Es ist hohe heiße Härte, ausgewogene Zähigkeit, Und Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit Machen Sie es ideal für unsere Kunden in der Aluminium -Extrusion, Schmieden von Weichstahl, und Kunststoffform mit mittlerer Temperatur. Wir empfehlen H21 oft für Extrusionsstimmungen, Schmiedewerkzeuge, und Kunststoffformen - wo es übertrifft D2 (Kein thermisches Riss) und ist erschwinglicher als H13. Während es etwas geringere heiße Härte als H13 hat, Die geringeren Kosten und die zuverlässige Leistung bieten einen hohen Wert, Übereinstimmung mit unserem Ziel, nachhaltig zu sein, Anwendungsorientierte Lösungen.

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