H13 Tool Steel es un acero para herramientas de trabajo caliente ampliamente utilizado celebrado por su excepcional dureza caliente, dureza equilibrada, y resistencia al desgaste confiable. Está a medida composición química—Con cantidades precisas de cromo, molibdeno, y Vanadium: lo dejan retener la dureza a temperaturas elevadas (hasta 550 ° C) mientras resistes la fatiga térmica, convirtiéndolo en una opción superior para los troqueles de forjado caliente, herramientas de extrusión, y componentes de moldeo de plástico de alta temperatura. En esta guía, Desglosaremos sus rasgos clave, Usos del mundo real, procesos de fabricación, y cómo se compara con otros materiales, Ayudándolo a seleccionar para proyectos que exigen durabilidad en los repetidos ciclos de calor alto.
1. Propiedades de material clave del acero de herramienta H13
El rendimiento de H13 Tool Steel se define por su cuidadosamente calibrado composición química, que da forma a su robusto propiedades mecánicas, coherente propiedades físicas, y características destacadas de alta temperatura.
Composición química
La fórmula de H13 está optimizada para aplicaciones de trabajo caliente, con rangos fijos para elementos clave:
- Contenido de carbono: 0.30-0.45% (equilibra la fuerza y la dureza, lo suficientemente alto para la resistencia al desgaste, Lo suficientemente bajo para evitar la fragilidad durante el calentamiento/enfriamiento repetido)
- Contenido de cromo: 4.75-5.50% (Forma carburos resistentes al calor para Excelente resistencia al desgaste y mejora la enduribilidad, crítico para el tratamiento térmico uniforme)
- Contenido de manganeso: 0.20-0.60% (aumenta la enduribilidad sin crear carburos gruesos que debiliten el acero a altas temperaturas)
- Contenido de silicio: 0.15-0.35% (Ayuda en la desoxidación durante la fabricación y mejora la estabilidad de alta temperatura, Reducción de la distorsión térmica)
- Contenido de molibdeno: 1.10-1.75% (mejora dureza caliente y resiste la fatiga térmica: clave para herramientas expuestas a ciclos de calentamiento/enfriamiento repetidos)
- Contenido de vanadio: 0.80-1.10% (refina el tamaño del grano, mejora la dureza, y forma carburos de vanadio duro que aumentan la resistencia al desgaste a altas temperaturas)
- Contenido de fósforo: ≤0.03% (estrictamente controlado para evitar la fragilidad fría, Especialmente en las herramientas utilizadas en el almacenamiento de baja temperatura posterior al calor)
- Contenido de azufre: ≤0.03% (ultra bajo para mantener la dureza y evitar agrietarse durante la formación en caliente o mecanizado)
Propiedades físicas
H13 Tool Steel tiene características físicas consistentes que simplifican el diseño para aplicaciones de alta temperatura:
| Propiedad | Valor típico fijo |
| Densidad | ~ 7.85 g/cm³ |
| Conductividad térmica | ~ 35 w/(m · k) (A 20 ° C, más grande que los aceros de la herramienta de trabajo frío, habilitando la disipación de calor eficiente durante el trabajo en caliente) |
| Capacidad de calor específica | ~ 0.48 kJ/(kg · k) (a 20 ° C) |
| Coeficiente de expansión térmica | ~ 11 x 10⁻⁶/° C (20-500° C - más lento que los aceros inoxidables austeníticos, Minimizar la distorsión térmica en troqueles) |
| Propiedades magnéticas | Ferromagnético (retiene el magnetismo en todos los estados tratados con calor, De acuerdo con los aceros para herramientas de trabajo caliente) |
Propiedades mecánicas
Después del tratamiento térmico estándar (recocido + temple + templado), H13 ofrece un rendimiento confiable para aplicaciones de trabajo en frío caluroso y moderado:
- Resistencia a la tracción: ~ 1800-2000 MPA (a la par con aceros para el trabajo caliente de alto rendimiento, Adecuado para troqueles de falsificación caliente de alta carga)
- Fuerza de rendimiento: ~ 1400-1600 MPA (asegura que las herramientas resisten la deformación permanente bajo pesas cargas de trabajo en caliente, como forjar presión)
- Alargamiento: ~ 10-15% (en 50 MM: alta ductilidad para un acero de trabajo caliente, Permitir una remodelación menor de troqueles sin agrietarse)
- Dureza (Escala de Rockwell C): 58-62 HRC (Después del tratamiento térmico, ajustable a 52-56 HRC para la máxima resistencia en herramientas calientes de alto impacto)
- Fatiga: ~ 700-800 MPA (a 10⁷ ciclos: aceros superiores a trabajos fríos como D2, Ideal para herramientas bajo calefacción/enfriamiento repetido)
- Dureza de impacto: Moderado a alto (~ 45-55 J/cm² a temperatura ambiente)—Artig más grande que la mayoría de los aceros de trabajo caliente, Reducir el riesgo de agrietamiento de la fatiga térmica
Otras propiedades críticas
- Excelente resistencia al desgaste: Los carburos de cromo y vanadio resisten la abrasión incluso a 500 ° C, haciéndolo ideal para la forja en caliente de acero o aluminio.
- Buena dureza: Equilibrado con fuerza, por lo que puede resistir el impacto al forjar los martillos o la presión de extrusión sin agrietarse.
- Alta dureza caliente: Retiene ~ 48 hrc a 550 ° C (mucho más alto que los aceros de trabajo frío como A2)—Crítico para mantener la forma de die durante el trabajo caliente.
- Maquinabilidad: Bien (Antes del tratamiento térmico)—Enealizado H13 (Dureza ~ 220-250 Brinell) es fácil de mecanizar con herramientas de carburo; Evite el mecanizado después de endurecer (58-62 HRC).
- Soldadura: Feria: el contenido de carbono y aleación de alto aumento del riesgo de agrietamiento; precalentamiento (300-400° C) y se requieren templaciones posteriores a la soldado para restaurar la dureza y prevenir la fragilidad.
2. Aplicaciones del mundo real de H13 Tool Steel
La mezcla de H13 de Alta dureza caliente, Excelente resistencia al desgaste, y la dureza lo hace ideal para aplicaciones de trabajo caliente y de alta temperatura en todas las industrias. Aquí están sus usos más comunes:
Herramientas de trabajo en caliente
- Dies de falsificación caliente: Muere para forjar piezas automotrices (P.EJ., cigüeñal, bordes de conexión) Use H13—dureza caliente retiene la forma durante 500-550 ° C Forging, y la dureza resiste el impacto de forjar martillos.
- Dies de extrusión en caliente: Muere por extruido de los perfiles de aluminio (P.EJ., marcos de ventana, disipadores de calor) Use H13: la resistencia a la ropa maneja la fricción del aluminio fundido, y la resistencia a la fatiga térmica extiende la vida de la matriz.
- Herramientas de estampado en caliente: Herramientas para estampado de acero de alta resistencia (P.EJ., paneles de cuerpo automotriz) Use H13: consigue dureza a 500 ° C, Asegurar una forma constante del panel sobre 80,000+ estampillas.
Ejemplo de caso: Una planta de forja automotriz usaba acero estándar de trabajo caliente (H11) Para el cigüeñal muere pero enfrentó grietas frecuentes después de 10,000 ciclos. Cambiaron a H13, y los troqueles duraron 15,000 ciclos (50% más extenso) sin grietas, costos de reemplazo de troqueles por $25,000 anualmente.
Herramientas de corte
- Cortadores de fresadoras: Cortadores para mecanizar aleaciones resistentes al calor (P.EJ., titanio, Incomparar) Use H13—dureza caliente Mantiene la nitidez a 400-500 ° C temperaturas de corte, Supervisión de cortadores HSS estándar.
- Herramientas de giro: Las herramientas de torno para girar los metales de alta temperatura usan H13: la resistencia a la ropa reduce los cambios de herramientas, Mejora de la eficiencia de producción por 30%.
- Broches: Broches para dar forma a los componentes aeroespaciales (P.EJ., hojas de turbina) Use H13: la tosería resiste el astillado, y la dureza caliente mantiene la precisión durante las largas carreras de mecanizado.
Herramientas de formación & Moldura de plástico
- Golpes y muere: Golpes de formación caliente para sábanas de metal gruesas (P.EJ., Piezas de chasis automotriz) Usar H13 - Strength Maneja cargas altas, y la resistencia a la fatiga térmica evita que el calentamiento repetido.
- Herramientas de moldeo por inyección: Moldes para plásticos a alta temperatura (P.EJ., nylon, OJEADA) Use H13: el uso del flujo de plástico y retiene forma a 300 ° C temperaturas de moldeo, Asegurar una calidad de pieza constante.
- Herramientas de moldeo de soplado: Herramientas para moldear piezas de plástico grandes (P.EJ., tanques de combustible, botellas de agua) Utilice H13: la toscosidad resiste la presión, y la resistencia al desgaste mantiene la precisión del moho sobre 100,000+ ciclos.
Aeroespacial & Industrias automotriz
- Industria aeroespacial: Componentes de alta temperatura (P.EJ., Forra de cuchilla de turbina muere, Escudos de calor del motor) Use H13—dureza caliente maneja las temperaturas del motor de 550 ° C, y la fuerza admite cargas estructurales.
- Industria automotriz: Componentes de alto rendimiento (P.EJ., válvulas de motor de carreras, múltiples de escape) Use H13: la resistencia al calor se soporta 500 ° C+ temperaturas de escape, y la resistencia al desgaste reduce la degradación de los componentes.
3. Técnicas de fabricación para H13 Tool Steel
La producción de acero de herramienta H13 requiere precisión para mantener su equilibrio químico y optimizar el rendimiento de alta temperatura. Aquí está el proceso detallado:
1. Procesos metalúrgicos (Control de composición)
- Horno de arco eléctrico (EAF): El método principal: acero de cáscara, cromo, molibdeno, vanadio, y otras aleaciones se derriten a 1.650-1,750 ° C. Monitor de sensores composición química Para mantener elementos dentro de los rangos fijos de H13 (P.EJ., 4.75-5.50% cromo y 1.10-1.75% molibdeno), crítico para la dureza caliente.
- Horno de oxígeno básico (Bof): Para la producción a gran escala: el hierro Molten desde un alto horno se mezcla con acero de chatarra, entonces se sopla el oxígeno para ajustar el contenido de carbono. Aleaciones (molibdeno, vanadio) se agregan después del soplo para evitar la oxidación.
2. Procesos de rodadura
- Rodillo caliente: La aleación fundida se arroja a lingotes, Calentado a 1.100-1,200 ° C, y rodé en barras, platos, o sábanas. El rodillo caliente descompone grandes carburos y da forma al material en blanco de la herramienta (P.EJ., Forjando bloques de troquel).
- Rodando en frío: Raramente usado: H13 es principalmente para herramientas gruesas de trabajo caliente; Rolling en frío solo se usa para sábanas delgadas (P.EJ., Pequeñas herramientas de corte) Para mejorar el acabado superficial.
3. Tratamiento térmico (Crítico para el rendimiento caliente)
El tratamiento térmico de H13 se adapta para maximizar la dureza y la tenacidad en caliente:
- Recocido: Calentado a 850-900 ° C y mantenido para 2-4 horas, luego se enfrió lentamente (50° C/hora) a ~ 600 ° C. Reduce la dureza a 220-250 Brinell, haciéndolo maquinable y aliviando el estrés interno.
- Temple: Calentado a 1.020-1,080 ° C (austenitizar) y sostenido para 30-60 minutos (Dependiendo del grosor de la parte), luego se apagó en aceite o aire. El enfriamiento de aceite endurece el acero para 62-64 HRC; apagado de aire (Más lento) reduce la distorsión pero reduce la dureza para 58-60 HRC.
- Templado: Recalentado a 500-550 ° C (Para herramientas de trabajo caliente) o 300-400 ° C (Para uso de trabajo en frío) y sostenido para 1-2 horas, luego refrigerado por aire. Templado a 500-550 ° C saldos dureza caliente y dureza: crítico para forjar diarios; Las temperaturas de temperamento más bajas priorizan la resistencia para las herramientas de corte.
- Recocido para alivio del estrés: Opcional: calentado a 600-650 ° C para 1 hora después del mecanizado (Antes del tratamiento térmico final) Para reducir el estrés de corte, que podría causar grietas durante el enfriamiento.
4. Formación y tratamiento de superficie
- Métodos de formación:
- Formación de prensa: Utiliza prensas hidráulicas (5,000-10,000 montones) Para dar forma a las placas H13 en grandes bloques de troquel de falsificación: no haya sido antes del tratamiento térmico, Cuando el acero es suave.
- Flexión: Raramente usado: h13 es para grueso, herramientas pesadas; La mayoría de las formas se realizan mediante mecanizado o formación de prensa.
- Mecanizado: Las fábricas CNC con herramientas de carburo dan forma H13 en cavidades de matriz o geometrías de herramientas de corte (P.EJ., dientes de molino) Cuando se recocido. Se requiere refrigerante para evitar el sobrecalentamiento: las velocidades de eliminación son 10-15% más lento que los aceros de baja aleación.
- Molienda: Después del tratamiento térmico, rectificación de precisión (con ruedas de diamantes) Refina las cavidades de la matriz o los bordes de la herramienta a tolerancias estrechas (P.EJ., ± 0.001 mm para troqueles de extrusión).
- Tratamiento superficial:
- Endurecimiento: Tratamiento térmico final (temple + templado) es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, no se necesita endurecimiento de superficie adicional.
- Nitrurro: Para herramientas calientes de alto uso (P.EJ., extrusión muere)—Heated a 500-550 ° C en una atmósfera de nitrógeno para formar una capa de nitruro dura (5-10 μm), aumentando la resistencia al desgaste por 30% sin reducir la dureza del núcleo.
- Revestimiento (PVD/CVD): Recubrimientos delgados como el nitruro de aluminio de titanio (Pvd) se aplican a herramientas de corte: reduce la fricción y extiende la vida útil de la herramienta en 2x, especialmente para mecanizar aleaciones de alta temperatura.
5. Control de calidad (Garantía de rendimiento caliente)
- Prueba de dureza: Utiliza probadores de Rockwell C para verificar la dureza posterior a la temperatura (58-62 HRC) y dureza caliente (≥48 hrc a 550 ° C)—Crítico para el rendimiento del trabajo caliente.
- Análisis de microestructura: Examina la aleación bajo un microscopio para confirmar la distribución uniforme de carburo (No hay grandes carburos que causen grietas térmicas) y templado adecuado (Sin martensita quebradiza).
- Inspección dimensional: Utiliza máquinas de medición de coordenadas (Cmm) Para verificar las cavidades de la matriz o las dimensiones de la herramienta: la precisión para la forja o la extrusión en caliente.
- Prueba de fatiga térmica: Simula ciclos de calentamiento/enfriamiento repetidos (500-550° C a temperatura ambiente) Para verificar la resistencia al agrietamiento, esencial para las herramientas de trabajo caliente.
- Prueba de tracción: Verifica la resistencia a la tracción (1800-2000 MPA) y fuerza de rendimiento (1400-1600 MPA) Para cumplir con las especificaciones de H13.
4. Estudio de caso: Acero de herramienta H13 en extrusión de aluminio.
Una compañía de extrusión de aluminio usó acero de herramienta D2 para troqueles de extrusión que producen perfiles de disipador de calor. El D2 muere falló después 3,000 ciclos debido al agrietamiento y desgaste térmico, requerido $20,000 mensualmente en reemplazos. Cambiaron a H13 Tool Steel, Con los siguientes resultados:
- Fatiga térmica & Resistencia al desgaste: H13 Dies duró 8,000 ciclos (167% más largo que D2) sin grietas, costos de reemplazo de 60%.
- Calidad de perfil: H13 Dies mantuvo dimensiones consistentes del disipador de calor (± 0.02 mm) A lo largo de su vida útil, Mientras que D2 muere mostró una deriva dimensional después 1,500 ciclos: reducción de partes defectuosas por 90%.
- Ahorro de costos: Mientras que H13 muere cuesta 30% Más por adelantado, La vida útil más larga y los defectos más bajos salvaron a la compañía $120,000 anualmente.
5. H13 Tool Steel vs. Otros materiales
¿Cómo se compara H13 con otros aceros de herramientas de trabajo caliente y materiales de alto rendimiento?? Vamos a desglosarlo con una mesa detallada:
| Material | Costo (VS. H13) | Dureza (HRC) | Dureza caliente (HRC a 550 ° C) | Dureza de impacto | Resistencia al desgaste | Maquinabilidad |
| Acero de herramienta H13 | Base (100%) | 58-62 | ~ 48 | Moderado | Excelente | Bien |
| H11 Hool Steel | 110% | 58-62 | ~ 50 | Moderado | Excelente | Bien |
| Acero de herramienta A2 | 75% | 52-60 | ~ 35 | Alto | Muy bien | Bien |
| Acero de herramienta D2 | 85% | 60-62 | ~ 30 | Bajo | Excelente | Difícil |
| Aleación de titanio (TI-6Al-4V) | 400% | 30-35 | ~ 25 | Alto | Bien | Pobre |
Idoneidad de la aplicación
- Dies de falsificación caliente: H13 es más rentable que H11 (10% más económico) y tiene una mejor resistencia: ideal para la forja de alto impacto de las piezas de automóvil.
- Muere la extrusión de aluminio: H13 supera a D2 (Sin grietas térmicas) y A2 (mejor dureza caliente)—Asuitable para la extrusión de alto volumen.
- Herramientas de moldeo de plástico: H13 equilibra la resistencia al calor y el costo mejor que el titanio: perfecto para plásticos a alta temperatura como Peek.
- Herramientas de corte a alta temperatura: H13 es superior a A2/D2 (mejor dureza caliente) Para mecanizar las aleaciones resistentes al calor: reduce los cambios de la herramienta.
Vista de la tecnología de Yigu sobre H13 Tool Steel
En la tecnología yigu, Vemos H13 como un versátil, Solución rentable para aplicaciones de trabajo caliente. Es Alta dureza caliente, dureza equilibrada, y Excelente resistencia al desgaste Haz que sea ideal para nuestros clientes en forja automotriz, extrusión de aluminio, y moldura de plástico. A menudo recomendamos H13 para troqueles de forjado caliente, herramientas de extrusión, y moldes de inyección, donde supera a D2 (Sin grietas térmicas) y es más asequible que H11. Mientras tiene una dureza caliente ligeramente menor que H11, Su mejor dureza y menor costo ofrecen un mejor valor general, alinear con nuestro objetivo de sostenible, soluciones de alto rendimiento.
