Acero de herramientas H21: Propiedades, Aplicaciones, Guía de fabricación

H21 Tool Steel es un acero de herramienta de trabajo caliente confiable valorado por su equilibrado dureza caliente, tenacidad, y resistencia al desgaste, haciéndolo una opción para aplicaciones que exigen durabilidad en ciclos repetidos de alta temperatura. Está cuidadosamente sintonizado composición química (con cromo controlado, molibdeno, y vanadio) Deja que retenga la dureza de hasta 500 ° C mientras se resiste a la fatiga térmica, superar a muchos aceros de trabajo frío en entornos calientes como forja y extrusión. 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 donde se alinee la resistencia al calor y la practicidad.

1. Propiedades de material clave del acero de herramienta H21

El rendimiento de H21 Tool Steel está enraizado en su calibrado con precisión composición química, que da forma a su robusto propiedades mecánicas, coherente propiedades físicas, y características destacadas de alta temperatura.

Composición química

La fórmula de H21 está optimizada para la confiabilidad del trabajo caliente, con rangos fijos para elementos clave:

• Contenido de carbono: 0.35-0.45% (equilibra la fuerza y ​​la dureza, lo suficientemente alto para la resistencia al desgaste, Lo suficientemente bajo para evitar la fragilidad durante los ciclos de calentamiento/enfriamiento)
• Contenido de cromo: 4.00-5.00% (Forma carburos resistentes al calor para Excelente resistencia al desgaste y mejora la enduribilidad, Asegurar resultados de 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: 1.00-1.50% (mejora dureza caliente y resiste la fatiga térmica: crítica para herramientas expuestas a calefacción/enfriamiento repetido)
• Contenido de vanadio: 0.50-0.80% (refina el tamaño del grano, mejora la dureza, y forma pequeños carburos de vanadio que aumentan la resistencia al desgaste a altas temperaturas)
• Contenido de fósforo: ≤0.03% (estrictamente controlado para evitar la fragilidad fría, especialmente para herramientas almacenadas o utilizadas en entornos de baja temperatura)
• Contenido de azufre: ≤0.03% (ultra bajo para mantener la dureza y evitar agrietarse durante la formación en caliente o mecanizado)

Propiedades físicas

El acero H21 Tool tiene rasgos físicos consistentes que simplifican el diseño para aplicaciones de alta temperatura:

Propiedades mecánicas

Después del tratamiento térmico estándar (recocido + temple + templado), H21 ofrece un rendimiento confiable para tareas de trabajo en frío caluroso y moderado:

• Resistencia a la tracción: ~ 1700-1900 MPA (Adecuado para troqueles de falsificación caliente de alta carga, aunque ligeramente más bajo que H13)
• Fuerza de rendimiento: ~ 1300-1500 MPA (asegura que las herramientas resisten la deformación permanente bajo pesas cargas de trabajo en caliente, como presión de extrusión)
• Alargamiento: ~ 10-15% (en 50 MM: alta ductilidad para un acero de trabajo caliente, Permitiendo la remodelación de la diedia menor 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: ~ 650-750 MPA (a 10⁷ ciclos: aceros para el trabajo frío a los trabajos fríos como A2, Ideal para herramientas bajo calefacción/enfriamiento repetido)
• Dureza de impacto: Moderado a alto (~ 40-50 j/cm² a temperatura ambiente)—Mubrete más que muchos aceros para el 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 aluminio o acero suave.
• Buena dureza: Equilibrado con fuerza, por lo que puede resistir el impacto al forjar martillos o prensas de extrusión sin atribuir.
• Alta dureza caliente: Retiene ~ 45 hrc a 500 ° C (mucho más alto que los aceros de trabajo frío como D2)—Crítico para mantener la forma de die durante el trabajo caliente.
• Maquinabilidad: Bien (Antes del tratamiento térmico)—Enealizado H21 (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 H21 Tool Steel

La mezcla de H21 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: Des para forjar piezas de acero suave (P.EJ., pernos automotrices, hardware) Use H21—dureza caliente retiene la forma durante 450-500 ° C de forja, 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 puertas, adorno decorativo) Use H21: 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 el estampado de acero bajo en carbono (P.EJ., piezas de electrodomésticos) Use H21: consigue dureza a 450 ° C, Asegurar una forma de pieza constante sobre 60,000+ estampillas.

Ejemplo de caso: Un fabricante de hardware usó acero de herramienta A2 para troqueles de forjado en caliente que producen pernos de acero. El A2 muere falló después 5,000 ciclos debido a la grieta térmica. Cambiaron a H21, y los troqueles duraron 12,000 ciclos (140% más extenso) sin grietas, costos de reemplazo de troqueles por $18,000 anualmente.

Herramientas de corte

• Cortadores de fresadoras: Cortadores para mecanizar aluminio o acero suave a temperaturas moderadas (300-400° C) Use H21—dureza caliente Mantiene la nitidez, Supervisión de cortadores HSS estándar.
• Herramientas de giro: Herramientas de torno para girar el acero en caliente use H21: la resistencia a la ropa reduce los cambios de herramientas, Mejora de la eficiencia de producción por 25%.
• Broches: Broches para dar forma a aleaciones no resistentes (P.EJ., soportes aeroespaciales de aluminio) Utilice H21: la tosería resiste el chipp, y la dureza caliente mantiene la precisión durante las carreras largas.

Herramientas de formación & Moldura de plástico

• Golpes y muere: Golpes de formación en caliente para hojas de metal delgada (P.EJ., corchetes) Usar H21 - Maneja de fuerza altas cargas, y la resistencia a la fatiga térmica evita que el calentamiento repetido.
• Herramientas de moldeo por inyección: Moldes para plásticos a la temperatura media (P.EJ., polipropileno, Abdominales) Use H21: el uso de los resultados del flujo de plástico y retiene la forma a las temperaturas de moldeo de 250 ° C, Asegurar una calidad de pieza constante.
• Herramientas de moldeo de soplado: Herramientas para moldear las piezas de plástico pequeñas (P.EJ., tapas de botella, componentes de juguete) Use H21: la toscosidad resiste la presión, y la resistencia al desgaste mantiene la precisión del moho sobre 80,000+ ciclos.

Aeroespacial & Industrias automotriz

• Industria aeroespacial: Componentes aeroespaciales de bajo calor (P.EJ., Dies de forja de soporte de aluminio) Use H21—dureza caliente Maneja 450 ° C Forging, y la fuerza admite cargas estructurales.
• Industria automotriz: Componentes de rendimiento medio (P.EJ., Soportes de motor no corridos, colgadores de escape) Use H21: la resistencia al calor se soporta 400 ° C+ temperaturas de bajo alojamiento, y la resistencia al desgaste reduce la degradación.

3. Técnicas de fabricación para H21 Tool Steel

La producción de acero de herramienta H21 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 H21 (P.EJ., 4.00-5.00% cromo y 1.00-1.50% 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: H21 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 H21 se adapta para maximizar la dureza y la dureza calientes:

• 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 1,000-1,050 ° 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 480-530 ° 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 480-530 ° 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 (5,000-8,000 montones) para dar forma a las placas H21 en grandes bloques de troquel de forjado: no haya sido antes del tratamiento térmico, Cuando el acero es suave.
• Flexión: Raramente usado: H21 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 H21 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)—Calado a 480-530 ° C en una atmósfera de nitrógeno para formar una capa de nitruro dura (5-10 μm), aumentando la resistencia al desgaste por 25% sin reducir la dureza del núcleo.
• Revestimiento (PVD/CVD): Recubrimientos delgados como el nitruro de titanio (Pvd) se aplican a herramientas de corte: reduce la fricción y extiende la vida útil de la herramienta en 1,5 veces, especialmente para mecanizar aluminio o acero suave.

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 (≥45 hrc a 500 ° 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 (450-500° 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 (1700-1900 MPA) y fuerza de rendimiento (1300-1500 MPA) Para cumplir con las especificaciones de H21.

4. Estudio de caso: Acero de herramienta H21 en la extrusión de aluminio.

Un fabricante de ventanas utilizó acero de herramienta D2 para troqueles de extrusión que producen adornos de ventana de aluminio. El D2 muere falló después 4,000 ciclos debido al agrietamiento y desgaste térmico, requerido $15,000 mensualmente en reemplazos. Cambiaron a H21 Tool Steel, Con los siguientes resultados:

• Fatiga térmica & Resistencia al desgaste: H21 muere durado 10,000 ciclos (150% más largo que D2) sin grietas, costos de reemplazo de 60%.
• Calidad de recorte: H21 Dies mantuvo dimensiones de recorte consistentes (± 0.02 mm) A lo largo de su vida útil, Mientras que D2 muere mostró una deriva dimensional después 2,000 ciclos: reducción de adornos defectuosos por 85%.
• Ahorro de costos: Mientras que el H21 muere cuesta 25% Más por adelantado, La vida útil más larga y los defectos más bajos salvaron a la compañía $90,000 anualmente.

5. H21 Tool Steel vs. Otros materiales

¿Cómo se compara H21 con otros aceros de herramientas de trabajo caliente y materiales de alto rendimiento?? Vamos a desglosarlo con una mesa detallada:

Idoneidad de la aplicación

• Dies de falsificación de temperatura media: H21 es más rentable que H13 (15% más económico) y mejor que d2 (Sin grietas térmicas)—Deal para forjar acero o aluminio suave.
• Muere la extrusión de aluminio: H21 supera a D2 (Sin grietas térmicas) y A2 (mejor dureza caliente)—Asuitable para la extrusión de perfiles de volumen medio como molduras o marcos.
• Herramientas de moldeo de plástico: H21 equilibra la resistencia al calor y el costo mejor que el titanio: perfecto para plásticos de temperatura media como ABS o polipropileno.
• Herramientas de corte moderadas: H21 es superior a A2/D2 (mejor dureza caliente) Para mecanizar el aluminio o el acero suave: reduce los cambios de la herramienta.

Vista de la tecnología de Yigu sobre H21 Tool Steel

En la tecnología yigu, Vemos H21 como un práctico, Solución rentable para aplicaciones de trabajo caliente de temperatura media. Es Alta dureza caliente, dureza equilibrada, y Excelente resistencia al desgaste Haz que sea ideal para nuestros clientes en extrusión de aluminio, falsificación de acero suave, y molduras de plástico de temperatura media. A menudo recomendamos H21 para troqueles de extrusión, Forying Herramientas, y moldes de plástico, donde supera a D2 (Sin grietas térmicas) y es más asequible que H13. Mientras tiene una dureza caliente ligeramente menor que H13, Su menor costo y rendimiento confiable ofrecen un gran valor, alinear con nuestro objetivo de sostenible, soluciones centradas en la aplicación.

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