Acciaio per utensili H21: Proprietà, Applicazioni, Guida di produzione

L'acciaio per utensili H21 è un strumento di lavoro a caldo affidabile valutato per il suo bilanciamento Durezza calda, tenacità, e resistenza all'usura: fare una scelta di riferimento per applicazioni che richiedono durata nei cicli ripetuti ad alta temperatura. È accuratamente sintonizzato composizione chimica (con cromo controllato, molibdeno, e vanadio) Consente di conservare la durezza fino a 500 ° C resistendo alla fatica termica, sovraperformare molti acciai a freddo in ambienti caldi come forgiatura ed estrusione. In questa guida, abbatteremo i suoi tratti chiave, usi del mondo reale, processi di produzione, e come si confronta con altri materiali, Aiutarti a selezionarlo per progetti in cui si allineano la resistenza al calore e la praticità.

1. Proprietà del materiale chiave dell'acciaio per utensili H21

Le prestazioni di H21 Tool Steel sono radicate nella sua calibrata con precisione composizione chimica, che modella il suo robusto Proprietà meccaniche, coerente Proprietà fisiche, e caratteristiche straordinarie ad alta temperatura.

Composizione chimica

La formula di H21 è ottimizzata per l'affidabilità del lavoro caldo, con intervalli fissi per elementi chiave:

• Contenuto di carbonio: 0.35-0.45% (Bilancia forza e tenacità: abbastanza alta per la resistenza all'usura, Abbastanza basso da evitare la fragilità durante i cicli di riscaldamento/raffreddamento)
• Contenuto di cromo: 4.00-5.00% (forma carburi resistenti al calore per Eccellente resistenza all'usura e migliora la intensità, Garantire risultati uniformi del trattamento termico)
• Contenuto di manganese: 0.20-0.60% (Aumenta l'indurnabilità senza creare carburi grossolani che indeboliscono l'acciaio a temperature elevate)
• Contenuto di silicio: 0.15-0.35% (Aiuti nella disossidazione durante la produzione e migliora la stabilità ad alta temperatura, riducendo la distorsione termica)
• Contenuto di molibdeno: 1.00-1.50% (migliora Durezza calda e resiste alla fatica termica: critica per gli strumenti esposti al riscaldamento/raffreddamento ripetuti)
• Contenuto del vanadio: 0.50-0.80% (Refinina le dimensioni del grano, Migliora la tenacità, e forma piccoli carburi di vanadio che aumentano la resistenza all'usura ad alte temperature)
• Contenuto di fosforo: ≤0,03% (rigorosamente controllato per prevenire la fragilità fredda, Soprattutto per gli strumenti archiviati o utilizzati in ambienti a bassa temperatura)
• Contenuto di zolfo: ≤0,03% (ultra-basso per mantenere la tenacità ed evitare il crack durante la formazione calda o la lavorazione)

Proprietà fisiche

L'acciaio per lo strumento H21 ha tratti fisici coerenti che semplificano il design per applicazioni ad alta temperatura:

Proprietà meccaniche

Dopo il trattamento termico standard (ricottura + spegnimento + tempra), H21 offre prestazioni affidabili per attività di lavoro a freddo calde e moderate:

• Resistenza alla trazione: ~ 1700-1900 MPA (Adatto a moli di forgiatura calda ad alto carico, sebbene leggermente inferiore a H13)
• Forza di snervamento: ~ 1300-1500 MPA (Garantisce gli strumenti resistono alla deformazione permanente sotto pesanti carichi a caldo, Come la pressione di estrusione)
• Allungamento: ~ 10-15% (In 50 mm: alta duttilità per un acciaio a caldo, consentendo un rimodellamento minore per morire senza crack)
• Durezza (Scala Rockwell C.): 58-62 HRC (Dopo il trattamento termico, aggiustato a 52-56 HRC per la massima tenacia negli strumenti caldi ad alto impatto)
• Forza a fatica: ~ 650-750 MPa (a 10⁷ cicli-da superiori agli acciai a freddo come A2, Ideale per strumenti sotto il riscaldamento/raffreddamento ripetuti)
• La tenacità dell'impatto: Da moderato a alto (~ 40-50 J/cm² a temperatura ambiente)—Il più alto di molti acciai a caldo, Ridurre il rischio di crack di affaticamento termico

Altre proprietà critiche

• Eccellente resistenza all'usura: I carburi di cromo e vanadio resistono all'abrasione anche a 500 ° C, rendendolo ideale per la forgiatura calda di alluminio o acciaio dolce.
• Buona tenacità: Equilibrato con la forza, Quindi può resistere all'impatto dal forgiare martelli o pressioni di estrusione senza scheggiare.
• Alta durezza calda: Conserva ~ 45 HRC a 500 ° C (molto più alto degli acciai a freddo come d2)—Critico per mantenere la forma del dado durante il lavoro a caldo.
• Machinabilità: Bene (prima del trattamento termico)—Annealed H21 (Durezza ~ 220-250 Brinell) è facile da macchiare con strumenti in carburo; Evita di lavorare dopo l'indurimento (58-62 HRC).
• Saldabilità: Fair: il contenuto di carbonio e lega altamente aumenta il rischio di cracking; preriscaldare (300-400° C.) e sono necessari il temperamento post-salvataggio per ripristinare la tenacità e prevenire la fragilità.

2. Applicazioni del mondo reale dell'acciaio per utensili H21

La miscela di H21 di alta durezza calda, Eccellente resistenza all'usura, e la tenacità lo rende ideale per le applicazioni a caldo e ad alta temperatura nei settori. Ecco i suoi usi più comuni:

Strumenti di lavoro a caldo

• La forgiatura calda muore: Muore per aver forgiato le parti in acciaio delicato (PER ESEMPIO., bulloni automobilistici, hardware) Usa H21—Durezza calda mantiene la forma durante la forgiatura di 450-500 ° C, e la durezza resiste all'impatto dal forgiare martelli.
• Muore l'estrusione calda: Muore per l'estrusione di profili di alluminio (PER ESEMPIO., cornici delle porte, rivestimento decorativo) Usa H21: la resistenza di abbigliamento gestisce l'attrito dall'alluminio fuso, e la resistenza alla fatica termica estende la vita.
• Strumenti di stampaggio caldo: Strumenti per il timbro a caldo in acciaio a basso contenuto di carbonio (PER ESEMPIO., parti di elettrodomestici) Utilizzare H21: durezza di recupero a 450 ° C, Garantire una forma di parte coerente 60,000+ Stampings.

Esempio di caso: Un produttore di hardware ha utilizzato l'acciaio per strumenti A2 per stampi a forgiatura a caldo che producono bulloni in acciaio. Le stampi A2 non sono riuscite 5,000 Cicli a causa di cracker termici. Sono passati a H21, E gli stampi sono durati 12,000 cicli (140% più lungo) senza cracking: tagliare i costi di sostituzione del dado da $18,000 annualmente.

Utensili da taglio

• Fresate: Taglierine per la lavorazione di alluminio o acciaio dolce a temperature moderate (300-400° C.) Usa H21—Durezza calda mantiene la nitidezza, Soddisfazione dei taglieri HSS standard.
• Strumenti di svolta: Strumenti per il tornio per trasformare in acciaio a caldo Uso H21: la resistenza di abbigliamento riduce le modifiche allo strumento, Migliorare l'efficienza della produzione di 25%.
• BROACHE: Spettate per modellare leghe non resistenti al calore (PER ESEMPIO., Staffe aerospaziali in alluminio) Usa H21: la tovalità resiste a scheggiare, e la durezza calda mantiene la precisione durante le lunghe corse.

Formando strumenti & Modanatura di plastica

• Pugni e muore: Pugni a forma di calda per fogli di metallo sottili (PER ESEMPIO., staffe di lamiera) Utilizzare H21: la resistenza gestisce carichi alti, e la resistenza alla fatica termica evita che si rompe dal riscaldamento ripetuto.
• Strumenti di stampaggio a iniezione: Stampi per materie plastiche a media temperatura (PER ESEMPIO., polipropilene, Addominali) Utilizzare H21 - Resiste usura dal flusso di plastica e mantiene forma a temperature di stampaggio di 250 ° C, Garantire una qualità della parte costante.
• Strumenti di stampaggio di soffiaggio: Strumenti per il pompino piccole parti di plastica (PER ESEMPIO., tappi di bottiglia, componenti giocattoli) Usa H21: la tovalità resiste alla pressione, e l'usura della resistenza mantiene la precisione della muffa sopra 80,000+ cicli.

Aerospaziale & Industrie automobilistiche

• Industria aerospaziale: Componenti aerospaziali a basso calore (PER ESEMPIO., staffa in alluminio che forgiava stampi) Usa H21—Durezza calda Gestisce la forgiatura di 450 ° C., e la resistenza supporta carichi strutturali.
• Industria automobilistica: Componenti a medio performance (PER ESEMPIO., parentesi motori non ractenute, ganci di scarico) Utilizzare H21: la resistenza al fieno resiste a 400 ° C+ temperature sotto il cofano, e la resistenza all'usura riduce il degrado.

3. Tecniche di produzione per l'acciaio per utensili H21

La produzione di acciaio per utensili H21 richiede precisione per mantenere il suo equilibrio chimico e ottimizzare le prestazioni ad alta temperatura. Ecco il processo dettagliato:

1. Processi metallurgici (Controllo della composizione)

• Fornace ad arco elettrico (Eaf): Il metodo principale: acciaio scrap, cromo, molibdeno, vanadio, e altre leghe vengono sciolte a 1.650-1.750 ° C. Monitoraggio dei sensori composizione chimica per mantenere gli elementi nelle gamme fisse di H21 (PER ESEMPIO., 4.00-5.00% cromo e 1.00-1.50% molibdeno), Critico per la durezza calda.
• Fornace di ossigeno di base (Bof): Per la produzione su larga scala: il ferro morto da un grande forno è miscelato con acciaio a scarto, Quindi l'ossigeno viene soffiato per regolare il contenuto di carbonio. Leghe (molibdeno, vanadio) sono aggiunti post-soffiaggio per evitare l'ossidazione.

2. Processi di rotolamento

• Rotolamento caldo: La lega fusa viene gettata in lingotti, riscaldato a 1.100-1.200 ° C., e rotolato in barre, piatti, o fogli. Rolling caldo rompe grandi carburi e modella il materiale in spazi vuoti degli utensili (PER ESEMPIO., forgiando blocchi di dado).
• Rotolamento a freddo: Utilizzato raramente: H21 è principalmente per gli strumenti di lavoro a caldo spessi; Il rotolamento a freddo è usato solo per fogli sottili (PER ESEMPIO., piccoli utensili da taglio) Per migliorare la finitura superficiale.

3. Trattamento termico (Critico per le prestazioni calde)

Il trattamento termico di H21 è adattato per massimizzare la durezza e la durezza:

• Ricottura: Riscaldato a 850-900 ° C e tenuto per 2-4 ore, Quindi si è raffreddato lentamente (50° C/ora) a ~ 600 ° C.. Riduce la durezza a 220-250 Brinell, rendendolo macchinabile e alleviato lo stress interno.
• Spegnimento: Riscaldato a 1.000-1.050 ° C. (austenitizzante) e tenuto per 30-60 minuti (A seconda dello spessore della parte), poi spento in petrolio o aria. L'estinzione dell'olio indurisce l'acciaio 62-64 HRC; tempra dell'aria (Più lentamente) riduce la distorsione ma riduce la durezza 58-60 HRC.
• Tempra: Riscaldato a 480-530 ° C. (Per strumenti di lavoro a caldo) o 300-400 ° C. (Per l'uso a freddo) e tenuto per 1-2 ore, Quindi raffreddato ad aria. Temperatura a 480-530 ° C bilanci Durezza calda e tenacità: critica per la forgiatura degli stampi; Temperature di temperatura più basse dà la priorità della resistenza per gli utensili da taglio.
• Ricorrezione di sollievo dallo stress: Opzionale: guarito a 600-650 ° C per 1 Hour dopo la lavorazione (Prima del trattamento termico finale) Per ridurre lo stress da taglio, che potrebbe causare crack durante le spese.

4. Formazione e trattamento superficiale

• Metodi di formazione:
• Premere la formazione: Utilizza presse idrauliche (5,000-8,000 tonnellate) Per modellare le piastre H21 in grandi blocchi di matrice, sotto il trattamento termico, Quando l'acciaio è morbido.
• Flessione: Raramente usato: H21 è per spesso, strumenti pesanti; La maggior parte della modellatura viene eseguita tramite la formazione o la formazione.
• Lavorazione: Mulini CNC con utensili in carburo modellano H21 in cavità o geometrie di utensili da taglio (PER ESEMPIO., denti del mulino) quando ricotto. Il liquido di raffreddamento è necessario per evitare il surriscaldamento: le velocità di machining sono 10-15% più lento degli acciai di basso livello.
• Macinazione: Dopo il trattamento termico, macinazione di precisione (con ruote di diamanti) raffina le cavità del dado o i bordi degli strumenti a tolleranze strette (PER ESEMPIO., ± 0,001 mm per estrusione).
• Trattamento superficiale:
• Indurimento: Trattamento termico finale (spegnimento + tempra) è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni: nessun ulteriore indurimento superficiale necessario.
• Nitriding: Per strumenti caldi ad alta conra ea (PER ESEMPIO., L'estrusione muore)—Heated a 480-530 ° C in un'atmosfera di azoto per formare uno strato di nitruro duro (5-10 μm), Aumentando la resistenza all'usura di 25% senza ridurre la tenacità del nucleo.
• Rivestimento (PVD/CVD): Rivestimenti sottili come nitruro di titanio (Pvd) vengono applicati agli utensili da taglio: riduce l'attrito e estende la durata degli utensili di 1,5x, Soprattutto per la lavorazione dell'alluminio o dell'acciaio dolce.

5. Controllo di qualità (Assicurazione delle prestazioni calde)

• Test di durezza: Utilizza i tester Rockwell C per verificare la durezza post-temperatura (58-62 HRC) e durezza calda (≥45 HRC a 500 ° C)—Critico per le prestazioni di lavoro a caldo.
• Analisi della microstruttura: Esamina la lega al microscopio per confermare la distribuzione uniforme in carburo (Nessun carburo di grandi dimensioni che causano cracker termici) e un vero temperamento (Nessuna fragile martensite).
• Ispezione dimensionale: Usa le macchine di misurazione delle coordinate (CMM) Per controllare le cavità del dado o le dimensioni dello strumento: consumo precisione per forgiatura o estrusione a caldo.
• Test di fatica termica: Simula i cicli di riscaldamento/raffreddamento ripetuti (450-500° C a temperatura ambiente) Per verificare la resistenza al cracking, essenziale per gli strumenti di lavoro a caldo.
• Testi di trazione: Verifica la resistenza alla trazione (1700-1900 MPA) e resistenza alla snervamento (1300-1500 MPA) Per soddisfare le specifiche H21.

4. Caso di studio: L'acciaio per utensili H21 in estrusione in alluminio

Un produttore di finestre ha utilizzato l'acciaio per utensili D2 per estrusione che produce rivestimento per finestre in alluminio. Le stampi D2 non sono riuscite 4,000 cicli a causa di crack e usura termici, richiedere $15,000 mensilmente in sostituzioni. Sono passati all'acciaio per utensili H21, Con i seguenti risultati:

• Affaticamento termico & Resistenza all'usura: H21 Dies è durato 10,000 cicli (150% più lungo di D2) senza cracking: costi di sostituzione di taglio di 60%.
• Qualità del rivestimento: H21 muore mantenuto le dimensioni di rivestimento coerenti (± 0,02 mm) Per tutta la vita, Mentre D2 Dies ha mostrato una deriva dimensionale dopo 2,000 cicli: riduzione del rivestimento difettoso da 85%.
• Risparmio dei costi: Mentre H21 muore costa 25% più in anticipo, La durata più lunga e i difetti inferiori hanno salvato l'azienda $90,000 annualmente.

5. Acciaio per utensili H21 VS. Altri materiali

In che modo H21 si confronta con altri acciai per strumenti a caldo e materiali ad alte prestazioni? Rompilo con un tavolo dettagliato:

Idoneità dell'applicazione

• Stampo di forgiatura a media temperatura: H21 è più conveniente di H13 (15% più economico) E meglio di D2 (Nessun cracking termico)—Ideale per forgiarsi in acciaio dolce o alluminio.
• Muore l'estrusione di alluminio: H21 supera D2 (Nessun cracking termico) e A2 (Meglio durezza calda)—Idettibili per estrusione di profili o cornici a medio volume.
• Strumenti di stampaggio in plastica: H21 bilancia la resistenza al calore e il costo migliore del titanio, perfetto per materie plastiche a media temperatura come ABS o polipropilene.
• Utensili da taglio moderati: H21 è superiore a A2/D2 (Meglio durezza calda) Per la lavorazione di alluminio o acciaio dolce, riduce le modifiche allo strumento.

Vista della tecnologia Yigu sull'acciaio per lo strumento H21

Alla tecnologia Yigu, Vediamo H21 come un pratico, Soluzione economica per applicazioni calde a media temperatura. Suo alta durezza calda, Equilibrio di tenacità, E Eccellente resistenza all'usura renderlo ideale per i nostri clienti in estrusione in alluminio, forgiatura in acciaio dolce, e modanatura di plastica a media temperatura. Raccomandiamo spesso H21 per le stampi di estrusione, strumenti di forgiatura, e stampi di plastica: dove supera D2 (Nessun cracking termico) ed è più conveniente di H13. Mentre ha una durezza calda leggermente inferiore rispetto a H13, Il suo costo inferiore e le prestazioni affidabili offrono di grande valore, Allineare con il nostro obiettivo di sostenibile, soluzioni incentrate sull'applicazione.

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