H21ツールスチール: プロパティ, アプリケーション, 製造ガイド

H21 Tool Steelは、バランスのとれた価値がある信頼性の高いホットワークツールスチールです 暑さ, タフネス, 耐摩耗性 - 繰り返される高温サイクルで耐久性を要求するアプリケーションの選択肢を作る. その慎重に調整されています 化学組成 (制御されたクロム付き, モリブデン, とバナジウム) 熱疲労に抵抗しながら、最大500°Cで硬度を保持します, 鍛造や押し出しなどの暑い環境で多くの冷静な鋼を上回る. このガイドで, その重要な特性を分解します, 実世界の使用, 製造プロセス, そして、それが他の素材とどのように比較されますか, 耐熱性と実用性が合わせるプロジェクトに選択するのを手伝う.

1. H21ツールスチールの主要な材料特性

H21ツールスチールの性能は、その正確に較正されたものに根ざしています 化学組成, その堅牢性を形作ります 機械的特性, 一貫性のある 物理的特性, 傑出した高温特性.

化学組成

H21の式は、ホットワークの信頼性のために最適化されています, 重要な要素の固定範囲付き:

• 炭素含有量: 0.35-0.45% (強度と靭性のバランス - 耐摩耗性に十分な高さ, 加熱/冷却サイクル中の脆性を避けるのに十分低い)
• クロム含有量: 4.00-5.00% (熱耐性炭化物を形成します 優れた耐摩耗性 硬化性を向上させます, 均一な熱処理結果を確保します)
• マンガンの内容: 0.20-0.60% (高温下で鋼を弱める粗い炭化物を作成せずに硬化性を高める)
• シリコンコンテンツ: 0.15-0.35% (製造中の脱酸化を支援し、高温安定性を改善します, 熱歪みの削減)
• モリブデンの内容: 1.00-1.50% (強化 暑さ そして熱疲労に抵抗します - 繰り返しの加熱/冷却にさらされるツールのために重要)
• バナジウム含有量: 0.50-0.80% (粒サイズを洗練します, タフネスを改善します, そして、高温で耐摩耗性を高める小さな炭化物を形成します)
• リン含有量: ≤0.03％ (冷たい脆性を防ぐために厳密に制御されます, 特に、低温環境で保存または使用されるツールの場合)
• 硫黄含有量: ≤0.03％ (タフネスを維持し、高温の形成や機械加工中に亀裂を避けるための超低)

物理的特性

H21ツールスチールには、高温アプリケーションの設計を簡素化する一貫した物理的特性があります:

機械的特性

標準的な熱処理後 (アニーリング + 消光 + 焼き戻し), H21は、高温および中程度のコールドワークタスクに信頼できるパフォーマンスを提供します:

• 抗張力: 〜1700-1900 MPa (高負荷のホットフォーミングダイに適しています, ただし、H13よりわずかに低いです)
• 降伏強度: 〜1300-1500 MPa (ツールは、激しい暑さの下で永久的な変形に抵抗することを保証します, 押出圧力のように)
• 伸長: 〜10-15％ (で 50 MM - 熱い鋼の高延性, ひび割れずに変化するマイナーダイを許可します)
• 硬度 (ロックウェルCスケール): 58-62 HRC (熱処理後 - 調整可能 52-56 Impact Hot Toolsの最大の靭性のためのHRC)
• 疲労強度: 〜650-750 MPa (10℃のサイクル - A2のような冷静な鋼から, 繰り返し加熱/冷却の下のツールに最適です)
• 衝撃の靭性: 中程度から高 (室温で〜40-50 j/cm²) - 多くのホットワークスチールよりも高くなっています, 熱疲労亀裂のリスクを減らす

その他の重要なプロパティ

• 優れた耐摩耗性: クロムとバナジウムの炭化物は、500°Cでも摩耗に耐えます, アルミニウムまたは軟鋼の熱い鍛造に理想的に.
• 良いタフネス: 強さとバランスが取れています, そのため、チッピングせずにハンマーや押し出しプレスを偽造することでの影響に耐えることができます.
• 高い暑さ: 500°Cで〜45 HRCを保持します (D2のようなコールドワークスチールよりもはるかに高い) - 熱い作業中にダイの形を維持するための批判的.
• 加工性: 良い (熱処理の前) - 発生したH21 (硬度〜220-250ブリネル) 炭化物ツールを使用して簡単に機械加工できます; 硬化後の機械加工は避けてください (58-62 HRC).
• 溶接性: 公正 - 高炭素と合金の含有量は、ひび割れリスクを高めます; 予熱 (300-400°C) そして、頑固さを回復し、脆性を防ぐために、溶接後の焼き戻しが必要です.

2. H21ツールスチールの実際のアプリケーション

H21のブレンド 高い暑さ, 優れた耐摩耗性, タフネスは、業界全体のホットワークや高温のアプリケーションに最適です. ここに最も一般的な用途があります:

ホットな作業ツール

• 熱い鍛造ダイ: 軟鋼部品を鍛造するために死ぬ (例えば。, 自動車ボルト, ハードウェア) H21を使用します - 暑さ 450〜500°Cの鍛造中に形状を保持します, タフネスは、ハンマーの鍛造による影響に抵抗します.
• ホット押出は死にます: アルミニウムプロファイルを押し出すために死にます (例えば。, ドアフレーム, 装飾トリム) H21を使用してください - 服抵抗は溶融アルミニウムの摩擦を処理します, そして、熱疲​​労抵抗は死の寿命を延ばします.
• ホットスタンピングツール: 低炭素鋼のホットスタンピング用のツール (例えば。, アプライアンス部品) H21を使用します - 硬度は450°Cで再び硬度を取り戻します, 一貫した部分形状を確保します 60,000+ スタンピング.

ケースの例: ハードウェアメーカーは、スチールボルトを生成するホットフォーミングダイにA2ツールスチールを使用しました. A2は死んだ後に失敗しました 5,000 熱亀裂によるサイクル. 彼らはH21に切り替えました, そして死は続きました 12,000 サイクル (140% 長い) ひび割れなしで、ダイの交換コストを削減します $18,000 毎年.

切削工具

• ミリングカッター: 中程度の温度でアルミニウムまたは軟鋼を加工するためのカッター (300-400°C) H21を使用します - 暑さ シャープネスを維持します, 標準のHSSカッターを上回る.
• ターニングツール: ホットロールスチールを回すための旋盤ツールH21を使用します - ウェア抵抗はツールの変化を減らします, 生産効率の向上 25%.
• ブローチ: 非加熱耐性合金を形作るためのブローチ (例えば。, アルミニウム航空宇宙括弧) H21を使用します - 張りはチッピングに抵抗します, そして、熱い硬さは、長期的には精度を維持します.

ツールの形成 & プラスチックモールディング

• パンチとダイ: 薄い金属シート用のホットフォーミングパンチ (例えば。, 板金ブラケット) H21を使用して、高さのハンドル高負荷を処理します, また、熱疲労抵抗は、繰り返し加熱による割れを避けます.
• 射出成形ツール: 中期温度プラスチック用の金型 (例えば。, ポリプロピレン, 腹筋) H21を使用 - プラスチックの流れからの耐摩耗性は250°Cの成形温度で形状を保持します, 一貫した部分品質を確保します.
• ブロー成形ツール: 小さなプラスチック部品をブロー成形するためのツール (例えば。, ボトルキャップ, おもちゃコンポーネント) H21を使用します - 町は圧力に抵抗します, 耐摩耗性はカビの精度を維持します 80,000+ サイクル.

航空宇宙 & 自動車産業

• 航空宇宙産業: 低温の航空宇宙コンポーネント (例えば。, アルミニウムブラケットの鍛造ダイ) H21を使用します - 暑さ 450°Cの鍛造を処理します, 強度は構造荷重をサポートします.
• 自動車産業: パフォーマンスの中間コンポーネント (例えば。, 非レーシングエンジンブラケット, 排気ハンガー) H21を使用します - 耐性耐性400°C+下部温度に耐えます, 耐摩耗性は劣化を減らします.

3. H21ツールスチールの製造技術

H21ツールスチールを生産するには、化学バランスを維持し、高温性能を最適化するために精度が必要です. 詳細なプロセスは次のとおりです:

1. 冶金プロセス (組成制御)

• 電気弧炉 (EAF): 主要な方法 - 鉄鋼, クロム, モリブデン, バナジウム, 他の合金は1,650〜1,750°Cで溶けます. センサーモニター 化学組成 要素をH21の固定範囲内に保つため (例えば。, 4.00-5.00% クロムと 1.00-1.50% モリブデン), 熱い硬度に重要です.
• 基本的な酸素炉 (bof): 大規模な生産のために - 爆風炉からのモルテン鉄はスクラップスチールと混合されています, 次に、酸素を吹き飛ばして炭素含有量を調整します. 合金 (モリブデン, バナジウム) 酸化を避けるために爆発後に追加されます.

2. ローリングプロセス

• ホットローリング: 溶融合金はインゴットに投げ込まれます, 1,100〜1,200°Cに加熱, バーに転がります, プレート, またはシート. ホットローリングは大きな炭化物を分解し、材料をツールブランクに形作ります (例えば。, ダイブロックを鍛造します).
• コールドローリング: めったに使用されない-H21は主に厚いホットワークツール用です; コールドローリングは、薄いシートにのみ使用されます (例えば。, 小さな切削工具) 表面仕上げを改善するため.

3. 熱処理 (ホットパフォーマンスにとって重要です)

H21の熱処理は、熱い硬さと靭性を最大化するように調整されています:

• アニーリング: 850-900°Cに加熱され、保持されます 2-4 時間, その後、ゆっくりと冷却されました (50°C/時間) 〜600°Cまで. 硬度を低下させます 220-250 ブリネル, 機械加工可能にし、内部ストレスを緩和します.
• 消光: 1,000〜1,050°Cに加熱 (オーステナイト化) と保持されています 30-60 分 (部分の厚さに応じて), その後、油または空気で消します. オイル消光は鋼を硬化させます 62-64 HRC; 空気消光 (もっとゆっくり) 歪みを減らしますが、硬度を低下させます 58-60 HRC.
• 焼き戻し: 480-530°Cに再加熱 (ホットワークツール用) または300〜400°C (コールドワークの使用) と保持されています 1-2 時間, その後、空冷. 480-530°Cのバランスでの抑制 暑さ およびタフネス - 鍛造ダイのために批判的です; 低温温度は、切削工具の強度を優先します.
• ストレス緩和アニーリング: オプション - 600〜650°Cに加えて 1 機械加工の1時間 (最終熱処理の前) 切断ストレスを減らすため, 消光中にひび割れを引き起こす可能性があります.

4. 形成と表面処理

• 形成方法:
• フォーミングを押します: 油圧プレスを使用します (5,000-8,000 トン) H21プレートを大きな鍛造ダイブロックに形作るには、熱処理前に, 鋼が柔らかいとき.
• 曲げ: めったに使用されない-H21は厚いためです, 重いツール; ほとんどの形状は、機械加工またはプレス形成によって行われます.
• 機械加工: 炭化物ツールを備えたCNCミル (例えば。, 細かい歯) アニールしたとき. 過熱を防ぐためにクーラントが必要です。マシン速度はそうです 10-15% 低合金鋼よりも遅い.
• 研削: 熱処理後, 精密粉砕 (ダイヤモンドホイール付き) ダイキャビティまたはツールエッジを密着させる耐性に洗練します (例えば。, 押出ダイの±0.001 mm).
• 表面処理:
• 硬化: 最終熱処理 (消光 + 焼き戻し) ほとんどのアプリケーションでは十分です。追加の表面硬化は必要ありません.
• ニトリッド: ハイウェアホットツール用 (例えば。, 押し出しが死にます) - 窒素雰囲気で480〜530°Cに加えて、硬い窒素層を形成する (5-10 μm), 耐摩耗性を高めます 25% コアの靭性を減らすことなく.
• コーティング (PVD/CVD): 窒化チタンのような薄いコーティング (PVD) 切削工具に適用されます - 摩擦を減らし、ツールの寿命を1.5倍延長します, 特にアルミニウムまたは軟鋼を加工するため.

5. 品質管理 (ホットパフォーマンス保証)

• 硬度テスト: Rockwell Cテスターを使用して、即興後の硬度を確認します (58-62 HRC) そして暑さ (500°Cで45 HRC以上) - ホットワークのパフォーマンスのために批判的.
• 微細構造分析: 顕微鏡下で合金を調べて、均一な炭化物分布を確認します (熱亀裂を引き起こす大きな炭化物はありません) 適切な気性 (脆いマルテンサイトはありません).
• 寸法検査: 座標測定マシンを使用します (CMM) ダイキャビティまたはツールの寸法を確認するには、ホットフォーミングまたは押し出しの精度を維持します.
• 熱疲労試験: 繰り返し加熱/冷却サイクルをシミュレートします (450-500°Cから室温まで) 亀裂に対する抵抗を確認するために - ホットワークツールの必須.
• 引張試験: 引張強度を検証します (1700-1900 MPA) そして、降伏強度 (1300-1500 MPA) H21仕様を満たすため.

4. ケーススタディ: アルミニウム押出ダイのH21ツールスチール

窓メーカーは、アルミニウムウィンドウトリムを生成する押出ダイにD2ツールスチールを使用しました. D2が死亡した後に失敗しました 4,000 熱亀裂と摩耗によるサイクル, 必要です $15,000 代替品で毎月. 彼らはH21ツールスチールに切り替えました, 次の結果があります:

• 熱疲労 & 耐摩耗性: H21ダイは続きました 10,000 サイクル (150% D2より長い) ひび割れなしで、交換コストを削減します 60%.
• 品質をトリムします: H21ダイは、一貫したトリム寸法を維持しました (±0.02 mm) 彼らの寿命を通して, D2ダイはその後寸法ドリフトを示しました 2,000 サイクル - 欠陥のあるトリムを減らす 85%.
• コスト削減: H21のコストがかかります 25% より前もって, より長い寿命と低い欠陥は会社を救いました $90,000 毎年.

5. H21ツールスチール対. その他の材料

H21は他のホットワークツールスチールや高性能材料と比較していますか? 詳細なテーブルで分解しましょう:

アプリケーションの適合性

• 中程度の鍛造ダイ: H21はH13よりも費用対効果が高くなります (15% 安く) そして、D2よりも優れています (熱亀裂はありません) - 軟鋼またはアルミニウムを鍛造するためのideal.
• アルミニウム押出ダイが死亡します: H21はD2を上回ります (熱亀裂はありません) およびA2 (より良い熱い硬さ) - トリムやフレームなどのプロファイルの中容量の押し出しに適しています.
• プラスチック製の成形ツール: H21は耐熱性とコストのバランスがチタンよりも優れています - 腹筋やポリプロピレンなどの中央温度プラスチックに最適.
• 中程度のホット切削工具: H21はA2/D2よりも優れています (より良い熱い硬さ) アルミニウムまたは軟鋼を機械加工するために、ツールの変化を減らします.

H21ツールスチールに関するYiguテクノロジーの見解

Yiguテクノロジーで, H21は実用的であると考えています, 中期温度ホットワークアプリケーションのための費用対効果の高いソリューション. その 高い暑さ, バランスの取れた靭性, そして 優れた耐摩耗性 アルミニウム押出のクライアントにとって理想的にしてください, 軟鋼鍛造, および温度中期のプラスチックモールディング. 押し出しダイにはH21をお勧めします, 鍛造ツール, プラスチック型 - それがD2を上回る場所 (熱亀裂はありません) H13よりも手頃な価格です. H13よりもわずかに低い暑さがありますが, その低コストと信頼性の高いパフォーマンスは大きな価値をもたらします, Sustainableの目標を調整します, アプリケーション中心のソリューション.

よくある質問