Aço da ferramenta H13: Propriedades, Aplicações, Guia de fabricação

H13 Tool Steel é um aço de ferramenta de trabalho quente amplamente usado comemorado por seu excepcional dureza quente, resistência equilibrada, e resistência a desgaste confiável. Está personalizado Composição química- com quantidades precisas de cromo, molibdênio, e vanádio - faz com que retém a dureza a temperaturas elevadas (até 550 ° C.) ao resistir à fadiga térmica, tornando -o uma escolha de melhor para matrizes de forjamento quente, Ferramentas de extrusão, e componentes de moldagem de plástico de alta temperatura. Neste guia, Vamos quebrar suas características principais, Usos do mundo real, processos de fabricação, e como ele se compara a outros materiais, Ajudando você a selecioná-lo para projetos que exigem durabilidade em repetidos ciclos de calor.

1. Propriedades do material -chave do aço da ferramenta H13

O desempenho da H13 Tool Steel é definido por seu cuidadosamente calibrado Composição química, que molda seu robusto propriedades mecânicas, consistente propriedades físicas, e características de alta temperatura de destaque.

Composição química

A fórmula do H13 é otimizada para aplicações de trabalho quente, com faixas fixas para elementos -chave:

• Teor de carbono: 0.30-0.45% (equilibra força e resistência - alta o suficiente para resistência ao desgaste, Baixo o suficiente para evitar a fragilidade durante o aquecimento/resfriamento repetido)
• Conteúdo de cromo: 4.75-5.50% (forma carbonetos resistentes ao calor para Excelente resistência ao desgaste e aprimora a hardenabilidade, crítico para tratamento térmico uniforme)
• Conteúdo de manganês: 0.20-0.60% (Aumenta a hardenabilidade sem criar carbonetos grossos que enfraquecem o aço sob alta temperatura)
• Conteúdo de silício: 0.15-0.35% (auxilia na desoxidação durante a fabricação e melhora a estabilidade de alta temperatura, redução da distorção térmica)
• Conteúdo de molibdênio: 1.10-1.75% (aprimora dureza quente e resiste à fadiga térmica - chave para ferramentas expostas a ciclos repetidos de aquecimento/resfriamento)
• Conteúdo de vanádio: 0.80-1.10% (refina o tamanho do grão, melhora a resistência, e forma carbonetos duros de vanádio que aumentam a resistência ao desgaste em altas temperaturas)
• Teor de fósforo: ≤0,03% (estritamente controlado para evitar a fragilidade fria, Especialmente em ferramentas usadas no armazenamento de baixa temperatura pós-tratamento com tratamento)
• Teor de enxofre: ≤0,03% (Ultra-baixo para manter a resistência e evitar rachaduras durante a formação ou usinagem a quente)

Propriedades físicas

H13 Tool Steel possui características físicas consistentes que simplificam o design para aplicações de alta temperatura:

Propriedades mecânicas

Após tratamento térmico padrão (recozimento + Tireização + temering), H13 oferece desempenho confiável para aplicações de trabalho a frio quentes e moderadas:

• Resistência à tracção: ~ 1800-2000 MPA (a par com aços quentes de alto desempenho, Adequado para matrizes de forjamento quente de alta carga)
• Força de escoamento: ~ 1400-1600 MPA (Garante, como forjar pressão)
• Alongamento: ~ 10-15% (em 50 mm-alta ductilidade para um aço quente, Permitir uma pequena reformulação de matrizes sem rachaduras)
• Dureza (Rockwell C escala): 58-62 HRC (Após o tratamento térmico - ajustável para 52-56 HRC para máxima resistência em ferramentas quentes de alto impacto)
• Força de fadiga: ~ 700-800 MPA (Aos 10⁷ Ciclos-Superior a aços frios como D2, Ideal para ferramentas sob aquecimento/resfriamento repetidos)
• Tenacidade de impacto: Moderado a alto (~ 45-55 J/cm² à temperatura ambiente)—Form mais do que a maioria dos aços de trabalho quente, Redução do risco de fadiga térmica

Outras propriedades críticas

• Excelente resistência ao desgaste: Os carbonetos de cromo e vanádio resistem à abrasão mesmo a 500 ° C, tornando -o ideal para forjamento quente de aço ou alumínio.
• Boa resistência: Equilibrado com força, Portanto, pode suportar o impacto de forjar martelos ou pressão de extrusão sem rachaduras.
• Alta dureza quente: Retém ~ 48 HRC a 550 ° C (muito mais alto do que aços frios como A2)- Crítico para manter a forma do dado durante o trabalho quente.
• MACHINABILIDADE: Bom (antes do tratamento térmico)- H13 anunciado (dureza ~ 220-250 Brinell) é fácil de máquina com ferramentas de carboneto; Evite usinagem após endurecer (58-62 HRC).
• Soldabilidade: FAIR - High Carbon e Ligan Content Aumente o risco de rachaduras; pré -aquecimento (300-400° c) e a temperamento pós-lava.

2. Aplicações do mundo real do H13 Tool Steel

Mistura de H13 de alta dureza quente, Excelente resistência ao desgaste, E a resistência o torna ideal para aplicações de trabalho quente e de alta temperatura nos setores. Aqui estão seus usos mais comuns:

Ferramentas de trabalho quentes

• Morre de forjamento quente: Matia para forjar peças automotivas (Por exemplo, eixos de manivela, bielas de conexão) Use H13—dureza quente mantém a forma de 500-550 ° C forjamento, e a resistência resiste ao impacto de forjar martelos.
• A extrusão quente morre: Matores para extrudir perfis de alumínio (Por exemplo, quadros de janela, Afotos de calor) Use H13 - Resistência de roupas lida com atrito de alumínio fundido, e a resistência da fadiga térmica estende a vida morta.
• Ferramentas de estampagem a quente: Ferramentas para aço de alta resistência a quente (Por exemplo, painéis do corpo automotivo) Use H13 - Retreta dureza a 500 ° C, garantir a forma consistente do painel sobre 80,000+ estampamentos.

Exemplo de caso: Uma planta de forjamento automotivo usou aço padrão de trabalho quente padrão (H11) para o eixo de manivela morre, mas enfrentou rachaduras frequentes depois 10,000 ciclos. Eles mudaram para H13, E as matrizes duraram 15,000 ciclos (50% mais longo) sem rachaduras - cortam os custos de substituição de matrizes por $25,000 anualmente.

Ferramentas de corte

• Cortadores de moagem: Cutters para usinar ligas resistentes ao calor (Por exemplo, titânio, Inconel) Use H13—dureza quente mantém a nitidez a 400-500 ° C temperaturas de corte, Superando os cortadores HSS padrão.
• Turning Tools: Ferramentas de torno para girar metais de alta temperatura usam H13-Resistência de roupas reduz as mudanças da ferramenta, melhorando a eficiência da produção por 30%.
• Broaches: Braaches para moldar componentes aeroespaciais (Por exemplo, Blades de turbina) Use H13 - Toughness resiste a lascar, e a dureza quente mantém precisão durante as longas execuções de usinagem.

Ferramentas de formação & Moldagem de plástico

• Socos e morre: Punchos de formação quente para folhas de metal grossas (Por exemplo, Peças de chassi automotivo) Use H13 - lida com altas cargas altas, e a resistência à fadiga térmica evita rachaduras com aquecimento repetido.
• Ferramentas de moldagem por injeção: Moldes para plásticos de alta temperatura (Por exemplo, nylon, Espiar) Use H13 - os resistos usam do fluxo de plástico e retém a forma a temperaturas de moldagem de 300 ° C, Garantir qualidade de peça consistente.
• Ferramentas de moldagem por sopro: Ferramentas para moldagem de sopro grandes peças plásticas (Por exemplo, tanques de combustível, garrafas de água) Use H13 - Toughness resiste à pressão, e resistência ao desgaste mantém a precisão do mofo sobre 100,000+ ciclos.

Aeroespacial & Indústrias Automotivas

• Indústria aeroespacial: Componentes de alta temperatura (Por exemplo, matrizes de forjamento de lâmina de turbina, Protetores de calor do motor) Use H13—dureza quente lida com temperaturas de 550 ° C do motor, e a força suporta cargas estruturais.
• Indústria automotiva: Componentes de alto desempenho (Por exemplo, Válvulas de motores de corrida, coletores de escape) Use H13 - resistência ao teto suporta 500 ° C+ temperaturas de exaustão, e a resistência ao desgaste reduz a degradação do componente.

3. Técnicas de fabricação para a aço da ferramenta H13

A produção de aço da ferramenta H13 requer precisão para manter seu equilíbrio químico e otimizar o desempenho de alta temperatura. Aqui está o processo detalhado:

1. Processos metalúrgicos (Controle de composição)

• Forno de arco elétrico (Eaf): O método primário - aço de arranhão, cromo, molibdênio, vanádio, e outras ligas são derretidas a 1.650-1.750 ° C. Monitor de sensores Composição química Para manter os elementos dentro dos intervalos fixos do H13 (Por exemplo, 4.75-5.50% cromo e 1.10-1.75% molibdênio), crítico para dureza quente.
• Forno de oxigênio básico (BOF): Para produção em larga escala-Molter ferro de um forno de explosão é misturado com sucata de aço, Então o oxigênio é soprado para ajustar o teor de carbono. Ligas (molibdênio, vanádio) são adicionados após o sopro para evitar a oxidação.

2. Processos de rolamento

• Rolamento a quente: A liga derretida é lançada em lingotes, aquecido a 1.100-1.200 ° C., e rolou em barras, pratos, ou folhas. O rolamento quente quebra carbonetos grandes e molda o material em espaços em branco da ferramenta (Por exemplo, forjando blocos de matriz).
• Rolamento frio: Raramente usado-h13 é principalmente para ferramentas grossas de trabalho quente; O rolamento frio é usado apenas para folhas finas (Por exemplo, pequenas ferramentas de corte) Para melhorar o acabamento da superfície.

3. Tratamento térmico (Crítico para desempenho quente)

O tratamento térmico do H13 é adaptado para maximizar a dureza e a resistência quentes:

• Recozimento: Aquecido a 850-900 ° C e mantido para 2-4 horas, Em seguida, esfriou lentamente (50° C/hora) a ~ 600 ° C.. Reduz a dureza para 220-250 Brinell, tornando -o máquinável e aliviando o estresse interno.
• Tireização: Aquecido a 1.020-1.080 ° C. (austenitizando) e mantido para 30-60 minutos (Dependendo da espessura da peça), Em seguida, extinto em óleo ou ar. A extinção do óleo endurece o aço para 62-64 HRC; Taming aéreo (Mais devagar) reduz a distorção, mas diminui a dureza para 58-60 HRC.
• Temering: Reaquecido para 500-550 ° C. (Para ferramentas de trabalho quente) ou 300-400 ° C. (Para uso do trabalho frio) e mantido para 1-2 horas, Em seguida, resfriado ao ar. Temperagem em saldos de 500-550 ° C dureza quente e resistência - crítica para forjar matrizes; Temperaturas de temperamento mais baixas priorizam a força para as ferramentas de corte.
• Recozimento do alívio do estresse: Opcional-atingido para 600-650 ° C para 1 hora após a usinagem (Antes do tratamento térmico final) Para reduzir o estresse de corte, o que poderia causar rachaduras durante a extinção.

4. Formação e tratamento de superfície

• Métodos de formação:
• Pressione formação: Usa prensas hidráulicas (5,000-10,000 toneladas) Para moldar as placas H13 em grandes blocos de fundição de forjamento - varia antes do tratamento térmico, Quando o aço é macio.
• Flexão: Raramente usado - h13 é para grosso, ferramentas pesadas; a maioria das modelações é feita por meio de usinagem ou formação de imprensa.
• Usinagem: Mills CNC com ferramentas de carboneto moldam H13 em cavidades de matriz ou geometrias de ferramentas de corte (Por exemplo, dentes de moinho) quando recozido. É necessário o líquido de arrefecimento para evitar superaquecimento - as velocidades de maquinação são 10-15% mais lento que aços de baixa liga.
• Moagem: Após o tratamento térmico, Moagem de precisão (com rodas de diamante) refina cavidades de morrer ou bordas da ferramenta para tolerâncias apertadas (Por exemplo, ± 0,001 mm para matrizes de extrusão).
• Tratamento de superfície:
• Endurecimento: Tratamento térmico final (Tireização + temering) é suficiente para a maioria das aplicações - não é necessário endurecer a superfície adicional.
• Nitretagem: Para ferramentas quentes de desgaste alto (Por exemplo, Extrusão morre)-Soltado para 500-550 ° C em uma atmosfera de nitrogênio para formar uma camada de nitreto rígida (5-10 μm), aumentar a resistência ao desgaste por 30% sem reduzir a resistência do núcleo.
• Revestimento (PVD/CVD): Revestimentos finos como nitreto de alumínio de titânio (PVD) são aplicados a ferramentas de corte - reduz o atrito e estende a vida útil da ferramenta por 2x, Especialmente para usinar ligas de alta temperatura.

5. Controle de qualidade (Garantia de desempenho quente)

• Teste de dureza: Usa os testadores de Rockwell C para verificar a dureza pós-temperamento (58-62 HRC) e dureza quente (≥48 HRC a 550 ° C)-Crítico para o desempenho quente do trabalho.
• Análise de microestrutura: Examina a liga sob um microscópio para confirmar a distribuição uniforme de carboneto (Sem carbonetos grandes que causam rachaduras térmicas) e temperamento adequado (Sem martensita quebradiça).
• Inspeção dimensional: Usa máquinas de medição de coordenadas (Cmm) Para verificar as cavidades ou as dimensões da ferramenta - define a precisão para forjamento ou extrusão a quente.
• Teste de fadiga térmica: Simula ciclos repetidos de aquecimento/resfriamento (500-550° C à temperatura ambiente) Para verificar a resistência a rachaduras-essencial para ferramentas de trabalho quente.
• Teste de tração: Verifica a força de tração (1800-2000 MPA) e força de escoamento (1400-1600 MPA) Para atender às especificações do H13.

4. Estudo de caso: Aço da ferramenta H13 em matrizes de extrusão de alumínio

Uma empresa de extrusão de alumínio usou aço da ferramenta D2 para matrizes de extrusão que produzem perfis de dissipador de calor. As matrizes D2 falharam depois 3,000 ciclos devido a rachaduras térmicas e desgaste, exigindo $20,000 mensalmente em substituições. Eles mudaram para a ferramenta H13 aço, com os seguintes resultados:

• Fadiga térmica & Resistência ao desgaste: H13 Dies durou 8,000 ciclos (167% mais que D2) sem rachaduras - custos de substituição por 60%.
• Qualidade do perfil: As matrizes H13 mantiveram dimensões consistentes do dissipador de calor (± 0,02 mm) ao longo de sua vida útil, enquanto as matrizes d2 mostraram desvio dimensional depois 1,500 ciclos - reduzindo partes defeituosas por 90%.
• Economia de custos: Enquanto H13 morre custa 30% mais adiantado, A vida útil mais longa e defeitos mais baixos salvaram a empresa $120,000 anualmente.

5. H13 Tool Aço vs. Outros materiais

Como o H13 se compara a outros aços de ferramentas de trabalho quente e materiais de alto desempenho? Vamos quebrá -lo com uma tabela detalhada:

Adequação do aplicativo

• Morre de forjamento quente: H13 é mais econômico que H11 (10% mais barato) e tem melhor resistência-ideal para forjamento de alto impacto de peças automotivas.
• A extrusão de alumínio morre: H13 supera D2 (Sem rachaduras térmicas) e A2 (melhor dureza quente)-adequado para extrusão de alto volume.
• Ferramentas de moldagem de plástico: H13 equilibra a resistência ao calor e o custo melhor que o titânio-perfeito para plásticos de alta temperatura como Peek.
• Ferramentas de corte de alta temperatura: H13 é superior a A2/D2 (melhor dureza quente) Para usinar ligas resistentes ao calor-reduz as mudanças de ferramentas.

Vista da tecnologia Yigu no H13 Tool Steel

Na tecnologia Yigu, Vemos H13 como um versátil, solução econômica para aplicações de trabalho a quente. Isso é alta dureza quente, resistência equilibrada, e Excelente resistência ao desgaste torne -o ideal para nossos clientes em forjamento automotivo, Extrusão de alumínio, e moldagem de plástico. Muitas vezes recomendamos o H13 para matrizes de forjamento a quente, Ferramentas de extrusão, e moldes de injeção - onde supera D2 (Sem rachaduras térmicas) e é mais acessível que H11. Embora tenha dureza quente ligeiramente menor do que H11, Sua melhor resistência e menor custo proporcionam um melhor valor geral, alinhando com nosso objetivo de sustentável, soluções de alto desempenho.

Perguntas frequentes

1. O aço da ferramenta H13 pode ser usado para aplicações de trabalho frio (