Aço da ferramenta H21: Propriedades, Aplicações, Guia de fabricação

H21 Tool Steel é uma ferramenta de trabalho a quente confiável, avaliada para o seu equilíbrio dureza quente, resistência, e resistência ao desgaste-tornando-a uma escolha importante para aplicações que exigem durabilidade em ciclos repetidos de alta temperatura. Está cuidadosamente sintonizado Composição química (com cromo controlado, molibdênio, e vanádio) Permite manter a dureza a até 500 ° C enquanto resiste à fadiga térmica, Superando muitos aços frios em ambientes quentes, como forjamento e extrusão. 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 onde a resistência ao calor e a praticidade alinhem.

1. Propriedades do material -chave do aço da ferramenta H21

O desempenho da H21 Tool Steel está enraizado em seu calibrado com precisão Composição química, que molda seu robusto propriedades mecânicas, consistente propriedades físicas, e características de alta temperatura de destaque.

Composição química

A fórmula do H21 é otimizada para confiabilidade quente, com faixas fixas para elementos -chave:

• Teor de carbono: 0.35-0.45% (equilibra força e resistência - alta o suficiente para resistência ao desgaste, Baixo o suficiente para evitar a fragilidade durante os ciclos de aquecimento/resfriamento)
• Conteúdo de cromo: 4.00-5.00% (forma carbonetos resistentes ao calor para Excelente resistência ao desgaste e aprimora a hardenabilidade, Garantir resultados uniformes de tratamento térmico)
• 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: 1.00-1.50% (aprimora dureza quente e resiste à fadiga térmica - crítica para ferramentas expostas a aquecimento/resfriamento repetidos)
• Conteúdo de vanádio: 0.50-0.80% (refina o tamanho do grão, melhora a resistência, e forma pequenos carbonetos de vanádio que aumentam a resistência ao desgaste em altas temperaturas)
• Teor de fósforo: ≤0,03% (estritamente controlado para evitar a fragilidade fria, Especialmente para ferramentas armazenadas ou usadas em ambientes de baixa temperatura)
• Teor de enxofre: ≤0,03% (Ultra-baixo para manter a resistência e evitar rachaduras durante a formação ou usinagem a quente)

Propriedades físicas

H21 Tool Steel possui características físicas consistentes que simplificam o design para aplicações de alta temperatura:

Propriedades mecânicas

Após tratamento térmico padrão (recozimento + Tireização + temering), H21 oferece desempenho confiável para tarefas de trabalho a frio quentes e moderadas:

• Resistência à tracção: ~ 1700-1900 MPA (Adequado para matrizes de forjamento quente de alta carga, embora um pouco menor que o H13)
• Força de escoamento: ~ 1300-1500 MPa (Garante, como pressão de extrusão)
• Alongamento: ~ 10-15% (em 50 mm-alta ductilidade para um aço quente, permitindo uma menor remodelando 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: ~ 650-750 MPA (Aos 10⁷ Ciclos-Superior a aços frios como A2, Ideal para ferramentas sob aquecimento/resfriamento repetidos)
• Tenacidade de impacto: Moderado a alto (~ 40-50 J/cm² à temperatura ambiente)—Ha mais do que muitos 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 alumínio ou aço suave.
• Boa resistência: Equilibrado com força, Portanto, pode suportar o impacto de forjar martelos ou prensas de extrusão sem lascar.
• Alta dureza quente: Retém ~ 45 hrc a 500 ° C (muito mais alto do que aços frios como D2)- Crítico para manter a forma do dado durante o trabalho quente.
• MACHINABILIDADE: Bom (antes do tratamento térmico)- H21 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 da ferramenta H21 aço

Mistura de H21 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 de aço suave (Por exemplo, parafusos automotivos, hardware) Use H21—dureza quente mantém a forma de 450-500 ° C forjando, e a resistência resiste ao impacto de forjar martelos.
• A extrusão quente morre: Matores para extrudir perfis de alumínio (Por exemplo, quadros de porta, Grupo decorativo) Use H21 - 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 baixo carbono de estampagem a quente (Por exemplo, peças do aparelho) Use H21 - Retreta dureza a 450 ° C, garantir uma forma de peça consistente sobre 60,000+ estampamentos.

Exemplo de caso: Um fabricante de hardware usou aço de ferramenta A2 para matrizes de forjamento quente que produzem parafusos de aço. As matrizes A2 falharam depois 5,000 ciclos devido a rachaduras térmicas. Eles mudaram para H21, E as matrizes duraram 12,000 ciclos (140% mais longo) sem rachaduras - cortam os custos de substituição de matrizes por $18,000 anualmente.

Ferramentas de corte

• Cortadores de moagem: Cortadores para usinagem de alumínio ou aço macio a temperaturas moderadas (300-400° c) Use H21—dureza quente mantém a nitidez, Superando os cortadores HSS padrão.
• Turning Tools: Ferramentas de torno para girar aço laminado a quente H21-A resistência de roupas reduz as mudanças da ferramenta, melhorando a eficiência da produção por 25%.
• Broaches: Braaches para moldar ligas não resistentes ao calor (Por exemplo, Suportes aeroespaciais de alumínio) Use H21 - Toughness resiste a lascar, e a dureza quente mantém precisão durante longas corridas.

Ferramentas de formação & Moldagem de plástico

• Socos e morre: Punchos de formação quente para folhas de metal finas (Por exemplo, Suportes de chapas metálicas) Use o H21 - lida com altos cargas altas, e a resistência à fadiga térmica evita rachaduras com aquecimento repetido.
• Ferramentas de moldagem por injeção: Moldes para plásticos de temperatura média (Por exemplo, Polipropileno, Abs) Use H21 - os resistos usam de fluxo de plástico e retém a forma a 250 ° C temperaturas de moldagem, Garantir qualidade de peça consistente.
• Ferramentas de moldagem por sopro: Ferramentas para moldagem de sopro pequenas peças de plástico (Por exemplo, tampas de garrafa, componentes de brinquedos) Use H21 - Toughness resiste à pressão, e resistência ao desgaste mantém a precisão do mofo sobre 80,000+ ciclos.

Aeroespacial & Indústrias Automotivas

• Indústria aeroespacial: Componentes aeroespaciais com baixo teto (Por exemplo, Suporte de alumínio forjando matrizes) Use H21—dureza quente lida com 450 ° C de forjamento, e a força suporta cargas estruturais.
• Indústria automotiva: Componentes de desempenho intermediário (Por exemplo, Suportes de motor não de corrida, cabides de escape) Use H21-a resistência ao teto suporta 400 ° C+ temperaturas sub-haintes, e resistência ao desgaste reduz a degradação.

3. Técnicas de fabricação para a aço da ferramenta H21

A produção de aço da ferramenta H21 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 H21 (Por exemplo, 4.00-5.00% cromo e 1.00-1.50% 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-h21 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 H21 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 1.000-1.050 ° 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 480-530 ° 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 480-530 ° 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 (5,000-8,000 toneladas) Para moldar as placas H21 em grandes blocos de fundição de forjamento - varia antes do tratamento térmico, Quando o aço é macio.
• Flexão: Raramente usado - h21 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 H21 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)—Teated a 480-530 ° C em uma atmosfera de nitrogênio para formar uma camada rígida de nitreto (5-10 μm), aumentar a resistência ao desgaste por 25% sem reduzir a resistência do núcleo.
• Revestimento (PVD/CVD): Revestimentos finos como nitreto de titânio (PVD) são aplicados a ferramentas de corte - reduz o atrito e estende a vida útil da ferramenta por 1.5x, Especialmente para usinagem de alumínio ou aço suave.

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 (≥45 HRC a 500 ° 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 (450-500° C à temperatura ambiente) Para verificar a resistência a rachaduras-essencial para ferramentas de trabalho quente.
• Teste de tração: Verifica a força de tração (1700-1900 MPA) e força de escoamento (1300-1500 MPA) Para atender às especificações do H21.

4. Estudo de caso: Aço da ferramenta H21 em matrizes de extrusão de alumínio

Um fabricante de janelas usou aço da ferramenta D2 para matrizes de extrusão que produzem acabamento em janela de alumínio. As matrizes D2 falharam depois 4,000 ciclos devido a rachaduras térmicas e desgaste, exigindo $15,000 mensalmente em substituições. Eles mudaram para a ferramenta H21 aço, com os seguintes resultados:

• Fadiga térmica & Resistência ao desgaste: H21 Dies durou 10,000 ciclos (150% mais que D2) sem rachaduras - custos de substituição por 60%.
• Qualidade de acabamento: As matrizes H21 mantiveram dimensões de acabamento consistentes (± 0,02 mm) ao longo de sua vida útil, enquanto as matrizes d2 mostraram desvio dimensional depois 2,000 ciclos - reduzindo o acabamento defeituoso por 85%.
• Economia de custos: Enquanto o H21 morre custa 25% mais adiantado, A vida útil mais longa e defeitos mais baixos salvaram a empresa $90,000 anualmente.

5. H21 Tool Aço vs. Outros materiais

Como o H21 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

• Matrizes de forjamento de temperatura média: H21 é mais econômico que H13 (15% mais barato) e melhor que D2 (Sem rachaduras térmicas)- Ideal para forjar aço ou alumínio suave.
• A extrusão de alumínio morre: H21 supera D2 (Sem rachaduras térmicas) e A2 (melhor dureza quente)-Avento para extrusão de volume médio de perfis como acabamentos ou quadros.
• Ferramentas de moldagem de plástico: O H21 equilibra a resistência ao calor e o custo melhor que o titânio-perfeito para plásticos de temperatura média, como ABS ou polipropileno.
• Ferramentas de corte moderadas: H21 é superior a A2/D2 (melhor dureza quente) Para usinagem de alumínio ou aço suave - reduz as mudanças da ferramenta.

Vista da tecnologia Yigu no H21 Tool Steel

Na tecnologia Yigu, Vemos H21 como uma prática, Solução econômica para aplicações de trabalho quente de temperatura média. Isso é alta dureza quente, resistência equilibrada, e Excelente resistência ao desgaste torne -o ideal para nossos clientes em extrusão de alumínio, forjamento de aço suave, e moldagem plástica de temperatura média. Muitas vezes recomendamos o H21 para matrizes de extrusão, ferramentas de forjamento, e moldes de plástico - onde supera D2 (Sem rachaduras térmicas) e é mais acessível que H13. Embora tenha dureza quente ligeiramente menor do que H13, Seu menor custo e desempenho confiável oferecem grande valor, alinhando com nosso objetivo de sustentável, soluções focadas no aplicativo.

Perguntas frequentes