H13 Инструментальная сталь: Характеристики, Приложения, Руководство по производству

H13 Tool Steel-широко используемый инструмент с горячей работой сталь, прославляемая своей исключительной Горячая твердость, сбалансированная прочность, и надежная износостойкость. Его адаптировано химический состав- с точным количеством хрома, молибден, и vanadium - позволяет сохранить твердость при повышенных температурах (до 550 ° C.) сопротивляясь термической усталости, Сделать его лучшим выбором для горячих коровь, инструменты экструзии, и высокотемпературные компоненты пластикового литья. В этом руководстве, Мы разбим его ключевые черты, Реальное мир использует, производственные процессы, и как это сравнивается с другими материалами, Помогая вам выбрать его для проектов, которые требуют долговечности в повторных циклах высокого нагрева.

1. Ключевые свойства материала H13 Tool Steel

Производительность H13 Tool Steel определяется тщательно откалиброванной химический состав, который формирует его надежный механические свойства, последовательный физические свойства, и выдающиеся высокотемпературные характеристики.

Химический состав

Формула H13 оптимизирована для приложений для горячей работы, с фиксированными диапазонами для ключевых элементов:

• Содержание углерода: 0.30-0.45% (Уравновешивает силу и прочность - достаточно для износа, достаточно низкий, чтобы избежать хрупкости во время повторного нагрева/охлаждения)
• Содержание хрома: 4.75-5.50% (формирует теплостойкие карбиды для Отличная износостойкость и улучшает закаленность, критическое для равномерной термообработки)
• Содержание марганца: 0.20-0.60% (Укрепляет укрепление без создания грубых карбидов, которые ослабляют сталь при высоких температурах)
• Содержание кремния: 0.15-0.35% (СПИД при окислении во время производства и улучшает стабильность высокой температуры, уменьшение тепловых искажений)
• Содержание молибдена: 1.10-1.75% (Улучшает Горячая твердость и сопротивляется тепловой усталости - ключ для инструментов, подвергшихся воздействию повторных циклов отопления/охлаждения)
• Содержание ванадиума: 0.80-1.10% (Уточняет размер зерна, Улучшает прочность, и образует твердые ванадий -карбиды, которые повышают устойчивость к износу при высоких температурах)
• Содержание фосфора: ≤0,03% (строго контролируется, чтобы предотвратить холодную хрупкость, Особенно в инструментах, используемых в низкотемпературном хранении после лечения после ухода)
• Содержание серы: ≤0,03% (Ультра-низкий, чтобы поддерживать прочность и избежать растрескивания во время горячей формы или обработки)

Физические свойства

H13 Tool Steel имеет последовательные физические характеристики, которые упрощают проектирование для высокотемпературных приложений:

Механические свойства

После стандартной термообработки (отжиг + гашение + отпуск), H13 обеспечивает надежную производительность для горячих и умеренных приложений для холодной работы:

• Предел прочности: ~ 1800-2000 МПа (На одном уровне с высокопроизводительными стали, подходит для жарких коровье с высокой загрузкой)
• Урожайность: ~ 1400-1600 МПа (Обеспечивает сопротивление инструментам сопротивляться постоянной деформации при тяжелых горячих нагрузках, нравится налаживать давление)
• Удлинение: ~ 10-15% (в 50 ММ-высокая пластичность для горячей стали, позволяя незначительному изменению штампов без трещин)
• Твердость (Роквелл C Шкала): 58-62 HRC (После термической обработки - поправкой на 52-56 HRC для максимальной выносливости в горячих инструментах с высокой эксплуатацией)
• Усталость сила: ~ 700-800 МПа (в 10⁷ циклах-от сумасшедших до холодных сталей, как D2, Идеально подходит для инструментов при повторном отоплении/охлаждении)
• Воздействие на выносливость: От умеренного до высокого (~ 45-55 J/см² при комнатной температуре)-Боже, чем большинство сталей горячих работ, Снижение риска возникновения тепловой усталости

Другие критические свойства

• Отличная износостойкость: Карбиды хромов и ванадия сопротивляются истиранию даже при 500 ° C, Сделать его идеальным для горячей ковки стали или алюминия.
• Хорошая прочность: Сбалансирован с силой, Таким образом, он может противостоять воздействию от подготовки молотков или давления экструзии без растрескивания.
• Высокая горячая твердость: Сохраняет ~ 48 часов при 550 ° C (намного выше, чем холодные стали, как A2)- Критическое для поддержания формы матрицы во время горячей работы.
• Механизм: Хороший (Перед термообработкой)- Аннурованный H13 (Твердость ~ 220-250 Бринелл) легко машина с карбидными инструментами; Избегайте обработки после упрочнения (58-62 HRC).
• Сварка: Справедливый - высокое содержание углерода и сплава увеличивает риск растрескивания; предварительно нагреть (300-400° C.) и после Weld Remping необходимы для восстановления прочности и предотвращения хрупкости.

2. Реальные применения H13 Tool Steel

Смесь H13 Высокая горячая твердость, Отличная износостойкость, и выносливость делает его идеальным для горячих работ и высокотемпературных применений в разных отраслях промышленности. Вот его наиболее распространенное использование:

Горячие рабочие инструменты

• Горячая корова умирает: Умирает за создание автомобильных деталей (НАПРИМЕР., Кратчики, соединительные шатуны) Используйте H13 -Горячая твердость сохраняет форму во время коровки 500-550 ° C, И выносливость противостоит воздействию от подготовки молотков.
• Горячая экструзия умирает: Умирает за экструдирование алюминиевых профилей (НАПРИМЕР., оконные рамы, радиаторы) Используйте H13 - Устойчивость к устойчивости к одежде, и термическая устойчивость к усталости продлевает жизнь.
• Инструменты горячей штампочки: Инструменты для горячей маркировки высокой стали (НАПРИМЕР., Автомобильные панели кузова) Используйте H13 - RETANES HARDNITY при 500 ° C, Обеспечение постоянной формы панели над 80,000+ штампы.

Пример случая: Автомобильная ковоба установка использовала стандартную горячую сталь (H11) для коленчатого вала умирает, но сталкивался с частыми растрескиванием после 10,000 цикл. Они перешли на H13, И умирают длились 15,000 цикл (50% дольше) без трещин - вытягивая затраты на замену матрицы $25,000 ежегодно.

Режущие инструменты

• Фрезеры: Резаки для обработки термостойких сплавов (НАПРИМЕР., титан, Insonel) Используйте H13 -Горячая твердость поддерживает резкость при температуре резки 400-500 ° C, опережать стандартные резаки HSS.
• Поворотные инструменты: Токарные инструменты для превращения высокотемпературных металлов Использование H13-Сопротивление одежды уменьшает изменения инструмента, повышение эффективности производства 30%.
• Расщепления: Продумывание для формирования аэрокосмических компонентов (НАПРИМЕР., турбинные лезвия) Используйте H13 - с ничем не сопротивляется скоплению, и горячая твердость сохраняет точность во время длинных пробежек.

Формирование инструментов & Пластиковая литья

• Удары и умирают: Горячие удары для толстых металлических листов (НАПРИМЕР., Автомобильные часси) Используйте H13 - строгие обрабатывают высокие нагрузки, и устойчивость к тепловой усталости избегает растрескивания от повторного нагрева.
• Инструменты формования: Формы для высокотемпературных пластмассы (НАПРИМЕР., нейлон, Заглядывать) Используйте H13 - Resists изнашиваются из пластикового потока и сохраняют форму при температуре литья 300 ° C, Обеспечение постоянного качества части.
• Ударные инструменты: Инструменты для формования блужда (НАПРИМЕР., топливные баки, бутылки с водой) Используйте H13 - давление не сопротивляется давлению, и износостойкость поддерживает точность плесени над 100,000+ цикл.

Аэрокосмическая & Автомобильная промышленность

• Аэрокосмическая промышленность: Высокотемпературные компоненты (НАПРИМЕР., турбинная лезвия коваки умирает, Тепловые щиты двигателя) Используйте H13 -Горячая твердость Обрабатывает температуру двигателя 550 ° C, и прочность поддерживает структурные нагрузки.
• Автомобильная промышленность: Высокопроизводительные компоненты (НАПРИМЕР., Гоночные двигатели клапаны, выхлопные коллекторы) Используйте H13 - Устойчивость, и износостойкость уменьшает деградацию компонентов.

3. Методы производства для инструментальной стали H13

Производство H13 Tool Steel требует точности для поддержания химического баланса и оптимизации высокотемпературных производительности. Вот подробный процесс:

1. Металлургические процессы (Контроль композиции)

• Электрическая дуговая печь (Eaf): Основной метод - сталь избрасывания, хром, молибден, ванадий, и другие сплавы расплавлены при 1650-1,750 ° C. Датчики мониторинг химический состав Чтобы сохранить элементы в пределах фиксированных диапазонов H13 (НАПРИМЕР., 4.75-5.50% Хром и 1.10-1.75% молибден), критическое для горячей твердости.
• Основная кислородная печь (Боф): Для крупномасштабного производства-Молотеновое железо из взрывной печи смешивается с ломкой стали, Затем взорван кислород, чтобы регулировать содержание углерода. Сплавы (молибден, ванадий) добавляются после взрыва, чтобы избежать окисления.

2. Процессы прокатки

• Горячая катящика: Расплавленный сплав бросает в слитки, Нагревается до 1100-1,200 ° C., и перевернулся в бары, тарелки, или простыни. Горячие катания разбивают большие карбиды и формируют материал в пробелы для инструментов (НАПРИМЕР., Коляска блоки).
• Холодный катание: Редко используется-H13 в основном для толстых инструментов для горячей работы; Холодный прокат используется только для тонких листов (НАПРИМЕР., Маленькие режущие инструменты) Чтобы улучшить отделку поверхности.

3. Термическая обработка (Критическое для горячей производительности)

Тепловая обработка H13 адаптирована, чтобы максимизировать горячую твердость и жесткость:

• Отжиг: Нагревается до 850-900 ° C и удерживается для 2-4 часы, затем медленно охлаждался (50° C/час) до ~ 600 ° C.. Уменьшает твердость 220-250 Бринелл, Сделать его обработкой и снятие внутреннего стресса.
• Гашение: Нагревается до 1020-1,080 ° C. (Austenitizing) и держался за 30-60 минуты (в зависимости от толщины части), затем утомил в масле или воздухе. Гашение нефти утверждает сталь 62-64 HRC; утомивание воздуха (помедленнее) уменьшает искажения, но снижает твердость до 58-60 HRC.
• Отпуск: Разогрет до 500-550 ° C. (Для инструментов горячих работ) или 300-400 ° C. (Для использования в холодной работе) и держался за 1-2 часы, Затем воздушное охлаждение. Загадывание при балансах 500-550 ° C Горячая твердость и выносливость - критическая для кормить; Более низкие температуры отказа от приоритета прочности для режущих инструментов.
• Снятие стресса отжиг: По желанию-до 600-650 ° C для 1 час после обработки (Перед окончательной термообработкой) Чтобы уменьшить стресс резки, что может вызвать растрескивание во время гашения.

4. Формирование и обработка поверхности

• Формирующие методы:
• Нажатие формирования: Использует гидравлические прессы (5,000-10,000 тонны) Для формирования пластин H13 в большие блоки ковки -матрицы - перед термической обработкой., Когда сталь мягкая.
• Изгиб: Редко используется - H13 для толстого, тяжелые инструменты; Большая часть формирования выполняется с помощью обработки или формирования прессы.
• Обработка: Заводы с ЧПУ с карбидными инструментами формируют H13 в полости матрицы или геометрию режущего инструмента (НАПРИМЕР., мельница) Когда отжигали. Охлаждающая жидкость необходима для предотвращения перегрева - скорость составления 10-15% медленнее, чем низколеплай.
• Шлифование: После термической обработки, точное шлифование (с алмазными колесами) уточняет полости матрицы или края инструментов до утолечества (НАПРИМЕР., ± 0,001 мм для экструзии умирает).
• Поверхностная обработка:
• Укрепление: Окончательная термообработка (гашение + отпуск) Достаточно для большинства применений - не требуется дополнительного упрочнения поверхности.
• Нитринг: Для горячих инструментов с высоким носом (НАПРИМЕР., Экструзия умирает)-Храните до 500-550 ° C в атмосфере азота, образуя твердый нитрид. (5-10 мкм), повышение устойчивости к износу 30% без уменьшения ядра.
• Покрытие (PVD/CVD): Тонкие покрытия, такие как титановый алюминиевый нитрид (Pvd) применяются к режущим инструментам - уменьшают трение и продлевают срок службы инструмента на 2x, Особенно для обработки высокотемпературных сплавов.

5. Контроль качества (Горячая обеспечение производительности)

• Тест на твердость: Использует тестеры Rockwell C для проверки твердости после тему (58-62 HRC) и горячая твердость (≥48 HRC при 550 ° C)-Критическое для работы с горячей работой.
• Анализ микроструктуры: Изучает сплав под микроскопом, чтобы подтвердить равномерное распределение карбидов (Нет больших карбидов, которые вызывают тепловое растрескивание) и правильный отпуск (Нет хрупкого мартенсита).
• Проверка размерных: Использует координатные машины измерения (CMM) Чтобы проверить полости матрицы или размеры инструментов - точность для горячей ковки или экструзии.
• Тепловая усталость испытания: Имитирует повторные циклы отопления/охлаждения (500-550° C до комнатной температуры) Чтобы проверить сопротивление трещин.
• Тестирование на растяжение: Проверяет прочность на растяжение (1800-2000 МПА) и уход (1400-1600 МПА) Для соответствия спецификациям H13.

4. Тематическое исследование: H13 Инструментальная сталь в алюминиевой экструзии умирает

Компания по алюминиевой экструзии использовала D2 Tool Steel для экструзионных штампов, которые производят профили радиатора. D2 Dies не удалось после 3,000 Циклы из -за термического растрескивания и износа, требующий $20,000 ежемесячно в заменах. Они перешли на инструментальную сталь H13, со следующими результатами:

• Тепловая усталость & Износостойкость: H13 умирает длится 8,000 цикл (167% дольше, чем D2) без трещин - сокращение затрат на замену 60%.
• Качество профиля: H13 умирает, сохранившие постоянные размеры радиатора (± 0,02 мм) на протяжении всей их жизни, В то время как умирание D2 показало размерное дрейф после 1,500 циклы - уменьшение дефектных частей 90%.
• Экономия стоимости: Пока H13 умирает стоимость 30% более авансовый, более длительный срок службы и более низкие дефекты сохранили компанию $120,000 ежегодно.

5. H13 Tool Steel Vs. Другие материалы

Как H13 по сравнению с другими стали для инструментов горячих работ и высокопроизводительных материалами? Давайте разберем его с подробным столом:

Применение пригодности

• Горячая корова умирает: H13 более рентабельный, чем H11 (10% дешевле) и имеет лучшую прочность-доступную для высокой ковки автомобильных деталей..
• Алюминиевая экструзия умирает: H13 превосходит D2 (Нет теплового растрескивания) и A2 (Лучшая горячая твердость)-подлежащий выдающемуся экструзии.
• Пластиковые инструменты для литья: H13 уравновешивает теплостойкость и стоимость лучше, чем титан-идеально для высокотемпературных пластмасс, таких как Peek.
• Высокотемпературные режущие инструменты: H13 превосходит A2/D2 (Лучшая горячая твердость) Для обработки теплостойких сплавов-уменьшает изменения инструмента.

Взгляд Yigu Technology на H13 Tool Steel

В Yigu Technology, Мы видим H13 как универсальный, Эффективное решение для приложений для горячей работы. Его Высокая горячая твердость, сбалансированная прочность, и Отличная износостойкость Сделайте это идеальным для наших клиентов в автомобильной ковке, алюминиевая экструзия, и пластиковое формование. Мы часто рекомендуем H13 для жарких коровь, инструменты экструзии, и формы для инъекций - где он превосходит D2 (Нет теплового растрескивания) и является более доступным, чем H11. В то время как он имеет немного более низкую горячую твердость, чем H11, Его лучшая прочность и более низкая стоимость обеспечивают лучшую общую ценность, соответствовать нашей цели устойчивого, Высокопроизводительные решения.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли использовать H13 Tool Steel для применений для холодной работы (