H21 Tool Steel: Характеристики, Приложения, Руководство по производству

H21 Tool Steel-надежный инструмент для горячих работ сталь, оцениваемый за ее сбалансированный Горячая твердость, стойкость, и износостойкость-сделав его выбор для применений, которые требуют долговечности в повторных высокотемпературных циклах. Он тщательно настроен химический состав (с контролируемым хромом, молибден, и ванадий) Позволяет сохранять твердость при 500 ° C, сопротивляясь термической усталости, опережая многие холодные стали в горячей среде, такие как кость и экструзия. 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, где выравнивается термостойкость и практичность.

1. Ключевые свойства материала H21 Tool Steel

Производительность H21 Tool Steel коренится в его точно калиброванном химический состав, который формирует его надежный механические свойства, последовательный физические свойства, и выдающиеся высокотемпературные характеристики.

Химический состав

Формула H21 оптимизирована для надежности горячей работы, с фиксированными диапазонами для ключевых элементов:

• Содержание углерода: 0.35-0.45% (Уравновешивает силу и прочность - достаточно для износа, достаточно низкий, чтобы избежать хрупкости во время циклов отопления/охлаждения)
• Содержание хрома: 4.00-5.00% (формирует теплостойкие карбиды для Отличная износостойкость и улучшает закаленность, обеспечение равномерных результатов термической обработки)
• 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: 1.00-1.50% (Улучшает Горячая твердость и сопротивляется тепловой усталости - критической для инструментов, подвергшихся воздействию повторного отопления/охлаждения)
• Содержание ванадиума: 0.50-0.80% (Уточняет размер зерна, Улучшает прочность, и образует небольшие карбиды ванадия, которые повышают устойчивость к износу при высоких температурах)
• Содержание фосфора: ≤0,03% (строго контролируется, чтобы предотвратить холодную хрупкость, Специально для инструментов, хранящихся или используемых в низкотемпературных средах)
• Содержание серы: ≤0,03% (Ультра-низкий, чтобы поддерживать прочность и избежать растрескивания во время горячей формы или обработки)

Физические свойства

H21 Tool Steel имеет последовательные физические признаки, которые упрощают конструкцию для высокотемпературных приложений:

Механические свойства

После стандартной термообработки (отжиг + гашение + отпуск), H21 обеспечивает надежную производительность для горячих и умеренных задач холодной работы:

• Предел прочности: ~ 1700-1900 МПа (подходит для жарких коровье с высокой загрузкой, хотя немного ниже H13)
• Урожайность: ~ 1300-1500 МПа (Обеспечивает сопротивление инструментам сопротивляться постоянной деформации при тяжелых горячих нагрузках, как давление экструзии)
• Удлинение: ~ 10-15% (в 50 ММ-высокая пластичность для горячей стали, позволяя незначительному изменению.)
• 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: ~ 650-750 МПа (в 10⁷ циклах-от сумасшедших до холодных сталей, как A2, Идеально подходит для инструментов при повторном отоплении/охлаждении)
• Воздействие на выносливость: От умеренного до высокого (~ 40-50 J/см² при комнатной температуре)-Боже, чем многие стали с горячими работами, 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 алюминия или мягкой стали.
• Хорошая прочность: Сбалансирован с силой, Таким образом, это может противостоять воздействию от формирования молотков или экструзионных прессов без скопления.
• Высокая горячая твердость: Сохраняет ~ 45 часов при 500 ° C (намного выше, чем холодные стали, как D2)- Критическое для поддержания формы матрицы во время горячей работы.
• Механизм: Хороший (Перед термообработкой)- Аннурованный H21 (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 H21 Tool Steel

Смесь H21 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 корму (НАПРИМЕР., Автомобильные болты, аппаратное обеспечение) Используйте H21—Горячая твердость сохраняет форму во время коровки 450-500 ° C, И выносливость противостоит воздействию от подготовки молотков.
• Горячая экструзия умирает: Умирает за экструдирование алюминиевых профилей (НАПРИМЕР., дверные рамки, декоративная отделка) Используйте H21 - Устойчивость к устойчивости к одежде, и термическая устойчивость к усталости продлевает жизнь.
• Инструменты горячей штампочки: Инструменты для горячей штамповки с низкоуглеродной сталью (НАПРИМЕР., части устройства) Используйте твердость H21 - RETANES при 450 ° C, Обеспечение постоянной формы части над 60,000+ штампы.

Пример случая: Производитель аппаратного обеспечения использовал A2 Tool Steel для жарких коровье, которые производят стальные болты. Умирает А2 после удара после 5,000 Циклы из -за теплового растрескивания. Они перешли на H21, И умирают длились 12,000 цикл (140% дольше) без трещин - вытягивая затраты на замену матрицы $18,000 ежегодно.

Режущие инструменты

• Фрезеры: Резаки для обработки алюминия или мягкой стали при умеренных температурах (300-400° C.) Используйте H21—Горячая твердость поддерживает резкость, опережать стандартные резаки HSS.
• Поворотные инструменты: Токарные инструменты для поворота стали с горячим, повышение эффективности производства 25%.
• Расщепления: Расщепление для формирования нерезистентных сплавов (НАПРИМЕР., Алюминиевые аэрокосмические кронштейны) Используйте H21 - с ничем не сопротивляется скоплению, и горячая твердость сохраняет точность во время длинных пробежек.

Формирование инструментов & Пластиковая литья

• Удары и умирают: Горячие удары для тонких металлических листов (НАПРИМЕР., Кроншеты с листовым металлом) Используйте H21 - протягивает силу высокие нагрузки, и устойчивость к тепловой усталости избегает растрескивания от повторного нагрева.
• Инструменты формования: Формы для средней температурной пластмассы (НАПРИМЕР., полипропилен, АБС) Используйте H21 - Resists износ из пластикового потока и сохраняет форму при температуре формования 250 ° C, Обеспечение постоянного качества части.
• Ударные инструменты: Инструменты для выдувного литья небольшие пластиковые детали (НАПРИМЕР., бутылочные крышки, игрушечные компоненты) Используйте H21 - не сопротивляется давлению, и износостойкость поддерживает точность плесени над 80,000+ цикл.

Аэрокосмическая & Автомобильная промышленность

• Аэрокосмическая промышленность: Низко-нагревательные аэрокосмические компоненты (НАПРИМЕР., Алюминиевая ковация скобки умирает) Используйте H21—Горячая твердость Обрабатывает 450 ° C ковки, и прочность поддерживает структурные нагрузки.
• Автомобильная промышленность: Компоненты среднего числа (НАПРИМЕР., Брекеты с двигателями без гонки, выхлопные вешалки) Используйте H21-Устойчивость, и износостойкость уменьшает деградацию.

3. Методы производства для H21 Tool Steel

Производство H21 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 сохранить элементы в пределах фиксированных диапазонов H21 (НАПРИМЕР., 4.00-5.00% Хром и 1.00-1.50% 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-H21 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 H21 адаптирована для максимизации горячей твердости и прочности:

• 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 1000-1050 ° 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 480-530 ° C. (Для инструментов горячих работ) или 300-400 ° C. (Для использования в холодной работе) и держался за 1-2 часы, Затем воздушное охлаждение. Удерживание при балансе 480-530 ° С 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 (5,000-8,000 тонны) Для формирования пластин H21 в большие блоки ковки -матрицы - перед термической обработкой перед термической обработкой, Когда сталь мягкая.
• Изгиб: Редко используется - H21 для толстого, тяжелые инструменты; Большая часть формирования выполняется с помощью обработки или формирования прессы.
• Обработка: Заводы с ЧПУ с карбидными инструментами формируют H21 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 480-530 ° C в атмосфере азота, образуя твердый слой нитрида (5-10 мкм), повышение устойчивости к износу 25% без уменьшения ядра.
• Покрытие (PVD/CVD): Тонкие покрытия, такие как нитрид титана (Pvd) применяются к режущим инструментам - уменьшают трение и продлевают срок службы инструмента на 1,5x, Особенно для обработки алюминия или мягкой стали.

5. Контроль качества (Горячая обеспечение производительности)

• Тест на твердость: Использует тестеры Rockwell C для проверки твердости после тему (58-62 HRC) и горячая твердость (≥45 HRC при 500 ° 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 (450-500° C до комнатной температуры) Чтобы проверить сопротивление трещин.
• Тестирование на растяжение: Проверяет прочность на растяжение (1700-1900 МПА) и уход (1300-1500 МПА) Чтобы соответствовать спецификациям H21.

4. Тематическое исследование: H21 Инструментальная сталь в алюминиевой экструзии умирает

Производитель окон использовал D2 Tool Steel для экструзии, которые производят алюминиевую отделку окна. D2 Dies не удалось после 4,000 Циклы из -за термического растрескивания и износа, требующий $15,000 ежемесячно в заменах. Они перешли на инструментальную сталь H21, со следующими результатами:

• Тепловая усталость & Износостойкость: H21 умирает длится 10,000 цикл (150% дольше, чем D2) без трещин - сокращение затрат на замену 60%.
• Качество обрезки: H21 Убий (± 0,02 мм) на протяжении всей их жизни, В то время как умирание D2 показало размерное дрейф после 2,000 циклы - уменьшение дефектной отделки 85%.
• Экономия стоимости: Пока H21 умирает стоимость 25% более авансовый, более длительный срок службы и более низкие дефекты сохранили компанию $90,000 ежегодно.

5. H21 Tool Steel vs. Другие материалы

Как H21 по сравнению с другими стали с инструментами горячих работ и высокопроизводительными материалами? Давайте разберем его с подробным столом:

Применение пригодности

• Средняя температурная ковка умирает: H21 более рентабельный, чем H13 (15% дешевле) и лучше, чем D2 (Нет теплового растрескивания)- Идеально для формирования мягкой стали или алюминия.
• Алюминиевая экструзия умирает: H21 превосходит D2 (Нет теплового растрескивания) и A2 (Лучшая горячая твердость)-подлежащий получению среднего объема экструзии профилей, таких как отделка или рамы.
• Пластиковые инструменты для литья: H21 уравновешивает теплостойкость и стоимость лучше, чем титан-идеально для пластмассы средней температуры, таких как ABS или полипропилен.
• Умеренные режущие инструменты: H21 превосходит A2/D2 (Лучшая горячая твердость) Для обработки алюминия или мягкой стали - уменьшает изменения инструмента.

Взгляд Yigu Technology на H21 Tool Steel

В Yigu Technology, Мы видим H21 как практическую, Эффективное решение для применений с горячей работой средней температуры. Его Высокая горячая твердость, сбалансированная прочность, и Отличная износостойкость Сделайте его идеальным для наших клиентов в алюминиевой экструзии, мягкая сталь ковата, и средняя температурная пластиковая литья. Мы часто рекомендуем H21 для экструзии умирает, Формирование инструментов, и пластиковые формы - где он превосходит D2 (Нет теплового растрескивания) и является более доступным, чем H13. В то время как он имеет немного более низкую горячую твердость, чем H13, Его более низкая стоимость и надежная производительность обеспечивают большую ценность, соответствовать нашей цели устойчивого, Решения, ориентированные на приложения.

Часто задаваемые вопросы