Применение инструментальной стали H13

Введение

Инструментальная сталь H13 — одна из наиболее широко используемых в мире инструментальных сталей для горячей обработки, применяемая в отраслях промышленности, требующих инструментов, работающих в условиях многократных термических нагрузок, высоких механических напряжений и повышенных температур. Обычно она поставляется в виде DIN 1.2344, AISI H13 или ДЖИС СКД61в зависимости от региональных стандартов, при этом сохраняется аналогичная концепция сплава Cr-Mo-V.

Области применения H13 выходят далеко за рамки литья под давлением. H13 широко используется для экструзионных матриц из алюминия, инструментов для горячей ковки, пресс-форм для литья пластмасс под давлением, лезвий для горячих ножниц и, в последнее время, для конформно-охлаждаемых инструментов, изготавливаемых методом аддитивного производства. Хотя эти области применения работают в разных производственных условиях, все они требуют материала, способного сохранять твердость, противостоять термической усталости и обеспечивать стабильную прочность на протяжении длительных производственных циклов.

В этой статье объясняется, в каких областях сталь H13 показывает наилучшие результаты, почему она выбирается в различных отраслях промышленности и какие характеристики материала следует учитывать покупателям при выборе инструментальной стали H13. Вместо того чтобы фокусироваться на конструкции пресс-форм или процессах обработки, обсуждение сосредоточено на характеристиках материала, требованиях к применению и ключевых факторах, которые следует учитывать при выборе подходящей марки стали H13.

Инструментальная сталь H13 в литейных формах

Литье под высоким давлением подвергает оснастку многократным термическим циклам, высоким механическим нагрузкам и постоянному контакту с расплавленными сплавами алюминия, магния или цинка. В процессе производства расплавленный металл поступает в полость формы при температурах приблизительно 660-720 ° С под высоким давлением впрыска. Многократный нагрев и охлаждение постепенно приводят к образованию термических трещин, эрозии, изменению размеров и растрескиванию поверхности, поэтому выбор материала является одним из ключевых факторов, влияющих на срок службы штампа.

Сталь H13 стала стандартной инструментальной сталью для горячей обработки в таких условиях, поскольку она сохраняет стабильное сочетание твердости при высоких температурах, ударной вязкости и устойчивости к термической усталости на протяжении длительных производственных циклов. После надлежащей термообработки достигается рабочая твердость . 44–48 HRC Обычно этот показатель указывается для алюминиевых литьевых форм, при этом предел прочности на растяжение составляет приблизительно 1,500 МПа обеспечивает достаточную механическую прочность, чтобы выдерживать циклические нагрузки без ущерба для ударной вязкости.

По мере увеличения размера штампа качество материала приобретает все большее значение. Для крупных автомобильных литьевых форм, таких как блоки двигателей и корпуса батарей электромобилей, часто используется сталь ESR H13, поскольку улучшенная чистота стали помогает поддерживать более стабильные характеристики на больших участках формы в течение длительного производственного цикла.

H13 также все чаще используется в пресс-формах, изготовленных методом аддитивного производства. Конформные каналы охлаждения, создаваемые с помощью 3D-печати металлом, повышают эффективность теплопередачи, сохраняя при этом высокотемпературные характеристики, необходимые для литья алюминия под давлением.

Инструментальная сталь H13 в литейных формах

Литье под высоким давлением — одна из самых сложных технологий для инструментальных сталей, используемых в горячей обработке. В процессе производства расплавленные сплавы алюминия, магния или цинка поступают в полость формы при температурах приблизительно 660-720 ° С под высоким давлением впрыска. Непрерывное воздействие термических циклов и расплавленного металла постепенно приводит к образованию трещин от нагрева, эрозии поверхности и изменению размеров, что делает эксплуатационные характеристики материала важнейшим фактором срока службы штампа.

Материал H13 стал стандартным материалом для оснастки для литья под давлением, поскольку он сохраняет механические свойства при многократных термических нагрузках. После соответствующей термообработки достигается рабочая твердость. 44–48 HRC Обычно используется для изготовления алюминиевых литейных форм, обеспечивая практичный баланс между износостойкостью и прочностью. Предел прочности на растяжение составляет приблизительно 1,500 МПаH13 способен выдерживать многократные нагрузки, снижая при этом вероятность преждевременного растрескивания.

Типичный пример Формы для изготовления блоков цилиндров и корпусов трансмиссий автомобильных двигателейВ условиях длительного производственного цикла и многократных термических нагрузок, требующих стабильных характеристик материала, сталь H13 остается одной из наиболее широко используемых инструментальных сталей для горячей обработки при литье алюминия под давлением.

Аддитивное производство металлов также расширило область применения сплава H13. Вставки с конформным охлаждением, изготовленные методом послойного спекания порошка, сочетают в себе высокотемпературные характеристики сплава с улучшенной эффективностью охлаждения, что делает H13 пригодным для все более сложных инструментов литья под давлением.

Инструментальная сталь H13 в экструзионных матрицах

В отличие от литья под давлением, экструзионная оснастка работает под постоянной сжимающей нагрузкой, а не под многократным термическим ударом. В процессе производства горячие алюминиевые или магниевые заготовки остаются в контакте с матрицей в течение длительного времени, подвергая оснастку воздействию высоких температур и сильного трения. В таких условиях устойчивость к термическому размягчению становится одним из важнейших требований к материалу.

H13 широко используется для экструзионных фильер, оправок, вставок фильер и заглушек, поскольку сохраняет прочность при высоких температурах в течение длительных производственных циклов. После термообработки рабочая твердость составляет 46–50 HRC Этот материал обычно используется в оснастке для экструзии алюминия, обеспечивая достаточную износостойкость при сохранении стабильности размеров в процессе непрерывной работы.

Типичным примером применения является экструзия алюминиевого профилягде штампы могут работать непрерывно в течение длительных производственных циклов. Стабильная твердость при высоких температурах помогает уменьшить отклонения профиля, вызванные износом штампа, что позволяет производителям поддерживать постоянство размеров на протяжении всего производственного цикла.

Среди распространенных инструментальных сталей для горячей обработки H13 остается стандартным выбором для большинства применений в экструзии алюминия и магния. H11 обычно выбирают, когда требуется более высокая ударная вязкость, а H21 используется в высокотемпературных операциях, где твердость при высоких температурах имеет приоритет над ударной вязкостью.

Инструментальная сталь H13 в штампах для горячей ковки

Горячая ковка подвергает оснастку многократным ударным нагрузкам, в то время как заготовка остается при повышенной температуре. В отличие от экструзионных матриц, ковочные инструменты должны поглощать как механические удары, так и сжимающие напряжения без растрескивания или чрезмерной пластической деформации. Поэтому прочность материала становится ключевым фактором, определяющим срок службы матрицы.

Сталь H13 широко используется для изготовления ковочных штампов, пуансонов, оправок и вставок штампов, поскольку она сочетает в себе хорошую ударную вязкость с достаточной твердостью при высоких температурах для многократных циклов ковки. Для большинства применений в горячей ковке рабочая твердость составляет 48–52 HRC Обычно он предназначен для сопротивления деформации при сохранении достаточной трещиностойкости.

Распространенным примером применения является автомобильные коленчатые валы и шатуны, изготовленные методом ковки.где штампы подвергаются непрерывным ударам во время крупносерийного производства. При рабочих температурах ниже 600 ° CСталь H13 в значительной степени заменила традиционную 3Cr2W8V во многих областях применения, поскольку ее более высокая стойкость к отпуску помогает сохранять твердость в течение более длительных производственных циклов, при этом сообщается об увеличении срока службы. на 30–100% при соответствующих условиях эксплуатации.

В большинстве случаев при ковке однородность материала и соответствующая термообработка оказывают большее влияние на срок службы штампа, чем простое повышение твердости. Выбор правильного диапазона твердости, как правило, более эффективен, чем стремление к максимальной твердости.

Инструментальная сталь H13 в пресс-формах для литья пластмасс под давлением

Хотя сталь H13 в основном известна как инструментальная сталь для горячей обработки, она также широко используется в литье пластмасс под давлением, где пресс-формы подвергаются воздействию высоких температур обработки или абразивных конструкционных пластмасс. По сравнению с универсальными сталями для пресс-форм, сталь H13 больше подходит для применений, требующих более высокой износостойкости и лучшего сохранения твердости в течение длительных производственных циклов.

Типичные области применения включают пресс-формы для армированные стекловолокном полиамиды, полибутилентерефталата, полифениленсульфида и другие конструкционные пластмассыВ таких условиях постоянный контакт с абразивными примесями ускоряет износ полости. В этих условиях сталь H13 помогает дольше сохранять размеры полости и качество поверхности, чем обычные предварительно закаленные инструментальные стали.

Для применений, требующих высокого качества поверхности, например: оптические компоненты или прозрачные пластиковые изделияИногда используется ESR H13, поскольку более низкое содержание включений обеспечивает лучшие характеристики полировки. Однако для обычных литьевых форм часто достаточно обычной H13, когда основным требованием является износостойкость.

По сравнению с предварительно закаленными сталями, такими как P20, сталь H13 обычно выбирают, когда требуется более длительный срок службы инструмента при работе с высокотемпературными или стекловолоконными армированными пластмассами, а не со стандартными коммерческими смолами.

Инструментальная сталь H13, используемая в инструментах для горячей резки и штамповки.

Инструменты для горячей резки и горячей штамповки работают в условиях многократного контакта с нагретыми заготовками, где режущие кромки подвергаются воздействию как высоких температур, так и концентрированных механических напряжений. В этих условиях материал инструмента должен сохранять целостность кромки, сопротивляясь деформации и преждевременному скалыванию.

Твердость H13 широко используется для изготовления лезвий горячих ножниц, обрезных штампов, инструментов для горячей штамповки и штамповочных форм, поскольку она сохраняет достаточную твердость при повышенных температурах, не становясь при этом чрезмерно хрупкой. Рабочая твердость составляет 46–50 HRC Как правило, он предназначен для обеспечения практического баланса между прочностью кромки и ударопрочностью.

Типичные приложения включают обрезка кованых автомобильных компонентов, резка заготовок непрерывного литья и горячая штамповка деталей из сверхпрочной стали.В этих операциях стабильная работа кромки помогает уменьшить образование сколов и минимизировать отклонения размеров на протяжении длительных производственных циклов.

По сравнению с обычными инструментальными сталями для холодной обработки, сталь H13 обеспечивает более надежное сочетание твердости и ударной вязкости в горячем состоянии для инструментов, работающих при повышенных температурах, что делает ее одним из стандартных материалов для горячей резки и горячей штамповки.

Инструментальная сталь H13 в аддитивном производстве

Аддитивное производство открыло новые возможности для использования H13 в производстве пресс-форм и оснастки. С помощью лазерного спекания порошкового слоя (LPBF) производители могут изготавливать вставки из H13 с конформными каналами охлаждения, которые трудно или невозможно обработать традиционными методами.

Главное преимущество заключается в повышении эффективности охлаждения, а не в изменении свойств материала. Более эффективный отвод тепла может сократить производственные циклы, уменьшить перепады температур по всей пресс-форме и улучшить точность размеров сложных компонентов.

Например, Сообщается, что вставки для автомобильного литья под давлением с конформными каналами охлаждения позволяют сократить время цикла формования более чем на 30% по сравнению с вставками с традиционным охлаждением., в зависимости от геометрии детали и конструкции системы охлаждения.

Хотя традиционно кованый сплав H13 остается основным материалом для большинства производственных инструментов, аддитивное производство становится все более практичным вариантом для сложных вставок, где эффективность охлаждения оказывает большее влияние на производительность, чем стоимость инструмента.

Как выбрать инструментальную сталь H13 для различных применений

Хотя сталь марки H13 используется в самых разных отраслях промышленности, один и тот же сорт не всегда поставляется в одинаковом состоянии. Требуемая твердость, чистота стали, уровень контроля качества и условия поставки должны выбираться в соответствии с областью применения, а не рассматриваться как стандартная спецификация.

Для общего применения в инструментальной промышленности обычный сплав H13, поставляемый в отожженном состоянии, подходит для последующей механической обработки и термообработки. При покупке сплава H13 покупатели должны убедиться, что поставляемый материал соответствует требуемому стандарту марки, например, ASTM A681 или DIN 1.2344, и что прилагаемый сертификат заводских испытаний (MTC) подтверждает его химический состав.

Для крупных штамповочных блоков или ответственных инструментов также может потребоваться дополнительная проверка качества. Типичные спецификации закупок включают ультразвуковой контроль (УЗК) для выявления внутренних дефектов, измерение твердости после термообработки и подтверждение состояния при поставке, например, отожженной, черновой или шлифованной поверхности. Эти требования помогают обеспечить стабильное качество материала до начала механической обработки.

Выбор правильных технических характеристик материала на этапе закупки зачастую эффективнее, чем решение проблем с качеством после изготовления пресс-формы.

Заключение

Сталь H13 остается стандартной инструментальной сталью для горячей обработки в большинстве областей применения, таких как литье под давлением, экструзия, ковка и высокотемпературное формование, поскольку она обеспечивает сбалансированное сочетание твердости при высоких температурах, ударной вязкости и износостойкости. Однако выбор подходящего материала зависит от условий эксплуатации, а не только от области применения.

Понимание условий эксплуатации перед покупкой инструментальной стали помогает гарантировать, что выбранный сорт соответствует требованиям к производительности в конкретном применении, снижая риск преждевременного выхода инструмента из строя и ненужных затрат на материалы.