A H21 szerszámacél egy volfrám alapú melegalakításra alkalmas szerszámacél, amely az AISI H csoportjába tartozik. Ezek az acéltípusok a legkorábbi, magas ötvözetű opciók közé tartoztak, amelyeket igényes, magas hőmérsékletű szerszámozási alkalmazásokhoz fejlesztettek ki. Aobo acél, A szerszámacél kovácsolás terén szerzett széleskörű tapasztalatunkkal ismerjük az anyagok apró részleteit.

1. H21 szerszámacél kémiai összetétele

A H21 acél teljesítményét nagymértékben az ötvözőelemei határozzák meg. Egy tipikus összetétel a következőket tartalmazza:

• Szén (C): 0,26% – 0,36% (Edzhetőséget és kopásállóságot biztosít)
• Mangán (Mn): 0,15% – 0,40% (Javítja az edzhetőséget, deoxidáló/kéntelenítőként működik)
• Szilícium (Si): 0,15% – 0,50% (Növeli a szilárdságot és a keménységet, deoxidálószerként működik)
• Króm (Cr): 3.00% – 3.75% (Növeli az ellenállást a magas hőmérsékletű oxidációval és korrózióval szemben)
• Vanádium (V): 0,30% – 0,60% (Kemény keményfémeket képez, növelve a kopásállóságot és a melegszilárdságot)
• Volfrám (W): 8.50% – 10.00% (Kulcsfontosságú elem a melegkeménység, a magas hőmérsékleti szilárdság és a kopásállóság szempontjából)

2. H21 szerszámacél tulajdonságai

2.1 Keménység és hőállóság

A H21 acél jó hőállóságáról és a magas hőmérsékleten való keménység-megtartási képességéről ismert, ami kritikus tényező a melegalakítási alkalmazásokban.

• Edzett keménység: Ausztenitesítés és megeresztés (pl. 2 óra 595°C / 1100°F-on) után körülbelül 529 HB keménység érhető el. A megeresztési hőmérséklet emelése (pl. 650°C / 1200°F-ra) a keménység körülbelül 437 HB-ra csökken.
• Meleg keménység: Üzemi hőmérsékleten a keménység csökken. Például a melegkeménység körülbelül 280 HB lehet 595°C-on (1100°F), és 211 HB 650°C-on (1200°F). (Tipikus adatok alapján, 444 HB kezdeti szobahőmérsékleti keménységgel).

2.2 Szívósság és képlékenység

Bár jó hőállóságot kínál, a H21 szívóssága és ütésállósága általában alacsonyabb a krómalapúakhoz képest. melegalakítható acélok, például H11 vagy H13. Ütésállósági jellemzői a H19-hez képest gyengébbnek tekinthetők.

• A választott megeresztési hőmérséklet és a keményítés utáni hűtési sebesség, például az olajos edzés a lassabb hűtéshez képest, jelentősen befolyásolja az ütésállóságot (Izod vagy Charpy V-bevágás).
• A torziós tulajdonságok jelentősen változhatnak a célkeménység eléréséhez használt specifikus hőkezelési paraméterektől függően, jellemzően a 42-55 HRC tartományon belül.

3. Hőkezelés

A H21 szerszámacél optimális teljesítményének elérése nagymértékben függ a precíz hőkezelési folyamattól. Ez az eljárás biztosítja a szükséges keménységet, kopásállóságot és szívósságot, amelyek elengedhetetlenek a nagy igénybevételt jelentő melegmegmunkálási alkalmazásokhoz.

3.1 Előmelegítés

A fő edzési folyamat előtt a H21 szerszámacélt gondosan elő kell melegíteni.

• Hőmérséklet: Melegítse egyenletesen 760–815 °C-ra (1400–1500 °F).
• Cél: Ez a kulcsfontosságú lépés minimalizálja a hősokkot és megakadályozza a repedések kialakulását, különösen az összetett alakú vagy változó vastagságú alkatrészek esetében. A lassú és egyenletes melegítés biztosítja, hogy a hőmérséklet egyenletesen oszoljon el az acélban, felkészítve azt az ausztenitesedés magas hőmérsékleteire.

3.2 Ausztenitesítés (edzés)

Az előmelegítést követően az acélt ausztenitesítési hőmérsékletre melegítik.

• Hőmérséklet: Melegítse 1095–1205 °C-ra.
• Cél: Ebben a szakaszban az acél mikroszerkezete átalakul ausztenit. Ez lehetővé teszi, hogy a szén és a kritikus ötvözőelemek, például a volfrám (W) és a króm (Cr) beoldódjanak a szerkezetbe, ami alapvető fontosságú a keménység eléréséhez hűtéskor.

Áztatás ausztenitesítési hőmérsékleten

Az acél ausztenitesítési hőmérsékleten tartása (áztatás) létfontosságú.

• Időtartam: Általában 2-5 óra, a keresztmetszet vastagságától függően (elegendő időt kell biztosítani, pl. 1 órát vastagsághüvelykenként).
• Cél: A H21 magas volfrám- és krómtartalma stabil karbidokat képez. A megfelelő áztatási idő biztosítja, hogy ezek a karbidok teljesen feloldódjanak és egyenletesen oszlanak el az ausztenitben, ami egyenletes, edzésre kész szerkezetet eredményez.

3.3 Hűtés

A gyors hűtés az ausztenitet kemény, martenzites acéllá alakítja.

• Mód: A H21 acélt levegőn vagy olajban is lehet edzeni.
• Megfontolások: Nagyfokú edzhetősége miatt a H21 könnyen keményedik még lassabb levegős hűtés mellett is. A levegős edzést gyakran előnyben részesítik, mivel jelentősen csökkenti a torzulás és a repedés kockázatát az erősebb olajos edzéshez képest, különösen nagyobb vagy bonyolultabb alkatrészek esetén. Az olajos edzés akkor alkalmazható, ha a maximális keménység az elsődleges cél. A hűtési sebességnek kellően gyorsnak kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a lágyabb szerkezetek, például a perlit vagy a bainit kialakulását.

3.4 Edzés

Az edzett H21 acél rendkívül kemény, de törékeny is. Tulajdonságainak finomításához megeresztésre van szükség.

• Hőmérséklet: Melegítse újra az acélt 595–675 °C-ra.
• Cél: A megeresztés csökkenti a ridegséget, és jelentősen javítja a szívósságot és a képlékenységet, miközben megőrzi a jelentős keménységet. Az alkalmazott hőmérséklet és idő határozza meg a keménység és a szívósság közötti végső egyensúlyt.
• Többszörös indulatok: A magas ötvözetű szerszámacélok, mint például a H21 esetében a két vagy több megeresztési ciklus végrehajtása bevett gyakorlat. Ez biztosítja a szerkezeti stabilitást, átalakítja a megmaradt ausztenitet, és hozzájárulhat a másodlagos edzéshez, tovább javítva a teljesítményt magas hőmérsékleten.

H21 acél keménységi és megeresztési hőmérsékleti táblázata

Edzési hőmérséklet	Rockwell C.
Ahogy eloltották	55
315°C	51
700°F/370°C	52
800°F/425°C	52
900°F/480°C	54
540°C	54
595°C / 1100°F	51
650°C	40
705°C / 1300°F	32

3.5 Fontos folyamatszabályozások

3.5.1 A dekarbonizáció megelőzése

A H21 acél magas hőkezelési hőmérsékleten hajlamos a dekarbonizációra, vagyis a felületéről a szén elvesztésére, ami puha és gyenge felületi réteget eredményez.

• Megoldás: Az ausztenitesítés során elengedhetetlenek a védőintézkedések. Ilyenek például a szabályozott atmoszférájú kemencék, sófürdők használata, vagy az alkatrészek védőanyaggal, például rozsdamentes acélfóliával való csomagolása.

3.5.2 Kovácsolás utáni hűtés

A H21 magas edzhetősége miatt a kovácsolt darabokat a kovácsolás után azonnal lassan kell hűteni (pl. kemencében hűteni vagy szigetelésbe temetni).

• Ok: Kerülje a normalizálást (magas hőmérsékletről történő levegőn történő hűtést), mivel ez az acél részleges vagy teljes megkeményedését okozhatja, ami a tervezett edzési és megeresztési folyamat előtt ridegséghez és potenciális repedésekhez vezethet. A lassú hűtés biztosítja a későbbi hőkezeléshez megfelelőbb szerkezetet.

A H21 szerszámacél hőkezelésének ez a strukturált megközelítése biztosítja, hogy az anyag a tervezett melegalakító szerszámalkalmazásokhoz szükséges nagy teljesítményt nyújtsa. A siker kulcsa minden paraméter pontos szabályozása.

4. H21 szerszámacél alkalmazások

Melegkeménységének és kopásállóságának köszönhetően a H21 acélt különféle melegmegmunkálási folyamatokban használják:

• Kovácsoló szerszámok és betétek
• Melegmunkákhoz való lyukasztók, lyukasztók és tüskék
• Forró extrudálási szerszámok
• Forró nyírópengék (különösen nehéz alkalmazásokhoz, néha a H25 mellett)
• Présöntő szerszámok (különösen sárgarézhez)
• Éremöntő szerszámok (különösen ott, ahol a kopásállóság egy részét fel lehet használni a vékony profilok jobb törésállóságának érdekében)

A H21-et gyakran tekintik megfelelő választásnak közepes gyártási sorozatokhoz tervezett szerszámokhoz.

5. H21 szerszámacél egyenértékű minőségek

• Európai (EN)X30WCrV9-3 (1,2581)
• Németország (DIN): 1.2581
• Japán (JIS): SKD5
• Franciaország (AFNOR): 32CDV12-28
• Kína (Nagy-Britannia): 3Cr2W8V