Stal narzędziowa H13 to najpowszechniej stosowana stal wśród stali matrycowych do pracy na gorąco, stanowiąca punkt odniesienia w tej kategorii. Dlatego uszkodzenie stali H13 jest tematem wartym szczegółowej dyskusji. Opierając się na ponad 20-letnim doświadczeniu naszej firmy w branży oraz najnowszych wynikach badań międzynarodowych, niniejszy artykuł podsumowuje typowe czynniki przyczyniające się do uszkodzenia stali H13.
1. Uszkodzenie stali H13 spowodowane obróbką cieplną
Niewłaściwa obróbka cieplna jest istotnym czynnikiem przyczyniającym się do uszkodzenia formy ze stali H13.
1.1 Zniszczenie stali H13 spowodowane obróbką normalizującą
Obróbka normalizująca nie jest generalnie zalecana w przypadku stali H13, ponieważ zwiększa ryzyko pęknięć, szczególnie w przypadku niekontrolowanej atmosfery pieca, co powoduje odwęglenie powierzchni. Chociaż istnieją specjalistyczne metody normalizowania stali H13, ryzyko pęknięć nadal istnieje.
1.2 Zniszczenie stali H13 podczas hartowania
Jeżeli w materiale H13 podczas obróbki olejem wystąpią pęknięcia gaszenieMoże to być spowodowane nieprawidłową konstrukcją formy lub niewystarczającą kontrolą podczas procesu hartowania.
W przypadku matryc H13 do wytłaczania na gorąco o złożonej geometrii – takiej jak ostre narożniki, nadmierne wahania grubości lub nagłe zmiany przekroju – szybkie chłodzenie podczas hartowania powoduje nierównomierny skurcz w różnych przekrojach. Generuje to znaczne naprężenia wewnętrzne, które koncentrują się w newralgicznych punktach i prowadzą do pęknięć.
Materiał H13 charakteryzuje się stosunkowo wysoką zawartością węgla, co przekłada się na większą twardość. Użycie wody jako medium hartowniczego może powodować nadmierne chłodzenie, co prowadzi do pękania. Dlatego jako medium hartownicze należy wybrać olej o stosunkowo łagodnym chłodzeniu. Podczas hartowania pękanie może nadal występować, jeśli materiał H13 zostanie wprowadzony do oleju w zbyt wysokiej temperaturze, temperatura oleju jest zbyt niska lub czas chłodzenia w oleju jest niewystarczający – wszystkie te czynniki mogą powodować zbyt szybkie lub nierównomierne chłodzenie.
Z drugiej strony, jako stal narzędziowa do pracy na gorąco, H13 musi unikać zbyt wolnego chłodzenia podczas hartowania, ponieważ sprzyja to tworzeniu się bainitu i wydzielaniu węglików na granicach ziaren — oba czynniki przyczyniają się do kruchości.
Niewykonanie szybkiego odpuszczania materiału H13 po hartowaniu może również spowodować pękanie. Stal H13 należy wyjąć z cyklu hartowania, gdy jest jeszcze ciepła (ok. 66–93°C lub 150–200°F w przypadku hartowania w wodzie/oleju lub nie niższa niż 66°C lub 150°F w przypadku hartowania na powietrzu) i natychmiast odpuścić, aby zminimalizować pękanie po hartowaniu.
Istnieją dwie metody określania, czy pęknięcia rzeczywiście powstały podczas hartowania. Pierwsza polega na obserwacji morfologii pęknięcia; pęknięcia wywołane hartowaniem wykazują pękanie międzykrystaliczne. Druga metoda polega na sprawdzeniu, czy wewnętrzna powierzchnia pęknięcia zawiera zgorzelinę. Jeśli zgorzelina zostanie wykryta na wewnętrznej powierzchni pęknięcia podczas późniejszego odpuszczania, potwierdza to, że pęknięcie powstało podczas hartowania przed odpuszczaniem, a nie podczas samego odpuszczania.
1.3 Zniszczenie stali H13 podczas odpuszczania
Podczas procesu odpuszczania materiału H13, niewłaściwa kontrola temperatury i czasu odpuszczania może prowadzić do awarii. Jeśli temperatura odpuszczania jest zbyt niska, węgliki stopowe w stali – takie jak Cr, Mo i V – nie mogą wytrącać się wystarczająco i równomiernie. Powoduje to nadmiernie wysoką twardość i obniżoną udarność. Osłabia to również efekt wtórnego utwardzania H13, zmniejszając odporność cieplną form H13. Z drugiej strony, nadmiernie wysokie temperatury odpuszczania lub przedłużony czas wygrzewania mogą powodować rozrost zgrubny, kruchość na granicach ziaren i wzrost austenitu resztkowego, zmniejszając tym samym udarność H13. Niektóre badania sugerują, że kruchość na granicach ziaren może być związana z segregacją fosforu.1.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o obróbka cieplna stali H13, proszę zapoznać się z Stal narzędziowa H13 do obróbki cieplnejide.
2. Wady konstrukcyjne formy H13
Wady konstrukcyjne są częstą przyczyną awarii. Matryce H13 mogą ulec awarii z powodu wysokich naprężeń wywołanych gwałtownymi zmianami grubości przekroju, niewystarczającej ilości materiału pozostawionego między otworami gwintowanymi a powierzchniami wewnętrznymi lub koncentracji naprężeń spowodowanej głębokimi znakami identyfikacyjnymi.
3. Kruchość wodorowa
Stal H13 jest szczególnie podatna na kruchość wodorową. Kruchość wodorowa jest zauważalna przy niskich prędkościach odkształcania i temperaturach otoczenia i charakteryzuje się opóźnionym pękaniem. Zmniejsza ona ciągliwość i powoduje przedwczesne pękanie pod wpływem obciążeń statycznych. Wodór migruje do obszarów trójosiowego naprężenia rozciągającego (np. wierzchołków pęknięć) i może zmniejszać siły spójności między atomami. Może również zwiększać plastyczność lokalną (mechanizm HELP). Wodór może być wprowadzany podczas trawienia, galwanizacji, korozji i spawania.
Podsumowując, uszkodzenia stali H13 wynikają ze złożonego współdziałania naturalnych właściwości materiału, niedociągnięć w obróbce cieplnej i wad przetwarzania.
- Roberts, G., Krauss, G. i Kennedy, R. (1998). Stale narzędziowe (5. wyd.), s. 331. ASM International. ↩︎
