Stal H13 Przegląd techniczny

Przegląd techniczny stali H13: Oto informacje o stali H13, których szukasz. Stal narzędziowa H13 to chłodzona powietrzem hartowana stal do obróbki na gorąco. Jest szeroko stosowana w zastosowaniach o wysokiej temperaturze i dużym obciążeniu, takich jak formy odlewnicze, walcowanie na gorąco i narzędzia do kucia na gorąco ze względu na doskonałą odporność na ciepło, zużycie i zmęczenie cieplne. Po obróbce cieplnej może uzyskać dobre kompleksowe właściwości mechaniczne i wysoką odporność na odpuszczanie.

1. Skład chemiczny stali H13

Węgiel (C)	Chrom (Cr)	Molibden (Mo)	Wanad (V)	Krzem (Si)	Żelazo (Fe)	Nikiel (Ni)	Miedź (Cu)	Mangan (Mn)
0.32 – 0.45	4.75 – 5.50	1.10 – 1.75	0.80 – 1.20	0.80 – 1.20	≥ 90,9	≤ 0,3	≤ 0,25	Mniejsze ilości

2. Właściwości mechaniczne stali H13

Typowe właściwości mechaniczne stali H13 w kierunku wzdłużnym w temperaturze pokojowej

Temperatura odpuszczania (°C)	Temperatura hartowania (°F)	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Wydłużenie w 4D (%)	Redukcja powierzchni (%)	Energia uderzenia Charpy'ego z karbem w kształcie litery V (J)	Energia uderzenia Charpy'ego V-Notch (ft-lbf)	Twardość (HRC)
527	980	1960	284	1570	228	13	46.2	16	12	52
555	1030	1835	266	1530	222	13.1	50.1	24	18	50
575	1065	1730	251	1470	213	13.5	52.4	27	20	48
593	1100	1580	229	1365	198	14.4	53.7	28.5	21	46
605	1120	1495	217	1290	187	15.4	54	30	22	44

Źródło: ASM Podręcznik, tom 4: Obróbka cieplna

3. Zastosowania

Biorąc pod uwagę właściwości stali narzędziowej H13, jej zastosowania skupiają się przede wszystkim na obszarach, w których wymagana jest wysoka wytrzymałość na wysokie temperatury, wytrzymałość, odporność na zużycie i odporność na zmęczenie cieplne.

3.1 Odlew ciśnieniowys: H13 jest szeroko stosowany do produkcji matryc do odlewów ciśnieniowych. Obejmuje to matryce do:

• • Stopy aluminium.
  • Stopy magnezu.
  • Stopy cynku.
  • Stopy miedzi. Jego odporność na szok termiczny i pękanie spowodowane szybkimi cyklami nagrzewania i chłodzenia w odlewnictwie ciśnieniowym sprawia, że jest to preferowany materiał.

3.2 Matryce do kucia na gorąco:Ze względu na wysoką wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury, H13 doskonale nadaje się na matryce do kucia na gorąco, w tym matryce do kucia maszynowego.

3.3 Matryce do wytłaczania na gorąco:Wytrzymałość na wysokie temperatury i odporność na zużycie sprawiają, że gatunek H13 nadaje się do stosowania w procesach wytłaczania na gorąco, w tym w matrycach do profili aluminiowych.

3.4 Wytłaczarka do wytłaczania na ciepłos: H13 można również stosować w procesach wytłaczania na ciepło.

3.5 Formy plastikowe:Chociaż stal H13 (lub podobna) jest głównie stalą do obróbki na gorąco, niektóre gatunki lub wstępnie utwardzone rodzaje stali znajdują zastosowanie w formowaniu tworzyw sztucznych, w szczególności do:

• Formy termoplastyczne.
• Formy do tworzyw sztucznych termoutwardzalnych.
• Złożone formy wnękowe. Wytrzymałość i obrabialność (szczególnie w warunkach wstępnie utwardzonych) są korzystne dla tych zastosowań.

3.6 Podstawy form:H13 (lub jego odpowiednik SKD61) można stosować do podstaw form, w których wymagana jest wytrzymałość i stabilność.

3.7 Precyzyjna obróbka na gorąco Składniki: Ze względu na swoje właściwości, H13 może być stosowany w precyzyjnych akcesoriach i dyszach do pracy na gorąco, szczególnie tam, gdzie praca ze stopami cynku i aluminium trwa przez dłuższy czas.

3.8 Toczące się matryceW przemyśle łożyskowym do produkcji matryc walcowniczych stosuje się stopy H11 i H13, które zapewniają dłuższą żywotność.

Wspólnym mianownikiem tych zastosowań jest potrzeba materiału, który może wytrzymać wysokie temperatury i naprężenia, zachowując jednocześnie swoją integralność i odporność na zużycie i pękanie. Specyficzna obróbka cieplna zastosowana do H13, jak już wcześniej omawialiśmy, jest kluczowa w dostosowywaniu jego właściwości do tych różnorodnych zastosowań.

4. Obróbka cieplna stali H13

Należy pamiętać, że konkretne parametry mogą się różnić w zależności od końcowego zastosowania i rozmiaru komponentów.

Oto ogólny zarys procesu obróbki cieplnej H13:

• Podgrzewanie wstępne: Zwykle stal H13 przechodzi etap podgrzewania wstępnego. Temperatura podgrzewania wstępnego wynosi 1500°F (815°C). Łagodzi to szok termiczny podczas etapu austenityzacji w górnej temperaturze. Zazwyczaj zaleca się zapoznanie się z zaleceniami producenta dotyczącymi odpowiedniego procesu podgrzewania wstępnego dla konkretnej stali.
• Austenityzowanie (hartowanie): Stal jest podgrzewana do temperatury w strefie formowania austenitu, zazwyczaj około 1875°F (1025°C). Ten krok ma na celu zmianę struktury stali na strukturę austenitu, w której węgiel jest rozpuszczony. Reguła praktyczna dotycząca czasu namaczania w tej temperaturze wynosi 1 godzinę na cal (25 mm) grubości. Ten krok wymaga utrzymania ochronnego środowiska w piecu, aby uniknąć utleniania powierzchni lub odwęglania części. W przypadku stali H13 zaleca się stosowanie atmosfery endotermicznej o punkcie rosy od 3 do 4 °C (od 38 do 40 °F) po austenityzacji w temperaturze 1010 °C (1850 °F). Inną powszechną praktyką ochrony powierzchni jest owinięcie części folią ze stali nierdzewnej.
• Hartowanie: H13, stal hartowana na powietrzu, jest poddawana hartowaniu na powietrzu w celu uzyskania maksymalnej twardości. Hartowanie na powietrzu zapewnia minimalizację naprężeń szczątkowych po hartowaniu. Jednak w przypadku większych przekrojów może być potrzebny podmuch powietrza lub nawet hartowanie w oleju, aby je całkowicie utwardzić. Hartowanie w wodzie nie jest idealne dla H13, ponieważ materiał jest podatny na pękanie. Części hartowane w oleju należy całkowicie zanurzyć, aż osiągną temperaturę kąpieli, a następnie natychmiast umieścić w piecu do odpuszczania.
• Hartowanie: H13 to stal hartowana wtórnie, wymagająca hartowania w temperaturze wyższej niż szczyt hartowania wtórnego (ok. 510°C – 950°F). Hartowanie jest niezbędne do rozładowania naprężeń i osiągnięcia pożądanego kompromisu między twardością a wytrzymałością. Podwójne hartowanie jest powszechną praktyką. Przykładem początkowego etapu hartowania byłoby 400°F (205°C). Czas każdego cyklu hartowania wynosi zazwyczaj 2 godziny na cal (25 mm) grubości. Uzyskany poziom twardości będzie się różnić w zależności od zastosowanej temperatury hartowania. Na przykład obróbka cieplna mająca na celu uzyskanie 45 HRC może obejmować hartowanie w temperaturze 610°C po hartowaniu w temperaturze 1020°
• Odprężanie: Jeśli dokładność wymiarowa ma kluczowe znaczenie, wstępnie obrobione komponenty można poddać obróbce odprężającej przed ostatnią obróbką cieplną hartowania. Oznacza to podgrzanie do temperatury 650–675 °C (1200–1250 °F), utrzymanie przez 1 godzinę lub dłużej, a następnie powolne schłodzenie do temperatury pokojowej.
• Azotowanie (opcjonalnie): Jeśli części H13 zostały już poddane obróbce cieplnej, gotowe części mogą zostać poddane azotowaniu, w zależności od wymaganej odporności na zużycie. Proces ten jest często przeprowadzany w temperaturach podobnych do temperatury odpuszczania, a zatem azotowanie może czasami służyć jako drugie odpuszczanie w obróbce z podwójnym odpuszczaniem. Na przykład azotowanie gazowe w temperaturze 510 °C (950 °F) przez 10 do 12 godzin spowoduje powstanie warstwy o głębokości od 0,10 do 0,13 mm (od 0,004 do 0,005 cala).

5. Odpowiedniki H13

• Norma japońska (JIS): SKD61 (czasami określana jako X40CrMoV5-1)
• Norma niemiecka (DIN): 1.2344, X40CrMoV5-1, GS344ESR
• Norma europejska (EN): X40CrMoV5-1 (1.2344)
• Norma międzynarodowa (ISO): X40CrMoV5-1
• Norma chińska (GB/YB): 4Cr5MoSiV1
• Norma szwedzka (ASSAB): 8407, 8402
• Norma austriacka (BOHLER): W302, W321
• Norma amerykańska (AISI/SAE/ASTM/UNS): H13, UNS T20813

6. Porównanie stali H11 i H13

Kluczowe różnice pomiędzy stalą H11 i H13:

• Zawartość wanadu: H13 ma zwykle wyższą zawartość wanadu (około 1%) niż H11 (około 0,3–0,5%).
• Twardość na gorąco i odporność na odpuszczanie: Wyższa zawartość wanadu w stali H13 ogólnie przekłada się na większą twardość na gorąco i nieznacznie poprawioną odporność na odpuszczanie.
• Wytrzymałość: H11 jest często uważany za posiadający nieco wyższą wytrzymałość niż H13. Niektóre źródła sugerują, że zwiększona zawartość wanadu w H13 może nieznacznie zmniejszać wytrzymałość, szczególnie podczas kruchości hartowania.
• Odporność na zużycie: Ze względu na większą dyspersję twardych węglików wanadu, H13 oferuje ogólnie większą odporność na zużycie niż H11.
• Zastosowania (niuanse): Podczas gdy oba są używane do podobnych zastosowań, H13 może być preferowany w przypadku matryc pracujących w wyższych temperaturach lub wymagających większej odporności na zużycie, podczas gdy H11 może być wybierany, gdy maksymalna wytrzymałość jest krytyczna. H13 jest również bardzo popularny w przypadku form z tworzyw sztucznych wymagających wysokiego połysku, zwłaszcza gatunków rafinowanych ESR.

Podsumowując, wybierz H13, gdy priorytetem jest lepsza twardość na gorąco, odporność na odpuszczanie i odporność na zużycie. Wybierz H11, gdy nieco wyższa wytrzymałość jest bardziej krytyczna dla danego zastosowania.