Szacowany czas czytania: 6 minut
Najważniejsze wnioski
- H13 i P20 to dwa różne rodzaje stali: H13 to stal narzędziowa do pracy na gorąco, a P20 to stal na formy do tworzyw sztucznych.
- H13 zapewnia doskonałą stabilność termiczną i odporność na zużycie, natomiast P20 to wygoda dzięki utwardzeniu wstępnemu i łatwiejsza obróbka mechaniczna.
- Skład chemiczny różni się znacząco; H13 zawiera więcej chromu, molibdenu i wanadu w porównaniu do P20.
- Stal H13 wymaga skomplikowanej obróbki cieplnej w celu zwiększenia wydajności, natomiast stal P20 jest zazwyczaj dostarczana wstępnie utwardzona do natychmiastowej obróbki.
- Wybierz H13 do zastosowań w wysokich temperaturach i wymagających dużej trwałości; wybierz P20, aby zapewnić ekonomiczną i łatwą w obróbce produkcję form.
Spis treści
H13 i P20 to dwa rodzaje stali powszechnie stosowane w produkcji narzędzi i matryc, ale znacząco się od siebie różnią. H13 to stal narzędziowa do pracy na gorąco, natomiast P20 to stal na formy do tworzyw sztucznych. Chociaż obie są szeroko stosowane w przemyśle narzędziowym, różnią się one pod względem podstawowego składu chemicznego, właściwości termicznych i optymalnych warunków pracy. Dlatego wybór materiału musi być oparty na konkretnym zastosowaniu, ponieważ ma to bezpośredni wpływ na wydajność formy, jej żywotność i opłacalność.
Tożsamość podstawowa i klasyfikacja
Stal narzędziowa H13, znany jako stal narzędziowa do obróbki na gorąco, to stal wysokostopowa zawierająca chrom (Cr) 5%, specjalnie zaprojektowana do zastosowań wymagających powtarzalnej pracy w wysokich temperaturach i przy dużych obciążeniach. Po odpowiedniej obróbce cieplnej stal H13 może osiągnąć wytrzymałość na rozciąganie przekraczającą 2070 MPa (lub 300 ksi). Doskonale nadaje się do zastosowań takich jak formy do odlewania ciśnieniowego, kucie na gorąco i wytłaczanie na gorąco. Stal H13 jest również znana pod innymi oznaczeniami międzynarodowymi, w tym DIN 1.2344 lub UNS T20813.
Stal P20 Stal P20 to niskowęglowa stal formierska, stosowana jako specjalistyczny materiał do produkcji form, szczególnie do form do tworzyw sztucznych. Kluczową cechą stali P20 jest to, że jest ona zazwyczaj poddawana wstępnej obróbce w fabryce i dostarczana w stanie “wstępnie utwardzonym”, charakteryzującym się określonym poziomem twardości, zazwyczaj od 28 do 40 HRC. Najczęściej spotykana wartość twardości to 32 HRC. Producenci form otrzymujący ten materiał mogą pominąć etap obróbki cieplnej i przejść bezpośrednio do obróbki mechanicznej, co zapewnia znaczną wygodę. Stal P20 i jej odpowiednik, DIN 1.2311, są szeroko stosowane w produkcji form wtryskowych do tworzyw sztucznych, a czasami także w cynkowych formach odlewniczych.
Porównanie składu chemicznego
W porównaniu do P20, H13 wykazuje znaczące różnice w składzie chemicznym, zawierając wyższe poziomy chromu (Cr), molibdenu (Mo) i wanadu (V).
| Pierwiastek stopowy | H13 (typowy zakres, wt%) | P20 (typowy zakres, wt%) | Rola i wpływ |
| Węgiel (C) | 0,32% do 0,45% | 0,28% do 0,40% | Twardość podstawy i wytrzymałość. |
| Chrom (Cr) | 4.75% do 5.50% | 1.40% do 2.00% | Podstawowy składnik stopowy zapewniający hartowność i odporność na odpuszczanie. |
| Molibden (Mo) | 1.10% do 1.75% | 0,30% do 0,55% | Przyczynia się do wtórnego utwardzenia i odporności na ciepło. |
| Wanad (V) | 0,80% do 1,20% | Zwykle nieobecny/niski | Kluczowy wyróżnik: Wyższa zawartość V skutkuje twardymi węglikami wanadu, co zapewnia lepszą odporność na zużycie. |
Wymagania dotyczące obróbki cieplnej i mikrostruktura
Najważniejszą cechą materiału P20 jest to, że jest on zazwyczaj dostarczany w stanie wstępnie utwardzonym, osiągając twardość od 30 do 40 HRC już w momencie opuszczenia fabryki. Producenci form otrzymujący materiał P20 zazwyczaj nie wymagają dodatkowej obróbki cieplnej w wysokiej temperaturze i mogą przejść bezpośrednio do obróbki mechanicznej. To znacznie usprawnia proces produkcji. Co najważniejsze, pozwala uniknąć potencjalnych odkształceń i zmian wymiarów, które mogłyby wystąpić podczas końcowej obróbki cieplnej, dzięki czemu materiał ten doskonale nadaje się do precyzyjnej produkcji form. Oczywiście, materiał P20 można również utwardzić po obróbce mechanicznej, jeśli jest to wymagane. Na przykład, w przypadku stosowania w formach do tworzyw sztucznych, jest on czasami poddawany nawęglaniu w celu uzyskania twardości powierzchniowej do 65 HRC. Jednak jego odporność na zmiękczenie podczas odpuszczania w wysokiej temperaturze jest stosunkowo niska.
Obróbka cieplna stali H13 jest znacznie bardziej złożona, ale jest niezbędna do uzyskania jej wyjątkowych właściwości w wysokich temperaturach. H13 to stal hartowana w powietrzu, charakteryzująca się głęboką hartownością. Nawet formy o dużych przekrojach poprzecznych można hartować za pomocą chłodzenia powietrzem, co pomaga zminimalizować naprężenia szczątkowe powstające po hartowaniu. Aby uzyskać optymalną udarność i trwałość narzędzia, stal H13 poddawana jest wielokrotnym cyklom odpuszczania. Typowy proces obejmuje hartowanie w temperaturze 1020°C (1800°F), a następnie dwa cykle odpuszczania w temperaturze 610°C (1130°F). To odpuszczanie w wysokiej temperaturze całkowicie redukuje naprężenia i stabilizuje właściwości mikrostrukturalne, dzięki czemu stal doskonale nadaje się do zastosowań wysokotemperaturowych.
Stal H13 jest podatna na odwęglenie podczas obróbki cieplnej. Na przykład, podczas normalizowania w temperaturze 1040-1065°C, na powierzchni stali H13 następuje silne odwęglenie, co czyni ją bardzo podatną na pękanie. Dlatego też, podczas obróbki cieplnej stali H13, takiej jak wyżarzanie i hartowanie, należy ją przeprowadzać w atmosferze ochronnej – na przykład w piecach próżniowych, piecach z atmosferą obojętną lub piecach z kąpielą solną – aby zapobiec odwęgleniu.
Porównanie wydajności i zastosowań
Różne stany obróbki cieplnej i składy produktów skutkują bardzo różnymi właściwościami użytkowymi:
| Własność | H13 (obrobiony cieplnie, wysoka twardość) | P20 (wstępnie utwardzony, średnia twardość) | Wgląd |
| Typowa twardość | 45–54 HRC | 28–40 HRC | H13 działa przy wyższych poziomach mocy. |
| Opór cieplny | Wysoka twardość w odcieniu czerwonym; zachowuje wytrzymałość w podwyższonych temperaturach (do ∼650°C i wyższych) | Niska do średniej odporność na zmiękczanie | H13 jest lepszy do prawdziwych zastosowań w pracach na gorąco. |
| Odporność na zużycie | Dobra/Wysoka, dzięki węglikom V | Niska do średniej. Można ją znacznie poprawić poprzez nawęglanie. | H13 charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie, natomiast P20 opiera się na obróbce powierzchni w zastosowaniach ściernych. |
| Obróbka skrawaniem | P20 jest ogólnie łatwiejszy w obróbce skrawaniem, szczególnie w stanie utwardzonym wstępnie. | Doskonała/bardzo dobra (często uważana za najłatwiej obrabialną stal formową) | P20 jest ogólnie łatwiejszy w obróbce, szczególnie w stanie utwardzonym wstępnie. |
| Możliwość polerowania | Doskonały, szczególnie po rafinacji ESR (stosowany do wykończeń lustrzanych/soczewek samochodowych) | Doskonała polerowalność, choć w przypadku wykończeń wymagających szczególnej uwagi mogą być preferowane specjalistyczne warianty P20 | Oba materiały zapewniają wysoką polerowalność w zastosowaniach formowych. |
Podsumowanie kryteriów wyboru
Mówiąc prościej, wybór pomiędzy H13 a P20 zależy przede wszystkim od temperatury pracy i priorytetów produkcyjnych.
H13 charakteryzuje się wyjątkową stabilnością termiczną, właściwościami utwardzania wtórnego i wysoką odpornością na zużycie. Jeśli Twoje zastosowanie spełnia następujące warunki, H13 będzie lepszym wyborem: wysokie temperatury pracy, powtarzające się cykle termiczne oraz wymagania dotyczące wysokiej wytrzymałości rdzenia formy.
Jeśli priorytetem jest wyjątkowa obrabialność i minimalne odkształcenia po obróbce przy użyciu materiałów wstępnie utwardzonych, P20 oferuje najbardziej ekonomiczne rozwiązanie. P20 jest stosowany głównie do form wtryskowych z tworzyw sztucznych lub odlewów ciśnieniowych stopów o niskiej temperaturze topnienia, takich jak stopy cynku.
