Oțel pentru scule 2Cr13: o privire de ansamblu cuprinzătoare

Oțelul pentru scule 2Cr13 este un material versatil utilizat pe scară largă în fabricarea matrițelor din plastic, în special a celor care necesită un echilibru între rezistență, tenacitate și rezistență la coroziune. Ca oțel inoxidabil martensitic cu conținut scăzut de carbon, este utilizat în mod obișnuit după călire și revenire. Acest tratament termic îi îmbunătățește proprietățile mecanice, făcându-l potrivit pentru aplicații solicitante.

Unul dintre avantajele cheie ale oțelului 2Cr13 este prelucrabilitatea sa bună, care permite o prelucrare și modelare eficiente. După tratamentul termic, prezintă o rezistență excelentă la coroziune, asigurând longevitate chiar și în medii dure. În plus, oferă o combinație bună de rezistență și duritate, făcându-l fiabil sub diferite sarcini.

În timp ce rezistența sa la coroziune și la căldură sunt ușor inferioare celor ale oțelului 1Cr13, 2Cr13 menține o rezistență stabilă la oxidare în aer până la 700℃. Acest lucru îl face potrivit pentru aplicații care implică expunere moderată la căldură. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că sudabilitatea și plasticitatea sa în stare recoaptă nu sunt la fel de favorabile ca cele ale oțelului 1Cr13. În ciuda acestui fapt, oțelul 2Cr13 este cunoscut pentru proprietățile sale excelente de lustruire, ceea ce reprezintă un avantaj semnificativ în fabricarea matrițelor unde finisarea suprafeței este critică.

1. Compoziția chimică a oțelului de scule 2Cr13

Compoziția chimică a oțelului 2Cr13 este standardizată conform GB/T 1220—2007. Fracțiile de masă tipice ale elementelor sale cheie sunt:

• Carbon (C): 0,16% – 0,25% (de obicei în jur de 0,16%)
• Siliciu (Si): ≤1,00% (adesea ≤0,60%)
• Mangan (Mn): ≤1,00% (adesea ≤0,80%)
• Crom (Cr): 12.00% – 14.00%
• sulf (S): ≤0,030%
• Fosfor (P): ≤0,040% (uneori specificat ca ≤0,035%)

Aceste elemente contribuie la proprietățile unice ale oțelului, cromul fiind elementul principal de aliere care conferă rezistență la coroziune.

2. Oțelul pentru scule 2Cr13 este echivalent cu alte câteva standarde:

• DIN german: Număr material 1.4021, gradul X20Cr13
• BS britanic: Gradul S62
• britanic EN: Clasele 56B/56C
• AFNOR francez: Clasa Z20C13
• Cod digital unificat: S45830

Această referință încrucișată poate fi utilă pentru clienții globali care sunt familiarizați cu diferite sisteme de standardizare.

3. Proprietățile fizice ale oțelului de scule 2Cr13

Înțelegerea proprietăților fizice ale oțelului 2Cr13 este crucială pentru aplicarea acestuia în diferite contexte de inginerie. Iată principalele caracteristici fizice:

• Punct de topire: 1450 – 1510℃
• Densitate: 7,75 t/m³
• Capacitate termică specifică (cₚ): 459,8 J/(kg·K)

Aceste proprietăți influențează modul în care oțelul se comportă în timpul prelucrării și în exploatare.

Temperaturi critice:

• Aa₁: Aproximativ 820℃
• Aa₃: Aproximativ 950℃
• Ac₁: Aproximativ 780℃

Aceste temperaturi sunt importante pentru procesele de tratare termică, deoarece definesc transformările de fază ale oțelului.

Modulul elastic (E): Rigiditatea oțelului 2Cr13 scade odată cu temperatura:

• La 20℃: 210 – 223 GPa
• La 400℃: 193 GPa
• La 500℃: 184 GPa
• La 600℃: 172 GPa

Coeficient de expansiune liniară (α): Aceasta măsoară cât de mult se extinde oțelul când este încălzit:

• 20-100℃: 10,5 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-200℃: 11,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-300℃: 11,5 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-400℃: 12,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-500℃: 12,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹

Conductivitate termică (λ): Indică cât de bine conduce oțelul căldura:

• 20-100℃: 23,0 W/(m·K)
• 20-200℃: 23,4 W/(m·K)
• 20-300℃: 24,7 W/(m·K)
• 20-400℃: 25,5 W/(m·K)
• 20-500℃: 26,3 W/(m·K)

Rezistivitate electrică (ρ): Afectează comportamentul oțelului în aplicații electrice:

• La 20℃: 0,55 ×10⁻⁷ Ω·m
• La 100℃: 0,65 ×10⁻⁷ Ω·m

Aceste proprietăți sunt esențiale de luat în considerare pentru proiectanți și ingineri atunci când selectează oțelul 2Cr13 pentru aplicații specifice, în special cele care implică variații de temperatură sau componente electrice.

4. Tratarea termică a oțelului de scule 2Cr13

Corect tratament termic este esențial pentru a debloca întregul potențial al oțelului 2Cr13. Următoarele procese sunt utilizate în mod obișnuit:

4.1 Forjare

• Încălzire: Încălziți încet oțelul înainte de a ajunge la 850℃, cu cuptorul încărcat la ≤800℃.
• Temperatura de forjare: Începeți forjarea la 1160-1200℃ și terminați la ≥850℃.
• Răcire: După forjare, se răcește în nisip sau se recoace imediat. Datorită conductivității termice slabe, încălzirea sub 850 ℃ ar trebui să fie treptată.
• Post-forjare: Răciți încet piesele forjate și temperați imediat.

4.2 Tratament de înmuiere

Pentru a reduce duritatea la prelucrare:

• Temperatură la temperatură ridicată: 750-800℃
• Metodă alternativă: Țineți la 875-900℃ timp de 1-2 ore, apoi răciți la 15-20℃/h la sub 600℃, urmat de răcire cu aer. Se obține astfel o duritate de 170-200 HB.

Structura rezultată este ferită bogată în crom cu carburi (Cr, Fe)₂₃C₆.

4.3 stingere

• Temperatură: De obicei, în jur de 1050℃.
• Răcire: Pentru matrițe mici, este posibilă răcirea cu aer pentru a minimiza deformarea. Formele mai mari sunt de obicei stinse cu ulei.

4.4 Revenirea

Oțelul 2Cr13 este adesea folosit în două condiții de revenire:

• Pentru duritate ridicată și rezistență la coroziune: Temperați la 200-350℃.
• Pentru rezistență, plasticitate și duritate echilibrate: Temperați la 650-750℃.

Nota: Evitați temperarea între 400-600℃ pentru a preveni proprietățile nedorite.

4.5 Călire și revenire recomandate

• stingere: Stingere cu ulei de la 980-1000℃.
• temperare: Variază în funcție de proprietățile dorite.

4.6 Recoacerea pentru eliberarea stresului

• Temperați la 730-780℃ urmat de răcire cu aer.
• După sudare, temperați pentru a elimina stresul. Răcirea lentă la temperaturi ridicate poate duce la formarea de bainită.

4.7 Tratament termic preîntărire

• Încălziți la 860-900 ℃ și răciți cuptorul pentru a obține 160-187 HBW.

4.8 Călire și revenire standard

• stingere: Se încălzește la 1000-1050℃, apoi se răcește uleiul sau apa la ≥45 HRC.
• temperare: La 660-670℃ cu răcire cu aer la 20-23 HRC.

Aceste procese de tratament termic permit adaptarea proprietăților oțelului la cerințele specifice aplicației, asigurând performanțe optime în diferite scenarii.

5. Proprietățile mecanice ale oțelului 2Cr13

Proprietățile mecanice ale oțelului 2Cr13 depind în mare măsură de tratamentul termic la care este supus. Mai jos sunt proprietățile tipice obținute prin diferite procese:

5.1 După călire și călire

Pentru probele stinse de la 980-1000℃, răcite cu ulei și apoi temperate:

• Limita de curgere (Rp0.2): ≥440 MPa
• Rezistența la tracțiune (Rm): ≥640 MPa
• Alungire (A): ≥20%
• Reducerea ariei (Z): ≥50%
• Energia de impact (Ku₂): ≥63 J
• Duritate (HBW): 192-223

5.2 Starea recoacetă

Pentru foi și benzi laminate la rece din oțel inoxidabil martensitic:

• Limita de curgere (Rp0.2): ≥225 MPa
• Rezistența la tracțiune (Rm): ≥520 MPa
• Alungire (A): ≥18%
• Îndoire la rece (180°): d = 2a
• Duritate (HBW): ≤223

5.3 Proprietăți de temperatură ridicată

După călire la 1000-1020 ℃, răcire cu ulei și revenire la 720-750 ℃, oțelul prezintă următoarele proprietăți la temperaturi ridicate:

Temperatura de testare (∘C)	Întindere (Rm​, MPa)	Randament (Rp0,2, MPa)	Alungire (δ, %)	Roşu. Zona (ψ, %)	Impact (αk​, J/cm2)
20	720	520	21.0	68.0	65-175
300	555	400	18.0	66.0	120
400	530	405	16.5	58.5	205
450	495	380	17.5	61.0	–
500	495	420	22.5	66.0	–
550	440	365	32.5	72.5	–

Aceste proprietăți demonstrează capacitatea oțelului de a menține rezistența și ductilitatea la temperaturi mai ridicate, făcându-l potrivit pentru aplicații de expunere la căldură.

6. Aplicații ale oțelului 2Cr13

Datorită proprietăților sale echilibrate, oțelul 2Cr13 este o alegere populară pentru diverse aplicații. Este deosebit de potrivit pentru:

• Matrite din plastic: În special cei aflați sub sarcini mari și medii corozive, inclusiv matrițe pentru produse din plastic transparent.
• Componente cu stres ridicat: Cum ar fi paletele turbinei, arborii și manșoanele pompei de ulei fierbinte, rotoarele și plăcile supapelor de presare hidraulică.
• Bunuri industriale și de consum: Acestea includ aplicații în industria hârtiei, echipamente medicale și articole de uz casnic precum cuțite și tacâmuri.

În plus, oțelul 2Cr13 poate fi utilizat ca înlocuitor pentru oțelul de tip Cr12 în fabricarea matrițelor de perforare și de desenare. Când este tratat cu cementare, călire și revenire, poate obține o duritate a suprafeței de 62-65 HRC și o duritate a miezului de 38-41 HRC, prelungind potențial durata de viață a matrițelor de 1-2 ori în comparație cu tratamentele tradiționale ale oțelului Cr12.

7. Comparație cu alte oțeluri

Înțelegerea modului în care oțelul 2Cr13 se compară cu materiale similare poate ajuta la selectarea oțelului potrivit pentru nevoi specifice:

• Vs. Oțel 1Cr13: 2Cr13 oferă rezistență și duritate mai mari după călire și călire, dar are o rezistență la coroziune și la căldură puțin mai mică. Sudabilitatea și plasticitatea sa în stare recoaptă sunt, de asemenea, inferioare.
• Vs. Oțel 30Cr13: 30Cr13 are o rezistență, duritate și întărire chiar mai mari decât oțelurile 2Cr13 (20Cr13) și 12Cr13 după călire. Oferă o anumită rezistență la coroziune la acidul azotic diluat și la acizi organici slabi la temperatura camerei, deși mai puțin de 12Cr13 și 20Cr13.
• Vs. Oțel 4Cr13: 4Cr13 are rezistență și duritate mai mari decât 30Cr13, dar duritate și rezistență la coroziune mai scăzute, cu o sudabilitate mai slabă.
• Vs. Oțel 20Cr13: 20Cr13 are proprietăți similare cu 12Cr13, dar cu rezistență, duritate și duritate și rezistență la coroziune mai scăzute.

Aceste comparații evidențiază compromisurile dintre diferitele proprietăți, permițând inginerilor să aleagă cel mai potrivit oțel în funcție de cerințele specifice aplicației lor.