Önemli Çıkarımlar
- H13, H11, and H21 steel are top choices for hot-working applications due to their unique properties and performance under extreme conditions.
- H13 offers excellent wear resistance and is ideal for high-stress environments like die-casting molds and hot forging dies.
- H11 is known for its toughness, ductility, and high strength, making it suitable for aerospace components and high-speed forging dies.
- H21 excels in high temperatures, providing exceptional red hardness and softening resistance for hot extrusion and forging applications.
- Choosing among H13, H11, and H21 steel depends on specific needs like wear resistance, toughness, and thermal hardness.
Tahmini okuma süresi: 9 dakika
İçindekiler
Dövme, kalıp döküm ve ekstrüzyon gibi sıcak işleme uygulamalarında karşılaşılan aşırı sıcaklıklar ve basınçlar, takım çelikleri için önemli zorluklar oluşturur ve genellikle aşınma, plastik deformasyon ve termal yorgunluk nedeniyle arızaya yol açar. Zorlu koşullar altında performansını koruyan ve erken arızayı önleyen takım çeliği seçimi, verimli ve uygun maliyetli üretim için çok önemlidir. AISI H serisi sıcak işleme takım çelikleri arasında, H11, H13, Ve H21 Yüksek sıcaklık uygulamaları için popüler seçeneklerdir. Sıcak iş çelikleri sınıfına ait olmalarına rağmen, her biri farklı senaryolara uygun farklı özellikler sergiler. Bu makale, okuyucuların kendi projeleri için en uygun maliyetli ve yüksek performanslı malzemeyi seçmelerine rehberlik ederek, H11, H13 ve H21'in net ve profesyonel bir karşılaştırmasını sunmayı amaçlamaktadır. Tokluk, ısı direnci (ısı sertliği) ve maliyet arasındaki kritik dengeyi açıklamaya odaklanmaktadır.
Sıcak İş Takım Çelikleri Nelerdir?
Sıcak iş takım çeliği Dövme, kalıp döküm ve ekstrüzyon gibi yüksek sıcaklık ve basınç altında metal şekillendirme işlemlerinde kullanılan bir malzemedir. Başlıca özellikleri arasında, yüksek sıcaklıktaki çalışma koşullarında (genellikle 200°C ile 600°C veya daha yüksek, yani 390°F ile 1100°F arasında) yüksek sertlik ve mukavemeti koruyabilme yeteneği olan olağanüstü termal sertlik (kırmızı sertlik veya temperleme direnci olarak da bilinir) bulunur. Ayrıca, mekanik ve termal şoklara karşı mükemmel tokluk göstermeleri ve tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngülerinin neden olduğu ısıl yorulma (ince yüzey çatlakları) olarak kendini gösteren termal yorgunluğa karşı yüksek direnç göstermeleri gerekir.
The Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (AISI), takım çeliklerini birden fazla kategoriye ayırır ve "H serisi" özellikle sıcak iş takım çeliklerini ifade eder. AISI H11 ve H13, dengeli özellikler ve geniş uygulama alanı sunan krom esaslı sıcak iş takım çelikleridir; AISI H21 ise tungsten esaslı bir sıcak iş takım çeliğidir. H11 ve H13 ile karşılaştırıldığında, H21 tungsten içerir. Kimyasal bileşimdeki bu farklılıklar, ısı direnci ve termal şok direnci gibi performans özelliklerinde doğrudan farklılıklara yol açar.
Genel Bakış: H13, H11 ve H21 Karşılaştırma Tablosu
Farklı performans profillerinin hızlı bir şekilde anlaşılmasını kolaylaştırmak için aşağıdaki tablo, AISI H13, H11 ve H21 sıcak iş takım çeliklerinin başlıca özelliklerini, sıcak sertliğini, tokluğunu, aşınma direncini ve tipik uygulamalarını vurgulayarak teknik karşılaştırmasını sunmaktadır.
| Özellik | H13 (Krom bazlı) | H11 (Krom bazlı) | H21 (Tungsten bazlı) |
| Birincil Alaşımlar | Cr, Mo, V | Cr, Mo, V | B, Cr, V |
| Temel Özellikler | İkincil sertleştirme; derin havada sertleştirilebilir (düşük bozulma); ısıya, aşınmaya ve termal yorgunluğa karşı mükemmel direnç; daha yüksek V içeriği | İkincil sertleştirme; derin havada sertleştirilebilir (minimum gerilim/boyutsal değişim); 540°C'ye (1000°F) kadar iyi süneklik, yorulma ve termal kararlılık; iyi kaynaklanabilirlik | Maksimum sıcak mukavemet ve yumuşamaya karşı direnç; daha düşük tokluk; kırılganlığa daha yatkın; daha yüksek sertleştirme sıcaklıkları gerektirir; söndürme gevrekleşmesine duyarlıdır |
| Sıcak Sertlik / Temperleme Direnci | Yüksek; 700°C'ye (1300°F) kadar iyi performans gösterir; yüksek sıcaklıklarda/uzun süreli maruz kalmada H11'den üstündür | İyi; 540°C'ye (1000°F) kadar yumuşamaya karşı dayanıklıdır; daha yüksek sıcaklıklarda H21'den daha az dirençlidir | Çok Yüksek; önemli W içeriği nedeniyle yüksek sıcaklıkta yumuşamaya ve aşınmaya karşı üstün direnç |
| Sertlik | Genel olarak iyi; mükemmel darbe dayanıklılığı; H11'den biraz daha düşük kırılma tokluğu | Yüksek; H13'ten daha yüksek kırılma tokluğu; H19 ve H21'den daha iyi kırılgan kırılma direnci | Düşük ila Orta; H11'den daha az sünek; genellikle daha kırılgan |
| Aşınma Direnci | Çok İyi/Mükemmel; V içeriği nedeniyle H11'den daha yüksek | Orta | Maksimum sıcak mukavemet ve yumuşamaya karşı direnç; daha düşük tokluk; kırılganlığa daha yatkın; daha yüksek sertleştirme sıcaklıkları gerektirir; söndürme gevrekleşmesine duyarlıdır. |
| Tipik Uygulamalar | Pres döküm (Al, Zn, Mg), sıcak dövme/ekstrüzyon, plastik kalıplar, sıcak kesme bıçakları, havacılık parçaları | Ekstrüzyon kalıpları (pirinç, bronz, çelik, yüksek sıcaklık alaşımları), sıcak kesme/pres kalıpları, ağır hizmet tipi sıcak kesme bıçakları ve yüksek termal gerilimli parçalar. | Orta ila Yüksek; yüksek sıcaklık uygulamaları için uygundur |
Şok Direnci Karşılaştırma Tablosu
"V" Notch Charpy Testi Sonuçlarına Dayalı
*Değerler görselleştirme amacıyla tipik aralıklara göre tahmin edilmiştir.
İşlenebilirlik Derecesi
W1'e göre işlenebilirlik derecesi 100 olarak derecelendirilmiştir.
*Değerler görselleştirme amacıyla verilen tabloya göre tahmin edilmiştir.
| ASTM | DIN | Sertleşme Sıcaklığı | Söndürme (HRC) olarak | 400°C (750°F) | 450°C (840°F) | 500°C (930°F) | 525°C (980°F) | 550°C (1020°F) | 600°C (1110°F) | 625°C (1160°F) |
| H11 | 1.2343 | 1010°C (1850°F) | 55 | 53 | 54 | 54 | 54 | 54 | 46 | 41 |
| H13 | 1.2344 | 1020°C (1870°F) | 55 | 54 | 54 | 55 | 55 | 53 | 47 | 42 |
| H21 | 1.2581 | 1100°C (2010°F) | 50 | 49 | 50 | 51 | 52 | 51 | 50 | 48 |
Alaşım Elementleri Performansı Nasıl Belirler?
Sıcak iş takım çeliklerinin kimyasal bileşimlerindeki küçük farklılıklar, özellikle sıcak sertlik, aşınma direnci ve tokluk açısından performans özelliklerinde önemli farklılıklara yol açar.
H13 (Krom-Molibden-Vanadyum): Çok Yönlü
H13 çeliği tipik olarak yaklaşık 0,38-0,45% Karbon, 4,75-5,50% Krom, 1,10-1,75% Molibden ve 0,80-1,20% Vanadyum içerir. H11'den temel farkı, genellikle 1% civarında olan daha yüksek Vanadyum içeriğidir. Vanadyum, çok sert ve kararlı MC tipi karbürlerin oluşumunu destekleyerek çeliğin aşınma direncini ve daha az ölçüde sıcak sertliğini önemli ölçüde artırır. Bu, H13'ü yüksek hızlı kesme, sert veya pullu malzemeler içeren uygulamalar ve alüminyum, paslanmaz çelikler ve refrakter metaller gibi malzemelerin işlenmesi için uygun hale getirir ve çeşitli sıcak şekillendirme kalıpları için iyi bir özellik dengesi sunar.
H11 (Krom-Molibden): Zorlu Uzman
H11 çeliğinin bileşimi H13'e benzer olup, tipik olarak 0,33-0,43% Karbon, 4,75-5,50% Krom ve 1,10-1,60% Molibden içerir, ancak daha düşük bir Vanadyum içeriğine sahiptir (genellikle 0,30-0,60%). Bu düşük Vanadyum içeriği, H13'e kıyasla biraz daha düşük aşınma direncine neden olur. Bununla birlikte, H11 genellikle üstün tokluk ve süneklik sunar. Hava ile sertleşen bir çelik olarak, sertleştirmeden sonra minimum kalıntı gerilimi ve boyutsal değişim gösterir. H11, 540 °C'ye (1000 °F) kadar yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet ve orta düzeyde tokluk korur ve özellikle havacılık teknolojisinde olmak üzere yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.
H21 (Tungsten-Krom): Yüksek Isı Şampiyonu
H21 çeliği, genellikle 8,50-10,00% olan yüksek Tungsten içeriğinin yanı sıra 0,26-0,36% Karbon, 3,00-3,75% Krom ve 0,30-0,60% Vanadyum ile karakterize edilir. Tungsten, olağanüstü kırmızı sertliğinin ana kaynağıdır. Tungsten çok sert ve kararlı karbürler oluşturur ve bu da H21'i, H11 ve H13'ün önemli ölçüde yumuşayacağı sıcaklıklarda yumuşamaya karşı oldukça dirençli hale getirir. Bu yüksek alaşım içeriği aynı zamanda "yıkama" (erosif aşınma) direncini de artırır. Ancak, yüksek alaşım içeriği H21'in H11 ve H13 çeliklerinden daha düşük tokluğa sahip olmasına neden olur. Bu nedenle H21, yüksek sıcaklıklarda yumuşamaya karşı yüksek direnç ancak nispeten daha düşük tokluk gereksinimleri gerektiren uygulamalar için uygundur.
Üç Malzemenin Seçimi
H13 Takım Çeliği Ne Zaman Seçilmelidir?
H13 Takım Çeliği Ne Zaman Seçilmelidir? H13 çeliği, mükemmel kırmızı sertlik, aşınma direnci ve termal çatlamaya karşı üstün direnci bir araya getirerek yüksek gerilimli ve yüksek sıcaklıklı ortamlar için ideal bir seçimdir. Başlıca uygulamaları arasında alüminyum, çinko ve magnezyum alaşımları için döküm kalıpları ve plastik enjeksiyon kalıpları (özellikle otomotiv camları gibi yüksek hassasiyetli parçalar için uygundur) bulunur. ESR ile rafine edilmiş H13, gelişmiş performans sergiler. Ayrıca sıcak dövme kalıplarında, alüminyum, magnezyum ve çelik için sıcak ekstrüzyon kalıplarında, sıcak haddeleme kalıplarında, sıcak damgalama kalıplarında, fikstür kalıplarında, mandrellerde ve sıcak kesme bıçaklarında yaygın olarak kullanılır. Ultra yüksek mukavemet gerektiren havacılık ve füze yapılarında, yapısal bileşenlerin üretiminde kullanılır.
H11 Takım Çeliği Ne Zaman Seçilmelidir?
H11, 75 ila 540°C (167 ila 1000°F) sıcaklık aralığında yüksek mukavemet, süneklik, tokluk, yorulma direnci ve termal kararlılık gerektiren bileşenler için özellikle uygundur. Uçak iniş takımı bileşenleri, gövde parçaları, buhar ve gaz türbinlerinin iç bileşenleri, bağlantı elemanları ve yaylar dahil olmak üzere özellikle havacılık teknolojisinde yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Kalıp imalatında H11, özellikle uzun süreli sürekli çalışma için yüksek hızlı dövme kalıpları, sıcak ekstrüzyon kalıpları ve çinko, alüminyum ve magnezyum alaşımları için döküm kalıpları için başarılı olduğunu kanıtlamıştır. 540°C'ye (1000°F) kadar sıcaklıklara sürekli maruz kalsa bile, H11 yumuşamaya etkili bir şekilde direnirken tokluğunu ve sünekliğini korur.
H21 Takım Çeliği Ne Zaman Seçilmelidir?
H21, olağanüstü yüksek termal mukavemet ve yumuşama direnci gerektiren uygulamalar için uygundur. Tipik kullanım alanları arasında sıcak ekstrüzyon kalıpları, sıcak pres kalıpları, sahte kalıplar, sıcak dövme çekme kalıpları, sıcak kesme bıçakları ve pirinç, bronz ve çelik için sıcak zımbalar bulunur. Bu çelik sınıfı ayrıca yüksek termal gerilime maruz kalan pirinç döküm kalıplarında ve kalıp bileşenlerinde de kullanılır. H21 ayrıca dövme çelik ve yüksek sıcaklık alaşımlarında, ayrıca orta sıcaklıklarda orta uzunlukta kesimler için kütük kesme makinelerinde ve sıcak haddelerde de uygulama alanı bulur.
Çözüm
H13, H11 ve H21 olmak üzere üç sıcak iş takım çeliği arasından seçim yaparken, aşınma direnci, tokluk ve termal sertlik gibi faktörler, özel uygulama gereksinimlerine göre dikkate alınmalıdır. H13, basınçlı döküm kalıpları ve sıcak dövme de dahil olmak üzere çok çeşitli sıcak şekillendirme ve plastik işleme görevleri için uygun kapsamlı özellikleriyle çok yönlü bir ilk tercihtir. H11, havacılık ve uzay yapısal bileşenleri ve yüksek hızlı dövme kalıplarında paha biçilmez olduğunu kanıtlayan olağanüstü sünekliğiyle, yüksek darbeli uygulamalar için tokluğa odaklı bir tercihtir. Sıkı sertlik koruması gerektiren aşırı sıcaklık ortamlarıyla karşı karşıya kaldığında, H21 olağanüstü kırmızı sertliğini ve yüksek sıcaklıklarda yumuşamaya karşı direncini korur.
H13, H11, H21 veya diğer takım çelikleri ile ilgileniyorsanız lütfen bizimle iletişime geçmek için aşağıdaki formu doldurun.
