Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2026-10-07 Происхождение:Работает
Зайдите в любой цех литья под давлением алюминия, цинка или магния в мире, и вы увидите, что блоки штампов почти наверняка H13. Эта марка доминирует при литье под давлением по одной причине: она обладает лучшим сочетанием твердости в горячем состоянии, сопротивления термической усталости и вязкости при рабочей температуре матрицы для литья под давлением (около 400–500 ° C на поверхности полости во время выстрела). Ниже описано, как обозначается, подвергается термообработке и классифицируется H13, включая то, что означает маркировка «Премиум» и когда вместо этого следует выбирать H11 или H21.
Кокиль для литья под давлением подвергается термическому циклу 50–500 ° C каждые 5–60 секунд, а также высокоскоростному удару жидкого металла о ворота, который для алюминия может достигать 40–60 м/с. Сталь штампа должна противостоять:
Термическая усталость — поверхностный слой расширяется и сжимается при каждом цикле, создавая циклическое напряжение, которое приводит к образованию сети мелких трещин («тепловая проверка»).
Эрозия/промывка — алюминиевая струя истирает поверхности ворот и направляющих.
Пластическая деформация — стенки полости испытывают максимальное давление 70–120 МПа при максимальной температуре; если текучесть стали в горячем состоянии слишком низкая, матрица прогибается на линии разъема.
Хрупкое разрушение . Если стали недостаточна вязкость, термические трещины быстро распространяются.
H13 (ASTM A681 H13, DIN 1.2344, EN X40CrMoV5-1, JIS SKD61) представляет собой инструментальную сталь для горячей обработки с содержанием 5 % Cr, 1,5 % Mo и 1 % V. 5% хрома придает ему стойкость к отпуску (пик вторичной закалки при ~600 °C), молибден повышает жаропрочность и сопротивление ползучести, а ванадий образует мелкие карбиды MC, которые противостоят укрупнению при температурах литья под давлением. Окно состава согласно ASTM A681 составляет:
| Элемент | H13 (ASTM A681) | Премиум H13 (NADCA #207) |
|---|---|---|
| Углерод (С) | 0,32–0,45 | 0,37–0,42 |
| Марганец (Mn) | 0,20–0,50 | 0,20–0,50 |
| Кремний (Si) | 0,80–1,25 | 0,80–1,25 |
| Хром (Cr) | 4,75–5,50 | 4,75–5,50 |
| Молибден (Мо) | 1,10–1,75 | 1,25–1,75 |
| Ванадий (V) | 0,80–1,20 | 0,80–1,20 |
| Фосфор (Р), не более | 0.030 | 0.015 |
| Сера (S), не более | 0.030 | 0.005 |
| Никель (Ni) | 0,30 макс. | 0,30 макс. |
Класс Premium снижает содержание углерода, ограничивает содержание серы до 0,005 % (по сравнению со стандартным 0,030 %), а также добавляет ультразвуковой контроль и ограничения на микрочистоту согласно NADCA #207. В наличии имеется инструментальная сталь H13 обеих марок.
H13 поставляется в отожженном состоянии с плотностью массы ≤ 235 HBW. Цех отвечает за закалку и отпуск. Правильное окно термообработки в соответствии с NADCA #207 и дополнительным требованием S2 ASTM A681 выглядит следующим образом:
Черновая обработка отожженного блока, затем снятие напряжений при температуре 650 °С в течение 1 часа на 25 мм сечения, охлаждение в печи до 425 °С, затем охлаждение на воздухе. Это устраняет механические напряжения, которые в противном случае могли бы вызвать перемещение во время закалки.
Предварительный нагрев проводят в два или три этапа: 400 °С, затем 650 °С, затем 850 °С, выдерживая каждый этап по 30–60 минут во избежание термического удара.
Аустенитизируют при 1020–1050 °С , выдерживая 30–45 минут на 25 мм сечения после достижения температуры сердцевины. Стандартная цель — 1020–1030 °C для сбалансированной прочности; 1040–1050 °C дает несколько более высокую твердость в горячем состоянии за счет некоторой ударной вязкости.
Закалка в вакуумной печи с газовой закалкой (≥ 6 бар N2, в идеале 10 бар) или в теплом масле (50–80 °C). Для штампов толщиной более 300 мм закалка в вакууме газом теперь является стандартной практикой — закалка в масле на тяжелых секциях способствует деформации и закалочному растрескиванию. Твердость после закалки обычно составляет 51–54 HRC.
Три отпуска при 580–630 °C, минимум 2 часа на каждый отпуск, с медленным охлаждением до комнатной температуры между отпусками. Первый отпуск образует отпущенный мартенсит; второй растворяет остаточный аустенит и выделяет вторичные карбиды; третий стабилизирует структуру.
Два темперамента технически приемлемы, но три — это норма NADCA #207. Выдержка менее 2 часов за отпуск не приводит к полному вторичному закалке.
Конечная целевая твердость зависит от литейного сплава:
Литье алюминия под давлением : 44–48 HRC (стандартная твердость полости и сердечника)
Литье цинка под давлением : 48–52 HRC (цинк плавится при 420 °C, что значительно ниже диапазона отпуска, поэтому матрица может работать тяжелее)
Литье под давлением магния : 44–48 HRC, аналогично алюминию.
Литье латуни под давлением : 42–45 HRC — здесь H13 является маргинальным; H21 — лучший выбор (см. ниже).
Газовый или ионный нитрид при температуре 510–525 °C в течение 8–24 часов. Слой компаунда 0,10–0,20 мм с диффузионной зоной 0,15–0,30 мм повышает твердость поверхности до 1000–1100 HV и существенно задерживает термопроверку у литника.
Кокетка для литья под давлением является быстроизнашивающейся деталью. Четыре режима отказа, приведенные ниже, являются причиной большинства преждевременных выходов из строя кристаллов.
Признак: сеть мелких трещин (первоначально глубиной 0,05–0,5 мм) на поверхности полости, обычно сначала у литника, затем распространяющаяся на линию разъема и области выталкивающего штифта. Причина: циклическое термическое напряжение, превышающее предел текучести стали в горячем состоянии. Профилактика:
Ограничьте твердость поверхности 46–48 HRC, не выше. Более твердая сталь подвергается термической проверке быстрее.
Поддерживайте температуру поверхности матрицы на уровне 200–300 °C во время работы с линиями масляного или водяного охлаждения. Холодные штампы подвергаются термической проверке быстрее.
Используйте премиум-класс H13 с содержанием серы ≤ 0,005%. Сульфидные прожилки являются местами зарождения трещин.
Нитридирование поверхности полости.
Признак: локальная потеря материала на воротах и полозьях, часто видимая после 5 000–20 000 ударов по алюминию. Причина: жидкий алюминий с высокой скоростью ударяется о поверхность стали, истирая мягкий оксидный слой и подлежащую сталь. Профилактика:
Нанесите PVD-покрытие (TiAlN, CrN, AlCrN) на затвор после азотирования. Только покрытия увеличивают срок службы ворот в 2–5 раз.
Поддерживайте твердость поверхности ворот на уровне 48–50 HRC.
Уменьшите скорость ворот до 30–40 м/с, если позволяет качество литья. При скорости выше 50 м/с срок службы эрозии резко падает.
Признак: линия разъема мигает, размер полости уменьшается, стопорные блоки перестают садиться. Причина: предел текучести стали в горячем состоянии превышен при пиковом давлении выстрела. Профилактика:
Отпустить до более высокой конечной твердости (48 HRC для литья алюминия под высоким давлением).
Избегайте отпуска в диапазоне 500–550 °C, когда вторичная закалка достигает пика, но ударная вязкость падает — это окно отпускной хрупкости.
Добавьте опорные столбы или замки за высокими полыми стенами.
Признак: штамповый блок трескается по линии разъема или по стержню, обычно в раннем возрасте. Причина: низкая ударная вязкость из-за переупрочнения, остаточного аустенита или закалочного растрескивания. Профилактика:
Для больших блоков используйте вакуумную газовую закалку, а не масло.
Три цикла закалки, а не два.
Испытание с V-образным надрезом по Шарпи на образце термической партии: ≥ 14 Дж при комнатной температуре является разумным приемочным значением Premium H13.
NADCA #207 («Сталь высшего класса H13 для литья под давлением») — это спецификация Североамериканской ассоциации литья под давлением для высококачественной стали H13, используемой при литье под давлением. Он основан на ASTM A681 со следующими дополнительными требованиями:
Химические ограничения : сера ≤ 0,005 %, фосфор ≤ 0,015 % и более строгий углерод (0,37–0,42 %).
Микрочистота : ASTM E45, метод A, ≤ 2,5/2,5/1,5/1,5 для типов включений A/B/C/D.
Размер зерна : ASTM E112, ≤ 5 (крупнозернистая шапка).
Ультразвуковой контроль : полнообъемное УЗК в соответствии с ASTM E2375, уровень 1, без каких-либо показаний, превышающих эквивалент бокового отверстия диаметром 1,5 мм.
Однородность твердости : разброс ≤ 2 HRC по блоку в конечном состоянии после термической обработки.
Сертификация термообработки : записаны температура аустенизации, метод закалки и график отпуска.
Класс Premium используется по умолчанию для высококавитационных алюминиевых матриц для литья под давлением, больших матриц толщиной более 300 мм и любых матриц, предназначенных для литья автомобилей или электроники уровня 1. Стандартная марка H13 (только по ASTM A681) приемлема для цинковых и магниевых штампов с низкой кавитацией, а также для работы с прототипами.
H13 — не единственная инструментальная сталь для горячей обработки. При литье под давлением появляются два близких родственника:
| Марка | ASTM A681 | DIN | EN | Особенности состава | Типичная твердость |
|---|---|---|---|---|---|
| H11 | H11 | 1.2343 | X38CrMoV5-1 | С 0,33–0,43, Cr 4,75–5,50, Mo 1,10–1,60, V 0,30–0,60. | 40–50 HRc |
| H13 | H13 | 1.2344 | X40CrMoV5-1 | С 0,32–0,45, Cr 4,75–5,50, Mo 1,10–1,75, V 0,80–1,20. | 44–52 HRС |
| H21 | H21 | 1.2581 | X30WCrV9-3 | С 0,26–0,36, Вт 8,50–10,0, Кр 3,00–3,75, В 0,30–0,60 | 36–50 HRС |
H11 (DIN 1.2343, см. Qilu Metal H11 ) содержит меньше ванадия, чем H13 — 0,30–0,60% против 0,80–1,20%. Более низкое значение V означает меньшее количество карбидов MC и немного меньшую износостойкость при температуре литья под давлением. H11 чаще встречается в экструзионных и ковочных штампах , где ударная вязкость имеет большее значение, чем стойкость к истиранию. Иногда его применяют для очень больших штамповочных блоков, где повышенное содержание ванадия в H13 может увеличить риск закалочного растрескивания.
H21 (DIN 1.2581, см. Qilu Metal H21 ) — вольфрамовая сталь для горячей обработки — 9% W, без молибдена. Вольфрам придает H21 гораздо более высокую твердость в горячем состоянии, чем H13, при температуре 600 ° C и выше, поэтому H21 является стандартом для литья под давлением латуни (латунь отливается при температуре ~ 1000 ° C, что значительно выше температуры алюминия 670 ° C). Компромисс: H21 имеет более низкое сопротивление термической усталости, чем H13, поэтому он быстрее подвергается термической проверке при работе с алюминием. Кроме того, он более плотный и дорогой. Выберите H21 для латуни; выберите H13 для алюминия, цинка и магния.
Для оснастки холодной обработки — вырубки, штамповки, формовки — H13 — неправильный выбор. Обратите внимание на AISI D2 (1.2379) для работы в условиях сильного износа.
Вопрос: Почему моя матрица H13 проверяется нагревом после 30 000 выстрелов?
Проверьте четыре вещи: окончательную твердость (более 48 HRC проверяется быстрее), температуру поверхности штампа во время работы (слишком низкая = более быстрая проверка), содержание серы в стали (выше 0,010% = более быстрая проверка) и было ли азотирование штампа перед обслуживанием.
Вопрос: 1,2344 — это то же самое, что H13?
Да, 1,2344 (номер DIN Werkstoff) — это то же окно состава, что и ASTM A681 H13. Европейское обозначение по стандарту EN 10027-1 — X40CrMoV5-1; JIS называет его SKD61. Они не полностью идентичны по толерантности к углероду — европейский 1.2344 на практике имеет содержание C 0,38–0,42%, что меньше, чем окно ASTM 0,32–0,45%, — но для целей литья под давлением они взаимозаменяемы.
Вопрос: Могу ли я использовать матрицу 4140 для литья под низким давлением?
№ 4140 теряет прочность при температуре выше 400 °C и становится мягче при эксплуатации. H13 — это нижняя граница для любой матрицы, которая контактирует с жидким металлом. 4140 отлично подходит для штампов, держателей и зажимных блоков — структурных частей набора инструментов.
Вопрос: Нужен ли мне премиум-класс для алюминиевой матрицы на 50 000 выстрелов?
Стандартный класс H13 по ASTM A681 выдерживает 50 000 выстрелов на небольшой простой алюминиевой матрице, если термическая обработка проведена правильно. Премиум-класс NADCA № 207 окупается при использовании матриц с ресурсом более 100 000 выстрелов, больших многоместных матриц и любых матриц, входящих в автомобильную литейную машину уровня 1.
Вопрос: Почему три характера, а не два?
Первый отпуск образует отпущенный мартенсит и снимает закалочное напряжение. Второй отпуск превращает остаточный аустенит (обычно 5–10% в H13 после закалки) в бейнит/мартенсит. Третий отпуск отпускает мартенсит, образовавшийся из остаточного аустенита во время второго отпуска. Пропуск третьего оставляет в структуре небольшую долю неотпущенного хрупкого мартенсита.
Qilu Metal поставляет инструментальную сталь H13 в виде круглых, плоских стержней и кованых блоков — стандартного класса по ASTM A681 и класса премиум по NADCA #207 с ультразвуковым контролем, сертификацией микрочистоты и полной отслеживаемостью термообработки. У нас также есть H11 (1.2343) и H21 (1.2581) для экструзии, ковки и литья под давлением латуни. Отправьте чертеж штампа, литейный сплав и запланированное количество выстрелов — наша металлургическая группа подтвердит марку, класс NADCA и рецепт термообработки. Электронная почта enquiry@qilumetal.com.
