Stale na formy odlewnicze: H13, gatunki premium i praktyka NADCA

Dlaczego dominuje H13

H13 (1.2344 / SKD61) to stal do pracy na gorąco o zawartości 5% chromu z molibdenem i wanadem. Hartowanie w powietrzu/gazie do drobnej struktury martenzytycznej daje jej połączenie wymagane w odlewaniu ciśnieniowym: wytrzymałość na gorąco, odporność na pękanie cieplne i wystarczającą wytrzymałość, aby przetrwać szok termiczny stopionego aluminium uderzającego w formę chłodzoną wodą, strzał za strzałem.

Twardość robocza

W przypadku odlewania ciśnieniowego aluminium formy zwykle pracują przy 44–48 HRC zgodnie z wytycznymi NADCA (North American Die Casting Association). Twardsze są odporne na erozję i lutowanie, ale sprzyjają pękaniu; miększe są odporne na pękanie, ale wcześniej się wymywają i ulegają pękaniu cieplnemu. Większość warsztatów celuje w środek zakresu i dostosowuje się według trybu uszkodzenia.

Standardowa a premium H13

Nie każda stal H13 jest równa. Specyfikacja NADCA #207 definiuje gatunki premium i superior stali H13 z wymaganiami wykraczającymi poza podstawowy skład chemiczny:

• Ściślejsze limity fosforu i siarki (czystość).
• Kontrolowana, drobna mikrostruktura wyżarzona (pasmowość i segregacja węglików są oceniane według wzorców).
• Minimalna udarność Charpy, w tym w kierunku poprzecznym.

Stal H13 ESR (electro-slag remelted) dodatkowo poprawia izotropię — mniej wtrąceń, bardziej równomierna wytrzymałość we wszystkich kierunkach — dlatego materiał ESR/premium jest standardem dla dużych, długowiecznych i konstrukcyjnych form, a zwykła H13 pozostaje powszechna w małych, krótkoseryjnych lub mniej krytycznych narzędziach. Gatunki typu H11 (1.2343) zamieniają niewielką wytrzymałość na gorąco na dodatkową wytrzymałość i pojawiają się tam, gdzie dominującym uszkodzeniem jest pękanie, a nie zużycie.

Punkty praktyczne

• Należy weryfikować stal na podstawie certyfikatu oraz klasy mikrostruktury/wytrzymałości, a nie samej nazwy — określenie H13 w ofercie może oznaczać wszystko, od gatunku handlowego po superior.
• Obróbka cieplna jest częścią wyboru stali: NADCA określa również szybkości hartowania, ponieważ powolne hartowanie niszczy wytrzymałość, dla której stal została zakupiona.
• Inżynieria powierzchni (azotowanie, powłoki) leczy lutowanie i erozję; nie może uratować formy, której wytrzymałość rdzenia jest niewystarczająca.

Poza aluminium

Aluminium stanowi przypadek referencyjny, ale stop odlewany przesuwa równowagę. Cynk pracuje w niższej temperaturze i jest mniej erozyjny; formy trwają znacznie dłużej, a twardość może znajdować się na wytrzymalszym końcu zakresu. Magnez zachowuje się bardzo podobnie do aluminium. Mosiądz i stopy miedzi odlewają się o kilkaset stopni goręcej i silnie atakują H13; warsztaty przechodzą na stale do pracy na gorąco o wyższej zawartości stopów (gatunki zawierające wolfram lub warianty premium do wysokich temperatur) i akceptują krótszą żywotność formy jako fizykę. We wszystkich przypadkach mapa uszkodzeń opowiada historię: sieć drobnych pęknięć powierzchniowych to pękanie cieplne (zmęczenie cieplne — należy poprawić wytrzymałość, chłodzenie i dyscyplinę podgrzewania wstępnego); pojedyncze rosnące pęknięcie z naroża jest zwykle problemem konstrukcyjnym lub wytrzymałościowym, a nie problemem twardości.

Konstrukcja formy jest częścią wydajności stali

Ostre naroża wewnętrzne, cienkie przekroje obok grubych oraz kanały chłodzące wiercone zbyt blisko gniazda koncentrują naprężenia cieplne, które powodują pękanie form. Duże promienie, równomierna temperatura ścianek i prawidłowe podgrzewanie wstępne formy rutynowo zapewniają dłuższą żywotność niż ulepszenie gatunku — jeden z powodów, dla których wytyczne NADCA traktują stal, obróbkę cieplną, konstrukcję i eksploatację jako jeden system, a nie niezależne wybory.