Сталі для прес-форм лиття під тиском: H13, преміальні марки та практика NADCA

Чому домінує H13

H13 (1.2344 / SKD61) — це сталь для гарячої обробки з 5% хрому з молібденом і ванадієм. Загартування на повітрі/газі до дрібної мартенситної структури дає їй поєднання, якого вимагає лиття під тиском: міцність при нагріванні, стійкість до теплових тріщин і достатню в'язкість, щоб витримувати термічний удар розплавленого алюмінію, що б'є по водоохолоджуваній прес-формі, виливок за виливком.

Робоча твердість

Для лиття алюмінію під тиском прес-форми зазвичай працюють при 44–48 HRC згідно з настановами NADCA (North American Die Casting Association). Твердіше протистоїть ерозії та прилипанню, але запрошує тріщини; м'якше протистоїть тріщинам, але вимивається та покривається тепловими тріщинами раніше. Більшість цехів прагнуть до середнього діапазону та коригують за режимом руйнування.

Стандартна проти преміальної H13

Не вся H13 однакова. Специфікація NADCA #207 визначає преміальні та вищі марки H13 з вимогами, що виходять за межі базового хімічного складу:

• Жорсткіші обмеження на фосфор і сірку (чистота).
• Контрольована, дрібна відпалена мікроструктура (смугастість і сегрегація карбідів оцінюються за діаграмами).
• Мінімальна ударна в'язкість за Шарпі, зокрема в поперечному напрямку.

ESR (electro-slag remelted) H13 ще більше покращує ізотропію — менше включень, рівномірніша в'язкість у всіх напрямках — саме тому матеріал ESR/преміальний є стандартним для великих, довговічних прес-форм і прес-форм для конструкційних деталей, а звичайна H13 залишається поширеною для малих, короткосерійних або менш критичних інструментів. Марки типу H11 (1.2343) обмінюють трохи міцності при нагріванні на додаткову в'язкість і з'являються там, де тріщини, а не знос, є домінуючим руйнуванням.

Практичні моменти

• Перевіряйте сталь за сертифікатом і класом мікроструктури/в'язкості, а не лише за назвою — "H13" у пропозиції може бути чим завгодно, від товарної до вищої марки.
• Термічна обробка є частиною вибору сталі: NADCA також вказує швидкості загартування, оскільки повільне загартування руйнує в'язкість, заради якої сталь купували.
• Поверхнева інженерія (азотування, покриття) лікує прилипання та ерозію; вона не може врятувати прес-форму, чия в'язкість серцевини недостатня.

За межами алюмінію

Алюміній задає еталонний випадок, але сплав, що відливається, зміщує баланс. Цинк працює прохолодніше та менш ерозійно; прес-форми служать значно довше, а твердість може перебувати на міцнішому кінці діапазону. Магній поводиться багато в чому як алюміній. Латунь і мідні сплави відливаються на кілька сотень градусів гарячіше та сильно атакують H13; цехи переходять до високолегованих сталей для гарячої обробки (марки з вольфрамом або преміальні високотемпературні варіанти) і приймають коротший термін служби прес-форми як фізику. У всіх випадках карта руйнувань розповідає історію: мережа дрібних поверхневих тріщин — це теплові тріщини (термічна втома — покращуйте в'язкість, охолодження та дисципліну попереднього нагрівання); одна зростаюча тріщина від кута зазвичай є проблемою конструкції або в'язкості, а не проблемою твердості.

Конструкція прес-форми є частиною продуктивності сталі

Гострі внутрішні кути, тонкі перерізи поруч з товстими та канали охолодження, просвердлені занадто близько до порожнини, концентрують термічні напруження, які тріскають прес-форми. Щедрі радіуси, рівномірна температура стінки та правильний попередній нагрів прес-форми регулярно дають більше терміну служби, ніж підвищення марки — одна з причин, чому настанови NADCA розглядають сталь, термічну обробку, конструкцію та експлуатацію як одну систему, а не незалежні вибори.