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熱間工具鋼

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熱間工具鋼丸棒

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仕様
熱間工具鋼を使用すると、鉄や非鉄金属、合金誘導体で作られたワークピースを高温で熱間成形できます。 これらは、管やガラスの製造だけでなく、圧力ダイカスト、押出、落とし鍛造などのプロセスでも利用されています。

熱間加工工具鋼で作られた工具は、使用時に常に高温にさらされるだけでなく、工具表面が加工される材料と接触する部分で発生する変動する熱負荷にもさらされます。

工具鋼の重要性は、一般にありふれたものとして認識されているものをはるかに超えています。 私たちが日常的に取り囲み、遭遇するほとんどすべての物品は工具鋼を使って製造されています。 熱間工具鋼の用途範囲は広範囲に及び、製造された工具は最も多様な分野で使用されています。

これらの鋼を使用すると、鉄や非鉄金属、合金誘導体で作られたワークピースを高温で熱間成形できます。 これらは、管やガラスの製造だけでなく、圧力ダイカスト、押出、落とし鍛造などのプロセスでも利用されています。

熱間加工工具鋼で作られた工具は、使用時に常に高温にさらされるだけでなく、工具表面が加工される材料と接触する部分で発生する変動する熱負荷にもさらされます。

摩耗や衝撃によって引き起こされる摩耗と組み合わせると、これらの熱負荷は、熱間加工工具鋼に対する非常に特殊な要件を構成します。 主な要求は、高焼戻し耐性、温度強度、熱衝撃耐性、高温靱性、耐摩耗性です。

最適な作業効率と高い生産性を確保するには、高品質の熱間工具鋼の使用が不可欠です。

熱間工具鋼の機能は、その化学組成、製造中に適用される技術、およびその後の熱処理によって決まります。

一般に、熱間加工鋼は中合金および高合金タイプであり、そのほとんどは炭素含有量が比較的低い (0.25 ~ 0.6%)。 熱間加工鋼には次の物理的特性が必要です。
1. 使用温度における変形に対する耐性。
2. 衝撃に対する耐性。
3. 使用温度での耐摩耗性。
4. 熱処理変形に対する耐性。
5. 耐熱性チェック。
6. 焼鈍状態での被削性が良好です。

高温で正常に動作するには、スタンピング、ピアッシング、絞り、押出、据え込み、スウェージングなど、溶融金属の成形と形成にはさまざまなプロセスがありますが、工具は強度、耐摩耗性、靭性の組み合わせを備えていなければなりません。 動作温度は、使用中に工具の面が到達する最高温度として計算されます。 これは常に、工具が到達する平均温度よりも高くなります。 たとえば、押出ダイや圧縮ダイなどのツールでは、金属がかなりの時間にわたってダイと継続的に接触するため、局所的な加熱が非常に激しくなります。 一方、ホットスタンプ金型では接触が断続的であるため、熱放散により温度が均一化する傾向があります。

このような使用条件に耐えるためには、赤硬度と焼き戻しまたは絞り加工による軟化に対する高い耐性が熱間加工鋼の必須の基準となります。 使用中の熱衝撃の量は、この一連の熱間加工ツール全体において非常に重要です。 ピアッシングなどの作業では、温度が高く、接触時間が長くなります。 したがって、焼きなましによる軟化を防ぐために、各ピアシング操作の間にツール面を冷却する必要があります。 最も激しい加熱は最表面で行われるため、この加熱と冷却の繰り返しにより、表面層が膨張および収縮する効果があります。 このような使用に耐えるためには、鋼は使用中に遭遇する温度範囲全体にわたって非常に延性が高くなければなりません。 そうしないと、ツールの表面に熱チェックが発生します。 図 1 に示すこの状態は、おそらく火間作業ツールのサービスで発生する最も一般的で問題のある障害の XNUMX つです。

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図1:厳しい熱チェックを示す熱間ダイス鋼。

従来の熱間加工鋼では、赤の硬度に使用される主な元素に応じて、グループが 1 つに分類されます。つまり、鋼はクロム、タングステン、またはモリブデンのタイプに分類されます。 表 XNUMX は、AISI H シリーズに記載されている公称組成を示しています。

表1:主な工具鋼の分類とおおよその組成

AISIUNS重量%
CCiVWMoCo
クロム鋼
H10T208100.43.250.4-2.5-
H11T208110.3550.4-1.5-
H12T208120.3550.41.51.5-
H13T208130.3551-1.5-
H14T208140.45-5--
H19T208190.44.2524.25-4.25
W鋼
H21T208210.353.5-9--
H22T208220.352-11--
H23T208230.312-12--
H24T208240.453-15--
H25T208250.254-15--
H26T208260.54118--
Mo鋼
H42T208420.64265-

クロム熱間工具鋼

このグループの H10 ~ H19 鋼にはクロムが含まれており、場合によってはタングステン、モリブデン、バナジウム、コバルトが添加されています。 このグループの炭素は約 0.35 ~ 0.40 パーセントと比較的低く保たれており、これが比較的低い総合金含有量と相まって、400 ~ 600 HV の通常の加工硬度での靱性を促進します。

このグループの高クロムと低炭素の組み合わせにより深さ硬化が確実に行われるため、これらの鋼は最大 30 cm の部分で完全な作業硬度まで空気硬化できます。 H10 および H14 鋼のタングステンとモリブデンの含有量が高いと、赤色硬度と熱間強度が向上しますが、靱性がわずかに低下する傾向があります。

このグループでは、H11、H12、および H13 鋼が、すべての熱間加工ダイス鋼で使用される最大のトン数を表す可能性があります。 空気硬化特性とバランスの取れた合金含有量により、硬化時の歪みが少なくなります。 これらのグレードは、あらゆる種類の熱間金型加工、特にホワイトメタル押出金型やダイカスト金型、鍛造金型、マンドレル、熱間剪断機に特に適しています。 このグループの主な利点は、最大 540°C の温度への継続的な曝露に耐え、同時にこの温度で約 5 MPa の引張強度レベルを備えた強靱で延性のある工具を提供できることです。

H10 はこの鋼鉄ファミリーの中では比較的新しいもので、最初に米国で導入され、現在では欧州でも使用されています。 このグレードは靱性が向上した鋼を提供し、その用途が非常に重要であるため、多くの鋼材供給業者が H10 公称組成内で改良を行って、選択された特性の範囲を与える製品を販売しています。

タングステン熱間工具鋼

これらの鋼の主な合金元素は炭素、タングステン、クロムであり、場合によってはバナジウムも含まれます。 合金含有量が高いため、ストレートクロム鋼と比較すると高温軟化に対する耐性が向上しますが、このグループの鋼はより脆くなっています。 通常の加工硬度は 450 ~ 600HV の範囲です。

熱間加工クロムグループの鋼とは対照的に、タングステン含有量が高いため、このグループは使用中の水冷には適していません。 このグループの鋼の組成を調べると、高速度鋼に似ていることがわかります。実際、タイプ H26 は T1 高速度鋼の低炭素バージョンです。 このグループの熱間工具鋼では、一般に炭素含有量を低減することで靭性と耐熱衝撃性が得られます。 ただし、その際、タングステンとバナジウムも調整する必要があります。これらは両方とも、複合炭化物中に過剰な炭素を保持することで焼入れ性を低下させ、オーステナイトマトリックス中の炭素が不十分になるためです。 したがって、調整された組成は、かなりの程度の靭性と熱衝撃に対する耐性を備えた、硬度と赤色硬度の最良の組み合わせを表します。

モリブデン熱間工具鋼

このグループの主な合金元素はモリブデン、クロム、バナジウムであり、タングステンとさまざまな量の炭素が含まれます。 ハイスピード鋼と同様に、熱間加工鋼のモリブデングレードは、対応するタングステンタイプとほぼ同じ特性と用途を持っています。 前者のグループと比較したこれらの鋼の主な利点は、ヒートチェックに対する耐性が高いことです。 すべての高モリブデン鋼に共通して、脱炭を避けるために熱処理には細心の注意が必要です。

アイテム価格寸法(mm)プロセス配送条件
丸棒DIA1.0~30冷間引抜・センタレス研削ブライト&アニール
DIA20~80ピーリングブライト&アニール
直径13-180つや出し黒色表面とアニール
直径70~400つや出し黒色表面とアニール
平らな棒T3.0-20 XW20-100つや出し黒色表面とアニール
ブロックT 20-200 X 300-800熱間圧延および熱間鍛造黒色表面/機械加工およびアニール
線材直径5.5~13つや出し黒色表面とアニール
シートT1.0~2.5冷間圧延黒色表面とアニール
T2.5~8.0つや出し黒色表面とアニール
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