1.2311 против 1.2738 – Состав, Термальная Обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства регулярно должны выбирать между близкими, но различными марками стали для форм и инструментов. Решение часто балансирует между обрабатываемостью, полируемостью и стоимостью с одной стороны и закаляемостью, стойкостью к износу и долговечностью с другой. Типичные контексты включают выбор сталей для форм для литья пластмасс, универсальных штампов или компонентов, где критически важны качество поверхности и размерная стабильность.
На практике 1.2311 и 1.2738 сравниваются, потому что обе марки используются в роли форм и инструментов, однако они разработаны с разными приоритетами: одна акцентирует внимание на легкости обработки и отделки поверхности для пластиковых форм, в то время как другая акцентирует внимание на более высоком содержании углерода и легирующих элементов для большей твердости, стойкости к износу и способности к несению нагрузки. Понимание композиционных философий, реакций на термообработку, механического поведения и последствий для изготовления является ключом к выбору правильной марки.
1. Стандарты и обозначения
- EN/DIN: 1.2311 и 1.2738 являются европейскими числовыми идентификаторами DIN/EN, которые обычно используются в спецификациях закупок и материалов.
- Другие стандарты: могут существовать эквиваленты в ASTM/ASME, JIS или GB для конкретных сплавов или собственных версий; всегда подтверждайте с сертификатами поставщика.
- Классификация:
- 1.2311 — Предварительно закаленная сталь для форм/инструментов (легированная инструментальная сталь, предназначенная для применения в пластиковых формах; не нержавеющая).
- 1.2738 — Инструментальная сталь с более высоким содержанием углерода и легирующих элементов (используется для форм и штампов, где требуется большая твердость и стойкость к износу; не нержавеющая).
- Ни одна из них не является нержавеющей маркой и не является конструкционной HSLA; обе входят в семейство инструментальных/формовочных сталей (легированные/инструментальные стали).
2. Химический состав и стратегия легирования
Следующая таблица представляет качественный акцент на составе, а не точные числовые диапазоны. Всегда подтверждайте числовые пределы из конкретного сертификата поставщика или применимого стандарта перед проектированием или сваркой.
| Элемент | 1.2311 (типичный акцент) | 1.2738 (типичный акцент) |
|---|---|---|
| C (Углерод) | Низкий–умеренный (формуемый, лучшая обрабатываемость/полируемость) | Умеренный–высокий (улучшает твердость и стойкость к износу) |
| Mn (Марганец) | Умеренный (обезуглероживание, прочность) | Умеренный (аналогичная роль; может помочь в закаляемости) |
| Si (Кремний) | Низкий–умеренный (обезуглероживание, прочность) | Низкий–умеренный |
| P (Фосфор) | Низкий (сохраняется низким для прочности) | Низкий |
| S (Сера) | Низкий (для вариантов обработки может быть немного выше в вариантах с легкой обработкой) | Низкий |
| Cr (Хром) | Умеренный (твердость, стойкость к отпуску, коррозионная стойкость) | Умеренный–высокий (большая закаляемость и стойкость к износу) |
| Ni (Никель) | Низкий–следы (иногда присутствует для улучшения прочности) | Низкий–следы |
| Mo (Молибден) | Низкий–умеренный (улучшает закаляемость/прочность при температуре) | Низкий–умеренный (используется для повышения закаляемости и прочности) |
| V (Ванадий) | Низкий (образователь карбидов для контроля мелкозернистости) | Низкий–умеренный (способствует стойкости к износу через мелкие карбиды) |
| Nb/Ti/B/N | Обычно следы или отсутствуют (контроль зерна не является основной характеристикой) | Следы возможны (при проектировании на прочность/закаляемость) |
Как стратегия легирования влияет на поведение: - Углерод и хром являются основными рычагами: увеличение углерода увеличивает достижимую твердость и стойкость к износу; хром увеличивает закаляемость и стойкость к отпуску. - Легирующие элементы, такие как Mo и V, увеличивают закаляемость и образуют карбиды, которые улучшают стойкость к износу, но снижают полируемость. - 1.2311 разработан для обеспечения баланса, способствующего хорошей обработке и отделке поверхности; 1.2738 смещает состав в сторону большего содержания углерода и образователей карбидов для стойкости к износу и нагрузки.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры и поведение при термообработке:
1.2311 - В поставляемом виде: часто поставляется предварительно закаленным и отпущенным (сталь для форм с "предварительной закалкой") с отпущенной мартенситной матрицей и относительно небольшим количеством крупных карбидов. Это приводит к мелкой микроструктуре, которая хорошо обрабатывается и полируется. - Реакция на термообработку: может быть повторно закалена и отпущена, но состав и уровень легирования означают, что закаляемость умеренная; требуется тщательный контроль аустенитизации и скорости закалки, чтобы избежать трещин при закалке или чрезмерной деформации. - Нормализация/очистка: циклы нормализации и отпуска уменьшают остаточные напряжения и могут немного уточнить размер зерна, но марка оптимизирована для минимальной постобработки после механической обработки.
1.2738 - В поставляемом виде: обычно поставляется в состоянии мягкого отжига для обработки или в виде закаленных заготовок; микроструктура в состоянии отжига состоит из феррита + перлита с распределенными легированными карбидами. - Реакция на термообработку: более высокое содержание углерода и легирующих элементов обеспечивает более высокую закаляемость — хорошо реагирует на закалку и отпуск для достижения более высоких уровней твердости и отпущенной мартенситной микроструктуры с распределенными легированными карбидами для стойкости к износу. - Термомеханические обработки: более отзывчивы на глубокие закаливающие обработки и достигнут более высокая сквозная твердость для более толстых сечений по сравнению с 1.2311.
Практическое значение: 1.2311 предпочитает минимальную постобработку термообработкой и предсказуемое качество поверхности; 1.2738 позволяет достичь более высокой конечной твердости и стойкости к износу за счет более агрессивной термообработки и большего риска деформации.
4. Механические свойства
Следующая таблица дает сравнительные качественные тенденции механических свойств. Точные значения зависят от термообработки и спецификации; проконсультируйтесь с техническими паспортами поставщика для сертифицируемых чисел.
| Свойство | 1.2311 (типичный в поставляемом виде / отпущенный) | 1.2738 (типичный отожженный / закаленный и отпущенный) |
|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению | Умеренная | Выше (после закалки и отпуска) |
| Предел текучести | Умеренный | Выше |
| Удлинение | Выше (более пластичный) | Ниже (большая твердость снижает удлинение) |
| Ударная вязкость | Хорошая (сбалансирована для применения в формах) | Переменная — может быть хорошей, если правильно отпущена, но обычно ниже при высокой твердости |
| Твердость (в поставляемом виде) | Умеренная (легко обрабатывается/полируется) | Ниже при отжиге; может быть закалена до более высокой HRC после термообработки |
Кто сильнее/более прочный/более пластичный и почему: - Прочность и закаляемость: 1.2738 обычно достигает более высокой прочности и твердости после соответствующих циклов закалки и отпуска из-за более высокого содержания углерода и легирующих элементов. - Прочность и пластичность: 1.2311 обычно сохраняет большую пластичность и легкость полировки в предварительно закаленном состоянии, что делает его предпочтительным для полостей инжекционных форм, где качество поверхности и устойчивость к растрескиванию во время обработки являются приоритетами.
5. Сварка
Сварка зависит от углеродного эквивалента и легирования. Два общих индекса, используемых для качественной интерпретации:
-
Углеродный эквивалент (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ -
Pcm (Критичность сварки):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - 1.2311: более низкий углерод и меньше легирующих элементов обычно приводят к более низким $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$, чем 1.2738, что делает его сравнительно легче свариваемым с более низкими требованиями к предварительному нагреву и температуре межпрохода. Тем не менее, как сталь для инструментов/форм, сварка требует внимания, чтобы избежать горячих трещин и соответствовать металлургии для термообработки после сварки. - 1.2738: более высокое содержание углерода и легирующих элементов повышает углеродный эквивалент, увеличивая риск образования жестких, хрупких термически измененных зон и холодных трещин. Предварительный нагрев, контролируемая температура межпрохода и термообработка после сварки чаще требуются.
Практическое примечание: для обеих марок сварка обычно ограничивается ремонтом или изготовлением некритических деталей. Для критических инструментов предпочтительнее механическое крепление или изготовление из единого блока; ремонт сваркой должен следовать рекомендациям поставщика и сварочного металла.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни 1.2311, ни 1.2738 не являются нержавеющей сталью; поэтому защита от атмосферной и химической коррозии необходима, где этого требует окружающая среда.
- Общие стратегии защиты: прозрачные или пигментированные покрытия, краска, фосфатирование, масляная консервация или оцинковка, где это уместно. Для высокоточных полостей форм иногда применяются покрытия (например, PVD, нитридирование), чтобы улучшить стойкость к износу и коррозии, сохраняя качество поверхности.
- PREN (Эквивалентный номер стойкости к питтингу) не применим, поскольку эти марки не являются нержавеющими. Для нержавеющих марок индекс: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Когда стойкость к коррозии является приоритетом, выбирайте нержавеющие инструментальные стали или применяйте поверхностную инженерию (твердые покрытия, нитридирование, коррозионно-стойкие покрытия), а не полагайтесь на коррозионную стойкость базового сплава.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость:
- 1.2311: обычно разработан для хорошей обрабатываемости и очень хорошей полируемости в предварительно закаленном состоянии. Меньше износ инструмента во время черновой и чистовой обработки; хорошо подходит для обработки с жесткими допусками.
- 1.2738: в состоянии отжига обрабатываем, но при закалке до рабочей твердости он более абразивен и вызывает больший износ инструмента. Часто необходимы карбидные инструменты и шлифовка.
- Формуемость и изгиб:
- Обе марки являются сталями с ограниченной формуемостью по сравнению с низкоуглеродными конструкционными сталями; более низкая твердость 1.2311 в предварительно закаленном состоянии дает больше свободы для незначительной формовки. Основные операции формовки для сталей для форм не являются обычными.
- Отделка:
- 1.2311 позволяет достичь превосходного качества поверхности и полировки — важно для блестящих пластиковых деталей.
- 1.2738 сложнее достичь зеркальной отделки из-за более высокого содержания карбидов; могут потребоваться дополнительные этапы полировки или покрытия.
- Деформация при термообработке:
- 1.2738 более подвержен деформации во время агрессивных циклов закалки из-за большей закаляемости и более высоких трансформаций; требуется тщательное крепление и планирование допусков при обработке.
8. Типичные применения
| 1.2311 — Типичные применения | 1.2738 — Типичные применения |
|---|---|
| Пластины для инжекционного литья и вставки для полостей, где важны хорошая полировка и размерная стабильность | Штампы и инструменты, подвергающиеся большему износу, такие как резательные штампы, штампы для вырубки и компоненты форм для тяжелых нагрузок |
| Универсальные предварительно закаленные основы и пластины для форм | Ядра форм и вставки, где ожидаются высокие контактные напряжения и абразивный износ (после закалки) |
| Прототипы форм и малосерийное производство, где требуется быстрая обработка и полировка | Инструменты для массового производства, требующие более долгого срока службы и более высокой твердости |
Обоснование выбора: - Выбирайте 1.2311 для компонентов, где качество поверхности, полируемость и сокращение времени обработки являются доминирующими критериями выбора (например, оптические или высокоглянцевые пластиковые детали). - Выбирайте 1.2738, когда основное требование — это высокая стойкость к износу, высокая рабочая твердость или когда инструменты будут работать под большими нагрузками или в абразивных условиях.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: 1.2311 часто более экономична для предварительно закаленных пластин для форм и широко доступна в виде пластин и блоков для производителей форм. 1.2738, в зависимости от его точного состава и состояния термообработки, может быть немного дороже, особенно если поставляется в виде закаливаемых заготовок или с конкретными циклами отжига.
- Доступность по форме продукта:
- 1.2311: обычно доступна в виде пластин, блоков и шлифованных пластин в предварительно закаленном состоянии; популярна в каналах распределения инструментов.
- 1.2738: доступна в виде прутков, пластин и индивидуальных заготовок; может потребоваться заказ по спецификации для закаленных условий.
- Сроки поставки: наличие на складе для обеих марок обычно хорошее на зрелых рынках инструментов, но специализированные размеры или условия термообработки могут увеличить сроки поставки. Покрытые или предварительно закаленные варианты могут быть более доступны для 1.2311.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы — качественная оценка (Выше / Умеренно / Ниже):
| Атрибут | 1.2311 | 1.2738 |
|---|---|---|
| Сварка (практическая) | Выше (легче) | Ниже (больше предварительного нагрева/отпуска необходимо) |
| Баланс прочности и прочности | Умеренный (хороший баланс, более пластичный) | Более высокая прочность (за счет пластичности при закалке) |
| Стоимость (типичная на рынке форм) | Ниже–Умеренно | Умеренно–Выше |
Окончательные рекомендации: - Выбирайте 1.2311, если: - Вам нужна предварительно закаленная сталь для форм с отличной обрабатываемостью и полируемостью для пластиковых инжекционных форм. - Качество поверхности и размерная стабильность с минимальной постобработкой критически важны. - Ремонт сваркой будет случайным, и желательна легкость сварки. - Краткие сроки поставки и контроль затрат являются приоритетами.
- Выбирайте 1.2738, если:
- Приложение требует более высокой достижимой твердости и стойкости к износу после закалки и отпуска.
- Инструменты будут подвергаться более высоким механическим нагрузкам, абразивному износу или требуется более длительный срок службы.
- Вы принимаете более сложную термообработку, потенциальную большую деформацию и необходимость в карбидостойких инструментах при обработке/шлифовке.
Заключительное примечание: обе марки ценны в инструментальном производстве и изготовлении форм. Правильный выбор зависит от приоритетного диапазона производительности: качество поверхности и легкость обработки против максимальной закаляемости и стойкости к износу. Для любых критических закупок или проектирования подтвердите конкретные химические и механические пределы из сертификата завода и проконсультируйтесь с вашим поставщиком термообработки, чтобы согласовать выбор материала с предполагаемыми условиями обработки и эксплуатации.