1.2343 против 1.2344 – Состав, Термальная Обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между двумя тесно связанными немецкими сталями для горячей обработки инструментов при спецификации форм и инструментов: 1.2343 и 1.2344. Решение обычно балансирует между горячей прочностью и износостойкостью с одной стороны и прочностью, свариваемостью и стоимостью с другой. Типичные контексты принятия решений включают выбор стали для форм для горячей обработки при высоких температурах (где важны горячая твердость и стойкость к отпуску) или для инструментов, подверженных термическому шоку (где критически важны прочность и стойкость к растрескиванию).
Основное практическое различие заключается в том, что 1.2344 разработана для обеспечения несколько более высокой закаливаемости, горячей прочности и износостойкости, в то время как 1.2343 жертвует немного этой пиковой горячей твердости ради улучшенной прочности и немного более легких характеристик термообработки и ремонта. Поскольку обе стали являются немецкими марками для горячей обработки, их часто сравнивают напрямую для литья под давлением, ковки, экструзии и других приложений горячей обработки.
1. Стандарты и обозначения
- EN (Европейский): 1.2343 и 1.2344 (обычно используемые числовые обозначения EN для сталей для горячей обработки инструментов)
- Общие торговые/ AISI названия: Эти стали соответствуют семейству сталей для горячей обработки H-серии; 1.2344 широко упоминается как эквивалент H13 во многих международных каталогах; 1.2343 соответствует близкой марке горячей обработки (часто сравнивается с H11 в обсуждениях).
- Другие стандарты: JIS, GB и ASTM предоставляют свои эквиваленты или близкие эквиваленты; формы продукции (прутки, плиты, ковки, предварительно закаленные блоки) соответствуют спецификациям поставщика.
- Классификация: Обе стали являются сталями для горячей обработки (воздухозакаливаемые/закаливаемые легированные инструментальные стали), не являются нержавеющими сталями, не являются HSLA и используются там, где требуется высокая прочность при повышенных температурах и стойкость к отпуску.
2. Химический состав и стратегия легирования
Следующая таблица показывает типичные диапазоны состава, указанные в стандартах материалов и основных поставщиках. Фактические химические составы варьируются в зависимости от плавки и спецификации; рассматривайте значения как представительные диапазоны, используемые для выбора стратегии легирования, а не как абсолютные гарантированные минимумы/максимумы.
| Элемент | 1.2343 (типичный вес%) | 1.2344 (типичный вес%) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.40 | 0.32 – 0.45 |
| Mn | 0.30 – 0.60 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.20 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 4.00 – 5.00 | 4.75 – 5.50 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 0.80 – 1.25 | 1.10 – 1.75 |
| V | 0.70 – 1.00 | 0.80 – 1.20 |
| Nb | следы | следы |
| Ti | следы | следы |
| B | следы | следы |
| N | следы | следы |
Как стратегия легирования влияет на свойства: - Углерод: определяет потенциал твердости мартенсита и способствует износостойкости; более высокий углерод способствует твердости, но снижает свариваемость и прочность. - Хром: улучшает закаливаемость, красную твердость (горячую твердость) и стойкость к окислению при повышенных температурах. - Молибден и ванадий: образуют стабильные карбиды, которые увеличивают вторичную закалку, стойкость к отпуску и износостойкость при температурах горячей обработки; они также улучшают закаливаемость. - Кремний и марганец: деоксидирование и корректировка прочности; влияют на поведение при отпуске. - Небольшое микроалюминирование (Nb, Ti, B): при наличии в следовых количествах может улучшить зерно, повлиять на закаливаемость или помочь прочности; часто не присутствует в значительных количествах для этих классических сталей для горячей обработки.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная микроструктура и реакция: - Обе марки являются мартенситными инструментальными сталями с дисперсными легированными карбидами (карбиды, богатые Cr-, Mo-, V-). В состоянии закалки они представляют собой закаленную мартенситную матрицу с карбидной сетью. - 1.2344, с ее обычно более высоким содержанием Cr и Mo (и иногда немного более высоким содержанием C), демонстрирует большую закаливаемость и более высокую долю легированных карбидов, способных обеспечить более сильную вторичную закалку при отпуске. Это обеспечивает превосходную горячую твердость и стойкость к размягчению при повышенных температурах. - 1.2343 стремится к немного более прочной закаленной мартенситной матрице с меньшим количеством твердых легированных карбидов по сравнению с 1.2344, что может привести к улучшенной стойкости к инициированию трещин при термическом усталостном воздействии.
Маршруты термообработки и эффекты: - Нормализация: обе стали обычно нормализуются для улучшения зерна и гомогенизации перед закалкой; это снижает сегрегацию и улучшает прочность. - Закалка: закалка в воздухе или масле из температуры аустенитизации является типичной; более высокое содержание легирующих элементов в 1.2344 поддерживает закалку в воздухе с хорошей закаливаемостью. Среда закалки и скорость охлаждения влияют на оставшийся аустенит и деформацию. - Отпуск: используются несколько циклов отпуска для достижения стабильного закаленного мартенсита и вторичной закалки. 1.2344 больше выигрывает от пиков вторичной закалки благодаря карбидам Mo и V, обеспечивая превосходную стойкость к отпуску при более высоких температурах отпуска. - Термомеханическая обработка: ковка или контролируемая прокатка, за которыми следует соответствующая термообработка, могут улучшить прочность за счет улучшения зерна для обеих марок.
4. Механические свойства
Следующая таблица дает типичные диапазоны свойств для закаленных и отпущенных условий (фактические значения сильно зависят от конкретной термообработки и температуры отпуска). Используйте их в качестве руководства по проектированию, а не как гарантированные данные поставщика.
| Свойство | 1.2343 (типичный) | 1.2344 (типичный) |
|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению (МПа) | 900 – 1,200 | 1,000 – 1,300 |
| Устойчивость к текучести (МПа) | 700 – 950 | 800 – 1,050 |
| Удлинение (%) | 8 – 14 | 7 – 12 |
| Ударная прочность (Дж, Шарпи) | относительно выше | умеренная до высокой |
| Твердость (HRC, закаленная и отпущенная) | 42 – 52 | 44 – 54 |
Интерпретация: - 1.2344 обычно достигает более высоких прочности на растяжение и текучести, а также пиковой твердости после соответствующей термообработки благодаря более высокому содержанию легирующих элементов и более сильной популяции карбидов. - 1.2343 обычно предлагает немного лучшую пластичность и ударную прочность на эквивалентных уровнях твердости, что делает ее немного менее подверженной хрупкому разрушению при циклической термической нагрузке или ударе. - Дизайнеры выбирают 1.2344 для приложений, требующих более высокой горячей твердости и износостойкости; они выбирают 1.2343, когда приоритетом являются прочность и стойкость к распространению трещин.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от углеродного эквивалента и микроалюминирования. Для качественной оценки инженеры используют индексы, такие как углеродный эквивалент IIW и Pcm. Представительные формулы:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Обе стали 1.2343 и 1.2344 имеют умеренное содержание углерода и значительное легирование, что дает умеренные до повышенных углеродные эквиваленты. Это требует контролируемого предварительного нагрева, контроля температуры между проходами и термообработки после сварки (PWHT), чтобы избежать трещин, вызванных водородом, и повторно закалить закаленные зоны. - 1.2344 обычно демонстрирует немного более высокие значения CE/PCM из-за более высокого содержания Cr/Mo/V; поэтому ее немного сложнее сваривать и ремонтировать, чем 1.2343. Предварительный нагрев и медленное охлаждение особенно важны для 1.2344, чтобы избежать трещин. - Рекомендуемая практика: используйте низководородные расходные материалы, обеспечьте достаточный предварительный нагрев (в зависимости от поставщика и сварочной процедуры) и проводите PWHT для восстановления отпуска и снятия остаточных напряжений.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни 1.2343, ни 1.2344 не являются нержавеющими сталями; они не имеют содержания хрома (>10.5–11%), необходимого для коррозионной стойкости в эксплуатации. Поэтому для сред, где окисление или химическое воздействие имеют значение, требуются стратегии защиты от коррозии.
- Типичные защиты: покрытие (электропокрытие, твердый хром, где это совместимо с температурой), системы покраски, масло/смазка или физические барьеры; для контроля окисления при высоких температурах могут рассматриваться такие обработки поверхности, как нитрование (где это применимо) или термобарьерные покрытия.
- PREN (число эквивалента стойкости к питтингу) не применимо к этим сталям для горячей обработки с низким содержанием Cr, поскольку они не являются нержавеющими марками; поэтому формула PREN не имеет значения:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
Используйте такие индексы только для аустенитных нержавеющих сплавов.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость: Обе марки обрабатываются аналогично в отожженном состоянии; обрабатываемость значительно снижается после закалки. 1.2344, с немного более высоким содержанием легирующих элементов и потенциалом твердости, может быть более абразивной для инструмента и может потребовать карбидного инструмента или покрытых вставок.
- Формуемость и изгиб: Это не стали для формовки листов; для любой холодной формовки сталь должна поставляться в соответствующем мягком/отожженном состоянии. После закалки формовка невозможна.
- Обработка поверхности: Обе марки принимают шлифовку, EDM и традиционные операции отделки. EDM распространена для сложных полостей; внимание к растрескиванию и локальному тепловому воздействию имеет решающее значение.
- Ремонт: 1.2343 обычно легче шлифовать и ремонтировать сваркой, чем 1.2344; однако обе требуют предварительного нагрева и PWHT при сварке.
8. Типичные применения
| Тип применения | 1.2343 (типичные применения) | 1.2344 (типичные применения) |
|---|---|---|
| Формы для горячей ковки | Формы для горячей ковки низкой и средней нагрузки, где ценится высокая прочность | Формы для тяжелой ковки, требующие более высокой горячей твердости и износостойкости |
| Инструменты для литья под давлением | Вставки, подверженные термическому циклу, но где важна стойкость к трещинам | Ядра, вставки форм с высокой термической и абразивной износостойкостью |
| Инструменты для экструзии | Инструменты для экструзии, где необходима умеренная горячая прочность и прочность | Формы для экструзии, работающие при более высоких температурах/давлениях |
| Инструменты для горячей обработки (общие) | Пресс-инструменты, обрезные формы, подверженные ударам | Плунжеры высокой температуры, выталкивающие штифты, формы, требующие стойкости к отпуску |
| Ремонтируемые инструменты | Предпочтительны, где свариваемость и частые полевые ремонты важны | Используются там, где производительность при износе оправдывает более тщательные процедуры ремонта |
Обоснование выбора: - Выбирайте 1.2344 для более высоких рабочих температур, приложений с сильным абразивным износом или когда поддержание твердости при повышенных температурах отпуска критично. - Выбирайте 1.2343, когда термическая усталость, стойкость к трещинам и легкость ремонта являются более важными приоритетами.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: 1.2344 (тип H13) является одной из самых распространенных сталей для горячей обработки в мире; она часто доступна по сопоставимой или немного более высокой цене, чем 1.2343 из-за спроса и обработки. Более высокое содержание легирующих элементов в 1.2344 может немного увеличить стоимость материала.
- Доступность: 1.2344 имеет отличную доступность во многих формах продукции (круглый пруток, плита, предварительно закаленные блоки, ковки). 1.2343 также широко доступна, но иногда более распространена в конкретных приложениях или региональных цепочках поставок.
- Формы продукции: Обе продаются в отожженном и предварительно закаленном состояниях; сроки поставки зависят от размера, отделки и запасов поставщика.
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | 1.2343 | 1.2344 |
|---|---|---|
| Свариваемость (качественная) | Лучше (легче ремонтировать) | Немного сложнее |
| Баланс прочности и прочности | Прочнее, немного более пластичная | Более высокая прочность и горячая твердость |
| Стоимость (типичная) | Конкурентоспособная | Сравнимая или немного выше |
| Доступность | Хорошая | Отличная, широко доступная |
Выбирайте 1.2343, если: - Ваши инструменты подвержены частым термическим циклам или ударам, и стойкость к трещинам и легкость полевых ремонтов являются приоритетами. - Вам нужна сбалансированная комбинация прочности и производительности при горячей обработке с несколько более простыми требованиями к сварке/ремонту. - Немного более низкая пиковая горячая твердость приемлема в обмен на улучшенную стойкость к разрушению.
Выбирайте 1.2344, если: - Приложение требует более высокой закаливаемости, устойчивой горячей твердости и превосходной износостойкости при повышенных температурах отпуска. - Вы проектируете для высоких термических и абразивных нагрузок (тяжелые формы для ковки, требовательные ядра для литья под давлением, экструзия при высоких температурах). - Вы можете учесть более строгие процедуры сварки, предварительный нагрев и PWHT для ремонта и соединения.
Заключительная заметка: обе стали 1.2343 и 1.2344 являются проверенными сталями для горячей обработки; выбор должен быть подтвержден техническими паспортами поставщика, конкретными графиками термообработки и испытаниями прототипов в условиях, представляющих собой эксплуатацию, для проверки твердости, прочности и срока службы для предполагаемого применения.