1.2344 против 1.2343 – 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 тесно связанными сталями для горячей обработки при проектировании штампов и инструментов, которые должны выдерживать термические циклы, механический износ и высокие контактные напряжения. Два часто сравниваемых немецких сорта — это 1.2344 и 1.2343. Проблема выбора обычно сосредоточена на закаливаемости и горячей прочности против ударной вязкости и стоимости — т.е. когда приоритизировать сопротивление термическому усталостному разрушению и деформации (что часто требует более высокого содержания легирующих элементов и закаливаемости) и когда приоритизировать ударную прочность и легкость обработки.
Основное практическое различие заключается в том, что 1.2344 обычно соответствует стали для горячей обработки типа H13 (слегка более высокое содержание углерода, молибдена и ванадия) и указывается, когда требуется повышенная закаливаемость и горячая прочность, тогда как 1.2343 соответствует составу типа H11 (незначительно более низкое содержание легирующих элементов) и выбирается, когда приоритетом являются несколько более высокая вязкость, легкость обработки и более низкая стоимость. Поскольку их основная металлургическая семья и области применения пересекаются, проектировщики сравнивают их для литья под давлением, ковки, экструзии и горячей штамповки.
1. Стандарты и обозначения
- EN/DIN: 1.2344 (X40CrMoV5-1, обычно эквивалентно H13); 1.2343 (X37CrMoV5-1, обычно эквивалентно H11).
- ASTM/ASME: Часто ссылаются на эквиваленты сталей AISI/UNS (семейство H11/H13); прямые номера ASTM не заменяют идентификаторы EN.
- JIS/GB: Местные эквиваленты существуют в каталогах JIS/GB, но номенклатура отличается; проверьте таблицы перекрестных ссылок для точных совпадений.
- Классификация: Оба являются сталями для горячей обработки (семейство инструментальных сталей), не нержавеющими сталями или сталями HSLA.
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица — типичные диапазоны состава (в%, согласно спецификациям типа EN и общепринятой промышленной практике). Показанные значения являются типичными диапазонами; проконсультируйтесь с сертификатами материалов для точной химии партии.
| Элемент | 1.2344 (тип H13) типичный | 1.2343 (тип H11) типичный |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.45 | 0.32 – 0.40 |
| Mn | 0.30 – 0.80 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.20 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 4.8 – 5.5 | 4.8 – 5.5 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 1.10 – 1.75 | 0.80 – 1.20 |
| V | 0.80 – 1.20 | 0.30 – 0.60 |
| Nb/Ti/B/N | ≤ следы (обычно отсутствуют) | ≤ следы (обычно отсутствуют) |
| N | обычно очень низкий | обычно очень низкий |
Как легирование влияет на поведение: - Углерод устанавливает базовую закаливаемость и потенциал твердости; более высокий углерод поддерживает более высокую твердость закалки, но может снижать вязкость при сочетании с высокой закаливаемостью. - Хром способствует закаливаемости, горячей прочности и устойчивости к окислению при повышенных температурах. - Молибден увеличивает прочность при высоких температурах, закаливаемость и устойчивость к размягчению в процессе эксплуатации. - Ванадий образует очень твердые карбиды, которые повышают износостойкость и вторичное упрочнение; более высокое содержание V (как в 1.2344) улучшает горячую износостойкость. - Кремний и марганец являются деоксидантами и влияют на вязкость и прочность.
Общая стратегия: немного более высокое содержание Mo и V в 1.2344 обеспечивает улучшенную горячую прочность и износостойкость (лучше для агрессивных термических циклов), в то время как немного более низкое легирование 1.2343 благоприятствует вязкости и обрабатываемости.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная микроструктура (оба сорта): закаленная матрица мартенсита с дисперсией легированных карбидов (в основном карбиды, богатые хромом типа M7C3/M23C6 и карбиды, богатые ванадием типа MC).
- 1.2344: Из-за более высокого содержания Mo и V микроструктура будет включать более высокий объем мелких карбидов ванадия и более сильные эффекты вторичного упрочнения во время закалки. Это способствует сохранению твердости при повышенных температурах и улучшает устойчивость к размягчению в процессе эксплуатации.
- 1.2343: Обладает аналогичным закаленным мартенситом, но с меньшим количеством карбидов ванадия; распределение карбидов, как правило, более грубое, что может улучшить ударную вязкость.
Реакция на термообработку: - Типичный маршрут: нормализация/отжиг для уточнения размера зерна аустенита → аустенизация (обычно около 1000–1050 °C для семейства H11/H13; точная температура зависит от размера сечения и химии) → закалка (воздух/масло в зависимости от сечения и требуемой скорости охлаждения) → многоступенчатая закалка для стабилизации вторичного упрочнения. - 1.2344 сильно реагирует на вторичное упрочнение во время закалки из-за Mo и V; тщательная закалка обеспечивает долговечную горячую твердость. Однако из-за более высокой закаливаемости она более подвержена образованию твердых микроструктур в более толстых сечениях, если не используются правильный предварительный подогрев и контролируемое охлаждение. - 1.2343, как правило, будет легче избежать трещин при закалке и достичь хорошего баланса сквозной закалки в умеренных размерах сечений.
4. Механические свойства
Таблица — сравнительное описание (типичное, зависит от термообработки).
| Свойство | 1.2344 (тип H13) | 1.2343 (тип H11) |
|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению | Высокая (зависит от закалки/твердости) | Умеренная–Высокая |
| Устойчивость к текучести | Высокая | Умеренная–Высокая |
| Удлинение | Умеренное (ниже при более высокой твердости) | Немного выше (более пластичное) |
| Ударная вязкость | Хорошая, но ниже, чем у 1.2343 при эквивалентной твердости | Лучшая вязкость при эквивалентной твердости |
| Твердость (типичная закаленная и закаленная) | 44–52 HRC (в зависимости от эксплуатации) | 42–50 HRC (в зависимости от эксплуатации) |
Интерпретация: После аналогичных циклов закалки и закалки 1.2344 обычно достигает сопоставимой или немного более высокой закаливаемости и прочности при высоких температурах, чем 1.2343 благодаря увеличенному содержанию Mo и V; однако 1.2343 может быть немного более вязким и более устойчивым к термическим/механическим ударам, особенно в приложениях с острыми выемками или сильным ударом.
5. Сварка
Сварка должна рассматриваться с осторожностью для обоих сортов, поскольку содержание легирующих элементов и уровень углерода способствуют образованию твердых, хрупких термически измененных зон (HAZ), если процедуры сварки не контролируются.
Полезные индексы:
- Углеродный эквивалент (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (Оценка предварительного подогрева при сварке):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Интерпретация (качественная): - Оба 1.2344 и 1.2343 имеют умеренные до высокие $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ по сравнению с мягкими сталями; рассчитанные значения часто указывают на необходимость предварительного подогрева, контролируемых температур межпрохода и термообработки после сварки (PWHT), чтобы избежать трещин. - 1.2344 обычно приводит к немного более высокому CE/Pcm из-за более высокого содержания Mo/V, что немного снижает свариваемость по сравнению с 1.2343. - Рекомендации: используйте процедуры с низким содержанием водорода, предварительно подогревайте и поддерживайте температуры межпрохода, чтобы снизить твердость HAZ, и проводите PWHT или закалку сварных швов для восстановления вязкости.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни 1.2344, ни 1.2343 не являются нержавеющими; коррозионная стойкость умеренная из-за содержания хрома (~5%). Для большинства инструментов для горячей обработки окисление поверхности и образование окалины при повышенных температурах являются проблемами.
- Типичная защита: контролируемые атмосферы (во время термообработки и эксплуатации, где это возможно), поверхностное упрочнение для локализованных зон износа, покрытия (PVD/CVD для износостойкости), гальванизация (никель, когда это уместно), краска или покрытия для подавления окисления для хранения и регулярное обслуживание.
- PREN (число эквивалента устойчивости к питтингу) не подходит для этих не нержавеющих инструментальных сталей. Для нержавеющих сплавов PREN:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — этот индекс не применим к инструментальным сталям 1.2344/1.2343.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обработка: Оба сорта лучше обрабатываются в отожженном состоянии. 1.2344, с более высоким содержанием ванадия, обычно показывает немного более низкую обрабатываемость, поскольку твердые карбиды ванадия ускоряют износ инструмента; рекомендуется использовать карбидные инструменты и жесткие установки.
- Шлифовка и отделка: Оба могут быть эффективно отшлифованы; 1.2344 может требовать более частой заточки из-за твердых карбидов.
- Формование/гиб: Это инструментальные стали — холодное формование закаленного материала ограничено. Везде, где требуется формование, выполняйте операции в отожженном состоянии и планируйте термообработку после формования.
- EDM и поверхностные обработки: EDM обычно используется для сложных форм; после EDM может потребоваться термообработка или шлифовка поверхности для удаления перезатвердевшего слоя и восстановления желаемых свойств.
8. Типичные применения
Таблица — представительные применения и обоснование выбора.
| Применения 1.2344 (тип H13) | Применения 1.2343 (тип H11) |
|---|---|
| Штампы для горячей обработки для литья под давлением (алюминий, цинк) | Штампы для горячей ковки, где ключевым является вязкость |
| Инструменты для горячей экструзии | Штампы для горячей штамповки с акцентом на ударную прочность |
| Лезвия для ковки и горячей резки | Компоненты, где приоритетом являются обработка и стоимость |
| Инструменты, подвергающиеся интенсивным термическим циклам и горячему износу | Блоки форм и инструменты в менее суровых термических циклах |
Обоснование выбора: - Выбирайте 1.2344, когда критически важны высокая горячая прочность, устойчивость к размягчению при высоких рабочих температурах и износостойкость при термических циклах. - Выбирайте 1.2343, когда немного большая вязкость, легкость обработки и более низкая стоимость легирования полезны для применения.
9. Стоимость и доступность
- Оба сорта являются стандартными европейскими инструментальными сталями и легко доступны в виде прутков, блоков, плит и кованых заготовок от крупных поставщиков.
- Относительная стоимость: 1.2344 обычно стоит немного дороже, чем 1.2343 из-за более высокого содержания Mo/V и связанных с этим производственных затрат. Доступность по форме продукта обычно хороша для обоих, но нестандартные размеры и повышенная чистота (вакуумная обработка, ESR) увеличат время выполнения и цену.
- Совет по закупкам: запрашивайте сертификаты завода на химию и твердость и указывайте требуемую термообработку или состояние поставки (отожженное, нормализованное, закаленное и закаленное), чтобы согласовать предложения поставщиков с потребностями применения.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы — относительные характеристики (Высокая / Средняя / Низкая).
| Характеристика | 1.2344 (тип H13) | 1.2343 (тип H11) |
|---|---|---|
| Сварка | Средняя (требует предварительного подогрева/PWHT) | Немного лучше (но все равно требует осторожности) |
| Баланс прочности и вязкости | Более высокая горячая прочность и износостойкость; умеренная вязкость | Лучшая ударная вязкость и пластичность при аналогичной твердости |
| Стоимость | Средняя–Высокая | Средняя |
Заключите с практическими рекомендациями: - Выбирайте 1.2344 (тип H13), если: ваши инструменты подвергаются сильным термическим циклам, повышенным рабочим температурам или абразивному горячему износу, и вам нужна более высокая закаливаемость и сохранение горячей твердости. Типичные: штампы для литья под давлением, инструменты для экструзии, штампы для высокотемпературной ковки. - Выбирайте 1.2343 (тип H11), если: ваши основные потребности — это улучшенная ударная вязкость, легкость обработки/переработки и более низкая стоимость для инструментов горячей обработки, используемых в менее суровых термических условиях или где геометрия компонентов представляет собой высокую чувствительность к выемкам.
Заключительная заметка: Оба сорта являются проверенными сталями для горячей обработки. Лучший выбор зависит от сочетания размера сечения, ожидаемой рабочей температуры, типа нагрузки (статическая против циклической, абразивная против ударной) и маршрута производства (ковка против обработки против аддитивного). Укажите требуемые окна термообработки, процедуры предварительного подогрева/сварки и желаемые цели по вязкости/твердости в документах на закупку, чтобы гарантировать, что материал и обработка обеспечивают запланированную эксплуатационную производительность.