Сталь SKD61: свойства и основные применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь SKD61, классифицируемая как инструментальная сталь для горячей обработки, является высокоэффективным сплавом, который демонстрирует отличную прочность, износостойкость и термическую стабильность. Она в основном состоит из хрома, молибдена и ванадия, что способствует ее прочным механическим свойствам и способности выдерживать высокие температуры в процессе эксплуатации. Этот сорт стали часто сравнивают со сталью H13, поскольку обе имеют схожие характеристики и области применения, что делает SKD61 популярным выбором в различных отраслях промышленности.
Общий обзор
SKD61 - это инструментальная сталь JIS (Японские промышленные стандарты), которая широко используется для производства штампов и форм в процессах горячей обработки. Основные легирующие элементы включают хром (Cr), молибден (Mo) и ванадий (V), которые повышают его твердость, прочность и устойчивость к термическим усталостям. Наличие хрома обеспечивает коррозионную стойкость, в то время как молибден улучшает закаляемость и прочность при повышенных температурах. Ванадий способствует образованию мелких карбидов, что повышает износостойкость.
Наиболее значительные характеристики SKD61 включают:
- Высокая твердость: Достигнутые уровни твердости 50-55 HRC после термической обработки.
- Отличная прочность: Способность выдерживать большие ударные нагрузки без разрушения.
- Термическая стабильность: Сохраняет механические свойства при повышенных температурах, что делает его подходящим для горячих работ.
- Износостойкость: Эффективность в сопротивлении абразивному износу, что продлевает срок службы инструмента.
Преимущества:
- Высокая стойкость к термическим усталостям и износу.
- Хорошая обрабатываемость и шлифуемость.
- Подходит для высокотемпературных приложений.
Ограничения:
- Умеренная коррозионная стойкость по сравнению с нержавеющими сталями.
- Требует тщательной термической обработки для достижения оптимальных свойств.
Исторически SKD61 была важной в индустрии инструментов и пресс-форм, особенно в Японии, где она использовалась на протяжении десятилетий для производства высокопроизводительных форм и штампов.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Группа | Страна/Регион происхождения | Примечания/Замечания |
|---|---|---|---|
| UNS | T20813 | США | Ближайший эквивалент H13 |
| AISI/SAE | H13 | США | Незначительные различия в составе |
| ASTM | A681 | США | Спецификация инструментальной стали |
| EN | 1.2344 | Европа | Эквивалентный сорт в Европе |
| DIN | X40CrMoV5-1 | Германия | Схожие свойства, используется в Европе |
| JIS | SKD61 | Япония | Основное обозначение в Японии |
| GB | 4Cr5MoSiV1 | Китай | Эквивалент с незначительными вариациями |
Хотя SKD61 и H13 часто считаются эквивалентами, тонкие различия в составе могут повлиять на производительность. Например, H13, как правило, имеет немного более высокое содержание хрома, что может улучшить его коррозионную стойкость, но также может повлиять на закаляемость.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (Символ и название) | Диапазон содержания (%) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.32 - 0.45 |
| Cr (Хром) | 5.00 - 5.50 |
| Mo (Молибден) | 1.10 - 1.40 |
| V (Ванадий) | 0.80 - 1.20 |
| Si (Кремний) | 0.20 - 0.50 |
| Mn (Марганец) | 0.20 - 0.50 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.030 |
| S (Сера) | ≤ 0.030 |
Основная роль ключевых легирующих элементов в SKD61 включает:
- Углерод (C): Увеличивает твердость и прочность за счет образования карбидов.
- Хром (Cr): Повышает закаляемость и коррозионную стойкость.
- Молибден (Mo): Улучшает прочность при высоких температурах и износостойкость.
- Ванадий (V): Способствует образованию мелких карбидов, увеличивая износостойкость.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (метрическая система) | Типичное значение/Диапазон (империал) | Ссылочный стандарт для испытательного метода |
|---|---|---|---|---|---|
| Предел прочности на сжатие | Закаленный и прокаленный | Температура окружающей среды | 1,200 - 1,400 MPa | 174 - 203 ksi | ASTM E8 |
| Предел текучести (0,2% отступление) | Закаленный и прокаленный | Температура окружающей среды | 1,050 - 1,200 MPa | 152 - 174 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Закаленный и прокаленный | Температура окружающей среды | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Твердость (HRC) | Закаленный и прокаленный | Температура окружающей среды | 50 - 55 HRC | 50 - 55 HRC | ASTM E18 |
| Ударная прочность (Шарпи) | Закаленный и прокаленный | -20°C (-4°F) | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Сочетание этих механических свойств делает SKD61 подходящей для применения, требующего высокой прочности и устойчивости, особенно в условиях, где существует риск термической усталости. Ее высокая прочность на сжатие и текучесть позволяет выдерживать значительные механические нагрузки, в то время как ее твердость обеспечивает долговечность против износа.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрическая система) | Значение (империал) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Температура окружающей среды | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Температура плавления/Диапазон | - | 1,400 - 1,500 °C | 2,552 - 2,732 °F |
| Теплопроводность | Температура окружающей среды | 25 W/m·K | 17.3 BTU·in/h·ft²·°F |
| Удельная теплоемкость | Температура окружающей среды | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Электрическое сопротивление | Температура окружающей среды | 0.0006 Ω·m | 0.0004 Ω·in |
| Коэффициент линейного теплового расширения | Температура окружающей среды | 11.5 × 10⁻⁶/K | 6.4 × 10⁻⁶/°F |
Ключевые физические свойства, такие как теплопроводность и температура плавления, имеют решающее значение для приложений, связанных с высокими температурами. Высокая температура плавления SKD61 позволяет сохранять структурную целостность в экстремальных условиях, в то время как ее теплопроводность обеспечивает эффективное теплоотведение во время работы.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Вода | 0 - 100 | 20 - 100 (68 - 212) | Умеренная | Риск образования ям в стоячей воде |
| Кислоты (HCl) | 0 - 10 | 20 - 60 (68 - 140) | Плохая | Подвержена коррозии ямами |
| Щелочи | 0 - 10 | 20 - 60 (68 - 140) | Умеренная | Умеренная стойкость |
| Хлориды | 0 - 5 | 20 - 60 (68 - 140) | Плохая | Высокий риск коррозии от напряжений |
SKD61 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, что делает ее подходящей для определенных условий, но не идеальной для приложений, подверженных агрессивным коррозионным агентам. Ее восприимчивость к образованию ям и коррозии от напряжений в условиях хлора требует тщательного выбора материалов для конкретных приложений.
По сравнению с другими инструментальными стали, такими как H13 и D2, коррозионная стойкость SKD61 в целом ниже, что может являться критическим фактором в приложениях, где ожидается воздействие влаги или коррозионных химикатов.
Термическая стойкость
| Свойство/Ограничение | Температура (°C) | Температура (°F) | Замечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура для непрерывного использования | 600 | 1,112 | Подходит для горячих работ |
| Максимальная температура для прерывистого использования | 650 | 1,202 | Только для кратковременного использования |
| Температура окисления | 700 | 1,292 | Риск окисления выше этой температуры |
| Начало проявления прочности на ползучесть | 500 | 932 | Важно для долгосрочных приложений |
SKD61 демонстрирует отличные результаты при повышенных температурах, сохраняя свои механические свойства и сопротивляясь окислению. Однако необходимо избегать длительного воздействия температур выше предела окисления, так как это может привести к деградации материала.
Свойства обработки
Сварка
| Процесс сварки | Рекомендуемый filler Metal (Классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Заметки |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Рекомендуется предварительный подогрев |
| TIG | ER80S-D2 | Аргон | Рекомендуется термическая обработка после сварки |
| Пламя | E7018 | - | Требуется тщательный контроль, чтобы избежать растрескивания |
SKD61 можно сваривать различными способами, но рекомендуется предварительный подогрев для минимизации риска растрескивания. Также желательно проводить термическую обработку после сварки для снятия напряжений и повышения прочности.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | SKD61 | AISI 1212 | Заметки/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 60% | 100% | Умеренная обрабатываемость |
| Типичная скорость резания | 30 м/мин | 50 м/мин | Используйте карбидные инструменты для лучших результатов |
Обрабатываемость SKD61 умеренная, требует тщательного подбора инструментов и параметров. Рекомендуется использовать карбидные инструменты для оптимальной работы, а также использовать охлаждающую жидкость для управления температурой во время обработки.
Формуемость
SKD61 обладает ограниченной формуемостью из-за своей высокой твердости и прочности. Холодная формовка, как правило, не рекомендуется, в то время как горячая формовка может осуществляться при повышенных температурах для улучшения пластичности. Характеристики упрочнения материала следует учитывать при проектировании компонентов, требующих изгиба или формовки.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Диапазон температур (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Отжиг | 800 - 850 / 1,472 - 1,562 | 1 - 2 часа | Воздух | Смягчение, снятие напряжения |
| Закалка | 1,050 - 1,100 / 1,922 - 2,012 | 30 минут | Масло или вода | Закалка |
| Прокалка | 500 - 600 / 932 - 1,112 | 1 - 2 часа | Воздух | Улучшение прочности |
Процесс термической обработки для SKD61 критически важен для достижения желаемой твердости и прочности. Закалка с последующей прокалкой необходимы для балансировки твердости с пластичностью, что обеспечивает хорошую работу материала под эксплуатационными нагрузками.
Типичные приложения и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Конкретный пример применения | Ключевые свойства стали, используемые в этом применении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Автомобильная | Литье под давлением | Высокая твердость, износостойкость | Долговечность в высокопроизводительном производстве |
| Aэрокосмическая | Штампы для горячей ковки | Термическая стабильность, прочность | Производительность в экстремальных условиях |
| Производство | Инъекционные формы | Износостойкость, обрабатываемость | Точность и долговечность в производстве |
| Нефть и газ | Компоненты клапанов | Коррозионная стойкость, прочность | Надежность в жестких условиях |
Другие приложения включают:
- Пластиковая формовка: Используется для форм благодаря своей износостойкости.
- Металлоформование: Применяется в штампах для процессов ковки.
- Инструменты: Используется в различных приложениях для обработки, где требуется высокая производительность.
Выбор SKD61 для этих приложений в первую очередь обусловлен ее отличными механическими свойствами, которые обеспечивают долгий срок службы инструмента и надежность в требовательных условиях.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | SKD61 | H13 | D2 | Краткое примечание о преимуществах/недостатках или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Отличная износостойкость | Высокая твердость | SKD61 предлагает баланс прочности и износостойкости |
| Ключевое коррозионное свойство | Умеренная | Умеренная | Плохая | SKD61 более устойчива, чем D2, но менее, чем H13 |
| Сварка | Умеренная | Хорошая | Плохая | SKD61 требует тщательных сварочных техник |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Умеренная | SKD61 менее обрабатываема, чем H13 |
| Формуемость | Ограниченная | Умеренная | Плохая | SKD61 не подходит для холодной формовки |
| Приблизительная относительная стоимость | Умеренная | Умеренная | Низкая | Стоимость может варьироваться в зависимости от рыночных условий |
| Типичная доступность | Общая | Общая | Общая | SKD61 широко доступна на рынке инструментальных сталей |
При выборе SKD61 следует учитывать баланс прочности и износостойкости, что делает ее подходящей для высокопроизводительных применений. Умеренная стоимость и доступность также способствуют ее популярности в отрасли инструментов и пресс-форм. Однако ее ограничения в коррозионной стойкости и формируемости должны быть тщательно оценены с учетом требований конкретных приложений.
В заключение, сталь SKD61 является универсальной инструментальной сталью, которая превосходно подходит для высокотемпературных приложений, предлагая уникальное сочетание механических свойств, которые делают ее подходящей для широкого спектра промышленных применений. Ее тщательный выбор и обработка могут привести к значительным преимуществам в требовательных условиях.