1.2714 so với H13 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Việc lựa chọn giữa EN 1.2714 và H13 là một quyết định phổ biến đối với các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất, những người phải cân bằng hiệu suất vật liệu với các điều kiện sử dụng: chu kỳ nhiệt, độ mài mòn, va đập và chi phí sản xuất. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm thiết kế khuôn dập nóng hoặc đùn ép, dụng cụ cho sản xuất chu kỳ cao và các linh kiện phải cân bằng giữa độ bền với độ cứng nóng và độ ổn định nhiệt.

Sự khác biệt thực tế chính mà các kỹ sư cân nhắc là cách hai loại thép này hoạt động dưới tải nhiệt và va đập cơ học: một loại thường được chọn vì khả năng chống mỏi nhiệt và mài mòn nhiệt cao hơn, trong khi loại còn lại được chọn khi cần kết hợp độ bền ở nhiệt độ phòng và khả năng tản nhiệt tốt hơn. Vì các chỉ định của quốc gia và nhà cung cấp có thể khác nhau, hãy luôn xác nhận thông số kỹ thuật hóa học và xử lý nhiệt chính xác trên giấy chứng nhận nhà máy trước khi đưa ra lựa chọn cuối cùng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• H13
• Tương đương quốc tế phổ biến: AISI H13, DIN/EN: 1.2344.
• Phân loại: Thép dụng cụ gia công nóng (hợp kim Cr–Mo–V).
• Tiêu chuẩn: ASTM A681 (thép công cụ), tài liệu tham khảo sê-ri EN 10087/10088 cho thép công cụ, tiêu chuẩn thép công cụ ISO.
• 1.2714
• Ký hiệu: Mã số EN 1.2714 (được sử dụng trong danh mục Châu Âu/DFI). Lưu ý: một số nhà cung cấp hoặc quốc gia có thể sử dụng tên thương mại thay thế; luôn xác nhận tính tương đương chính xác.
• Phân loại: Thép công cụ/kỹ thuật (phân loại cụ thể tùy thuộc vào nguồn; thường được sử dụng cho dụng cụ gia công nguội hoặc nóng hoặc ứng dụng có độ bền cao tùy thuộc vào thành phần hóa học).
• Tiêu chuẩn: Tham khảo tiêu chuẩn EN hoặc tiêu chuẩn quốc gia cụ thể để biết thành phần chính xác và các yêu cầu về tính chất cơ học.

Lưu ý: H13 rõ ràng là thép công cụ gia công nóng. Ký hiệu 1.2714 phải được đối chiếu với tiêu chuẩn của nhà cung cấp hoặc bảng tiêu chuẩn EN cụ thể để xác định xem nó có được khuyến nghị sử dụng cho gia công nóng, gia công nguội hay dịch vụ kỹ thuật chung hay không.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Chiến lược hợp kim xác định độ cứng, khả năng chịu nhiệt, độ dai và độ dẫn nhiệt. Dưới đây là góc nhìn so sánh, mang tính kỹ thuật — hãy coi các mục thành phần cho 1.2714 là chỉ dẫn và đối chiếu với chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp.

Yếu tố	Tiêu chuẩn H13 (EN 1.2344) — vai trò	Điển hình 1.2714 — vai trò (mang tính chỉ dẫn)
C	0,32–0,45% — cung cấp độ cứng và khả năng chống mài mòn	Thay đổi tùy theo thông số kỹ thuật; thường có độ cứng từ trung bình đến cao
Mn	0,20–0,50% — khử oxy, một số khả năng làm cứng	Thay đổi — thường từ thấp đến trung bình
Si	0,80–1,20% — cường độ, khử oxy	Thay đổi — thường từ thấp đến trung bình
P	≤0,03% — tạp chất, giảm thiểu để tăng độ dẻo dai	Phụ thuộc vào thông số kỹ thuật — giữ ở mức thấp
S	≤0,03% — tạp chất, khả năng gia công (nếu cao hơn)	Phụ thuộc vào thông số kỹ thuật — giữ ở mức thấp
Cr	4,75–5,50% — khả năng chống ăn mòn, khả năng làm cứng, khả năng chống mài mòn	Thông thường thấp hơn hoặc trung bình so với H13, trừ khi loại thép công cụ có hàm lượng Cr cao
Ni	≤0,30% — độ dẻo dai (nhỏ)	Thường thấp hoặc không có
Mo	1,10–1,75% — khả năng chịu nhiệt, độ bền nhiệt độ cao	Có thể có ở mức độ thấp-trung bình
V	0,80–1,20% — hình thành cacbua, khả năng chống mài mòn, độ dẻo dai	Thường thấp hơn H13 trừ khi được thiết kế để chống mài mòn
Nb, Ti, B	Theo dõi các chất bổ sung trong một số thông số kỹ thuật để kiểm soát hạt/khả năng làm cứng	Thông thường là tối thiểu trừ khi được hợp kim hóa vi mô
N	Dấu vết — ảnh hưởng đến sự hình thành nitride nếu đáng kể	Thường không đáng kể

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cr, Mo và V làm tăng khả năng tôi và cải thiện khả năng chống nhiệt; chúng cũng thúc đẩy quá trình cacbua góp phần tăng khả năng chống mài mòn nóng. - Hàm lượng carbon cao hơn làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn nhưng làm giảm khả năng hàn và có thể làm giảm độ dẻo dai. - Cân bằng hợp kim xác định độ ổn định nhiệt ở nhiệt độ hoạt động (độ cứng nóng) và khả năng chống va đập trong quá trình tuần hoàn nhiệt.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô và phản ứng với xử lý nhiệt quyết định hành vi dịch vụ.

H13 - Cấu trúc vi mô điển hình sau khi tôi và ram thông thường: ram martensite với hợp kim cacbua phân tán (cacbua Cr/Mo/V). Cấu trúc vi mô này duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi nhiệt tốt. - Lộ trình xử lý nhiệt: làm cứng (austenit hóa ~1020–1100°C tùy theo mặt cắt và nhà cung cấp) → làm nguội có kiểm soát (dầu/khí tùy theo mặt cắt) → ram nhiều giai đoạn (thường là 2–3 lần ram ở 500–600°C) để đạt được độ cứng và độ dai mong muốn. Có thể áp dụng xử lý dưới 0°C để giảm austenit dư.

1.2714 (mang tính chỉ dẫn) - Tùy thuộc vào tính chất hóa học chính xác, cấu trúc vi mô sau khi xử lý nhiệt thích hợp sẽ là martensite hoặc bainit với cacbua; một số biến thể 1.2714 được tối ưu hóa để có độ dẻo dai cao hơn với sự phân bố cacbua mịn hơn. - Xử lý nhiệt có thể bao gồm chuẩn hóa, làm nguội và ram, hoặc xử lý nhiệt cơ học cụ thể để tinh chỉnh kích thước hạt. Chế độ ram được lựa chọn để cân bằng độ cứng và độ dai, với nhiệt độ ram thấp hơn cho độ cứng cao hơn và nhiệt độ ram cao hơn giúp tăng độ dai và khả năng chống sốc nhiệt.

Tác động của các quá trình: - Chuẩn hóa giúp tinh chỉnh kích thước hạt và có thể cải thiện độ dẻo dai. - Tôi và ram kiểm soát độ bền/độ dẻo dai; thép hợp kim cao hơn cần kiểm soát cẩn thận quá trình austenit hóa và làm nguội để tránh nứt. - Xử lý nhiệt cơ học có thể tăng cường độ dẻo dai thông qua quá trình tinh chế hạt và phân phối kết tủa có kiểm soát.

4. Tính chất cơ học

Dưới đây là bảng so sánh định tính và bán định lượng. Giá trị chính xác phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt và thông số kỹ thuật; vui lòng tham khảo bảng dữ liệu cụ thể.

Tài sản	H13 (điển hình, phụ thuộc HT)	1.2714 (mang tính chỉ dẫn)
Độ bền kéo	Trung bình đến cao (ví dụ, 900–1400 MPa tùy thuộc vào tính chất)	Thay đổi tùy theo hóa học và xử lý nhiệt; có thể tương tự hoặc thấp hơn
Sức chịu lực	Trung bình đến cao (phụ thuộc HT)	Thay đổi; một số loại cung cấp năng suất cao hơn cho các ứng dụng làm việc lạnh
Độ giãn dài (%)	Trung bình (trung bình 8–15% tùy thuộc vào tính khí)	Thường tương tự hoặc cao hơn nếu được tối ưu hóa về độ dẻo dai
Độ bền va đập (Charpy)	Tốt cho thép dụng cụ làm việc nóng khi được tôi luyện đúng cách — cân bằng để chống sốc nhiệt	Một số biến thể 1.2714 nhấn mạnh độ bền cao hơn ở nhiệt độ phòng
Độ cứng (HRC)	Thông thường là 40–55 HRC sau khi tôi luyện thích hợp (tùy thuộc vào dịch vụ)	Tùy thuộc vào mục tiêu ứng dụng; có thể được làm cứng đến HRC tương tự hoặc cao hơn để chống mài mòn

Diễn giải - H13 thường có độ cứng nóng và khả năng chịu nhiệt vượt trội do hợp kim Cr–Mo–V của nó; điều này khiến nó được ưa chuộng cho công việc nóng khi cần độ bền ở nhiệt độ cao. - 1.2714 theo nhiều thông số kỹ thuật của nhà cung cấp được thiết kế để có độ dẻo dai cao hơn hoặc dùng làm thép công cụ gia công nguội; độ dẻo và khả năng chống va đập ở nhiệt độ phòng có thể cao hơn thép H13 được tôi luyện tương đương, trong khi độ cứng khi nóng có thể thấp hơn. - Tính chất cơ học cuối cùng được quyết định nhiều hơn bởi phương pháp xử lý nhiệt được lựa chọn chứ không chỉ bởi thành phần hóa học danh nghĩa.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng cacbon tương đương và hàm lượng hợp kim. Sử dụng các công thức đã được công nhận để đánh giá định tính nguy cơ nứt.

Chỉ số chung: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm để dự đoán nhu cầu gia nhiệt trước: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Hướng dẫn định tính - H13: CE trung bình do Cr, Mo và V với cacbon trung bình — thường cần gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) để tránh nứt hydro và phục hồi độ bền. Hàn H13 khả thi nhưng đòi hỏi quy trình hàn chuyên nghiệp và thường sử dụng kim loại hàn chuyên dụng. - 1.2714: khả năng hàn phụ thuộc vào hàm lượng carbon và hợp kim. Nếu mác thép có hàm lượng carbon và hợp kim cao hơn để chống mài mòn, quá trình hàn sẽ cần nung nóng sơ bộ và hàn nóng chảy (PWHT); nếu là biến thể hợp kim thấp, độ bền cao hơn, khả năng hàn sẽ được cải thiện. - Cả hai loại thép đều có lợi thế nhờ phương pháp hàn ít hydro, lựa chọn vật liệu hàn phù hợp hoặc hơi phù hợp và kiểm soát chặt chẽ chu trình nhiệt.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả H13 và hầu hết các biến thể của 1.2714 đều không phải là thép không gỉ; cả hai đều dễ bị ăn mòn trong khí quyển khi không được xử lý.
• Bảo vệ điển hình: sơn, mạ, phủ chuyển đổi hoặc xử lý bề mặt cục bộ. Đối với dụng cụ sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, lớp phủ thấm nitơ hoặc PVD (TiN, CrN, DLC) có thể mang lại khả năng chống mài mòn và ăn mòn mà không làm thay đổi độ bền tổng thể.
• PREN không áp dụng cho thép dụng cụ không phải thép không gỉ. Chỉ áp dụng cho thép không gỉ, hãy sử dụng: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Đối với dụng cụ tiếp xúc với môi trường có cặn hoặc oxy hóa ở nhiệt độ cao, việc lựa chọn lớp phủ bảo vệ và kiểm soát quy trình phù hợp (ví dụ: môi trường trơ ​​hoặc bảo vệ) là rất quan trọng.

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Khả năng gia công
• H13: Khả năng gia công tốt trong điều kiện ủ; trở nên khó khăn sau khi tôi cứng. Các vật liệu carbide (V, Cr) làm giảm tuổi thọ dụng cụ — hãy sử dụng các dụng cụ cắt carbide và điều chỉnh tốc độ/lượng ăn dao.
• 1.2714: khả năng gia công phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và lưu huỳnh; một số biến thể có hành vi gia công tốt hơn ở trạng thái ủ.
• Khả năng định hình/uốn cong
• Cả hai loại đều có thể gia công trong điều kiện mềm/ủ; khả năng tạo hình sau khi tôi cứng bị hạn chế.
• Hoàn thiện
• Mài và EDM là phương pháp phổ biến để gia công dụng cụ cứng. Mạng cacbua của H13 có thể tăng thông số mài và EDM nhưng vẫn chưa được hiểu rõ trong công nghiệp.

Ghi chú thực tế: - Đối với các đợt sản xuất ngắn, các biến thể 1.2714 ủ mềm hơn có thể giảm thời gian hoàn thành và chi phí gia công. - Đối với dịch vụ nhiệt độ cao hoặc chu kỳ nhiệt, khả năng chống tôi của H13 có thể giảm tần suất bảo trì.

8. Ứng dụng điển hình

1.2714 — Công dụng điển hình	H13 — Công dụng điển hình
Khuôn dập nguội, đột dập, lưỡi cắt (nếu cấp độ là loại dập nguội); các thành phần được ưu tiên về độ bền ở nhiệt độ phòng và khả năng dẫn nhiệt trong một số thông số kỹ thuật	Khuôn gia công nóng (rèn, đúc khuôn, đùn nóng), trục đùn, lưỡi cắt nóng — nơi độ cứng nóng và khả năng chống mỏi nhiệt là rất quan trọng
Các thành phần kỹ thuật chung yêu cầu sự kết hợp giữa độ bền và khả năng chống mài mòn (tùy thuộc vào thông số kỹ thuật chính xác)	Khuôn dập nóng, chèn đúc khuôn, dụng cụ rèn nóng và các ứng dụng gia công nhiệt độ cao
Ứng cử viên dụng cụ cho lớp phủ hoặc xử lý bề mặt để kéo dài tuổi thọ dụng cụ	Dụng cụ chịu tải nhiệt độ cao được hưởng lợi từ hợp kim Cr–Mo–V để duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao

Cơ sở lựa chọn: - Chọn H13 khi dịch vụ liên quan đến nhiệt độ cao kéo dài, chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại và cần duy trì độ cứng và khả năng chịu nhiệt. - Chọn 1.2714 khi nhà cung cấp/thông số kỹ thuật chỉ ra độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng tốt hơn, độ dẫn nhiệt cao hơn hoặc khi quy trình gia công nhấn mạnh vào độ dẻo dai và tản nhiệt nhanh hơn so với độ cứng cực cao.

9. Chi phí và tính khả dụng

• H13: Có sẵn rộng rãi trên toàn thế giới dưới dạng tấm, thanh và khối tôi cứng trước từ nhiều nhà máy và nhà phân phối thép công cụ. Chi phí từ trung bình đến cao tùy thuộc vào kích thước và điều kiện giao hàng (tôi cứng trước hay ủ).
• 1.2714: Tình trạng hàng hóa phụ thuộc vào tình hình dự trữ tại khu vực và liệu số EN chính xác có tương ứng với cấp thương mại phổ biến tại thị trường của bạn hay không. Chi phí có thể thấp hơn hoặc tương đương với H13; các biến thể đặc biệt hoặc nguồn cung hạn chế có thể có giá cao hơn.

Các yếu tố hình thức: - Cả hai loại thép này thường được cung cấp dưới dạng thanh, tấm, khối và rèn. Thời gian giao hàng và chi phí phụ thuộc nhiều hơn vào quá trình xử lý nhiệt, dung sai kích thước và bất kỳ quá trình tôi/ram nào do nhà cung cấp thực hiện.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	Khả năng hàn	Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Chi phí/Khả năng cung cấp tương đối
H13	Trung bình; yêu cầu làm nóng trước/PWHT và hàn có kiểm soát	Khả năng chịu nhiệt và chịu lực tốt; độ dẻo dai tốt cho các dụng cụ gia công nóng	Có sẵn rộng rãi; giá cả từ trung bình đến cao cấp
1.2714 (mang tính chỉ dẫn)	Biến đổi; phụ thuộc vào mức độ cacbon/hợp kim — đánh giá CE và Pcm	Có thể cung cấp độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng cao hơn và/hoặc khả năng dẫn nhiệt tốt hơn tùy thuộc vào biến thể; độ cứng khi nóng thường thấp hơn H13	Tính khả dụng phụ thuộc vào khu vực và thông số kỹ thuật chính xác; chi phí thay đổi

Kết luận và hướng dẫn thực tế - Chọn H13 nếu: - Linh kiện hoặc công cụ của bạn sẽ hoạt động ở nhiệt độ cao hoặc trong quá trình xử lý nhiệt lặp đi lặp lại (rèn nóng, đúc khuôn, đùn). - Bạn cần duy trì độ cứng và khả năng chống mềm do nhiệt. - Bạn chấp nhận nhu cầu về quy trình hàn được kiểm soát và các chi phí liên quan. - Chọn 1.2714 nếu: - Thông số kỹ thuật của nhà cung cấp cho loại 1.2714 phù hợp với cấp độ được thiết kế riêng để có độ bền cao hơn ở nhiệt độ phòng hoặc tản nhiệt nhanh hơn và môi trường dịch vụ của bạn không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao kéo dài. - Bạn ưu tiên chi phí gia công thấp hơn trong điều kiện ủ hoặc cần loại có độ dẫn nhiệt tốt hơn để giảm gradien nhiệt và nguy cơ nứt. - Phiên bản 1.2714 cụ thể được lưu kho tại địa phương và có lợi thế về chi phí.

Lưu ý cuối cùng: Ký hiệu số EN 1.2714 có thể tương ứng với các biến thể thương mại khác nhau; hãy luôn xác nhận thành phần hóa học chính xác, lịch trình xử lý nhiệt được khuyến nghị và bảng tính chất cơ học từ chứng chỉ nhà máy. Sử dụng các công thức CE và Pcm hàn được cung cấp ở trên để đánh giá rủi ro hàn và xác định các thông số tiền gia nhiệt/PWHT cho bất kỳ loại thép nào. Nếu còn nghi ngờ, hãy chạy thử nghiệm cụ thể theo ứng dụng (chu trình nhiệt, thử nghiệm mài mòn và đánh giá quy trình hàn) trước khi triển khai sản xuất toàn diện.