8407 so với H13 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường xuyên phải đối mặt với sự lựa chọn giữa các loại thép công cụ được quy định theo quốc gia khi lựa chọn vật liệu cho dụng cụ gia công nóng, khuôn mẫu và các chi tiết chịu lực nặng. Quyết định này thường cân bằng các yếu tố như độ bền so với khả năng chống mài mòn, khả năng tôi so với khả năng hàn, khả năng chịu nhiệt độ làm việc so với chi phí và tính khả dụng. H13 (AISI/ASTM) là một loại thép công cụ gia công nóng quen thuộc trên toàn cầu; "8407" được coi là tên gọi công nghiệp của Thụy Điển trong một số chuỗi cung ứng và tài liệu kỹ thuật.

Do đó, vấn đề nan giải trong lựa chọn cốt lõi thường nằm ở sự phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn và dung sai thông số kỹ thuật, chứ không phải là khoảng cách nhị phân giữa vật liệu và hiệu suất: tiêu chuẩn 8407 do Thụy Điển chỉ định được sử dụng trong các hệ thống cung ứng quốc gia hoặc khu vực và có thể được chỉ định với giới hạn thành phần và khuyến nghị xử lý nhiệt hơi khác so với tiêu chuẩn H13 của Hoa Kỳ. Bài viết này so sánh hai tiêu chuẩn này từ góc độ phù hợp nhất với các quyết định về kỹ thuật và mua sắm.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• H13: Các ký hiệu thông dụng — AISI H13, SAE J426, ASTM A681 (thông số kỹ thuật thép dụng cụ) và các loại tương đương theo ánh xạ EN/W-Nr (ví dụ: các loại tương đương thuộc họ X40CrMoV5-1 theo EN). H13 được phân loại là thép dụng cụ gia công nóng (thép dụng cụ hợp kim crom-molypden-vanadi).
• 8407: Xuất hiện dưới dạng ký hiệu quốc gia hoặc ký hiệu riêng của nhà sản xuất Thụy Điển được sử dụng trong một số tài liệu của Bắc Âu hoặc Châu Âu. Nó không phải là một tiêu chuẩn toàn cầu duy nhất như AISI H13; thay vào đó, 8407 có thể được định nghĩa trong một tiêu chuẩn quốc gia (SS), trong tài liệu sản phẩm của nhà sản xuất hoặc trong bảng thông số kỹ thuật của khách hàng. Nó thường được coi là thép gia công nóng/dụng cụ khi được sử dụng như một loại thép tương tự H13.

Phân loại: - H13: Thép dụng cụ (gia công nóng) — thép dụng cụ hợp kim được thiết kế để có độ bền nóng, độ dẻo dai và khả năng chống mỏi nhiệt. - 8407: Tên gọi thép dụng cụ (gia công nóng) trong danh sách của Thụy Điển/quốc gia — cũng được dùng cho các ứng dụng gia công nóng nhưng tùy thuộc vào sự khác biệt về thông số kỹ thuật của quốc gia.

Lưu ý: Khi thông số kỹ thuật mua sắm hoặc kỹ thuật liệt kê “8407”, hãy xác minh xem thông số đó có tham chiếu đến số của Viện Tiêu chuẩn Thụy Điển (SS), cấp nhà cung cấp hay tham chiếu chéo đến cấp EN/AISI được công nhận hay không.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dưới đây là bảng trình bày các nguyên tố hợp kim chính thường được trích dẫn cho AISI H13, và một cột ghi chú cho 8407 do sự khác biệt về thông số kỹ thuật của quốc gia/nhà cung cấp. Luôn xác nhận thành phần chính xác của 8407 từ tiêu chuẩn hoặc giấy chứng nhận nhà máy ban hành.

Yếu tố	H13 (phạm vi điển hình/thông số kỹ thuật)	8407 (tên gọi của Thụy Điển)
C (Cacbon)	0,32 – 0,45% khối lượng	Phụ thuộc vào nhà cung cấp/tiêu chuẩn — thường được chỉ định để đạt được độ cứng giống H13
Mn (Mangan)	0,20 – 0,50% khối lượng	Biến; kiểm tra bảng điểm
Si (Silic)	0,80 – 1,20% khối lượng	Biến
P (Phốt pho)	≤ 0,030% khối lượng	Giới hạn S/P thấp điển hình cho mỗi thực hành thép dụng cụ
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,030% khối lượng	Giới hạn S/P thấp điển hình cho mỗi thực hành thép dụng cụ
Cr (Crom)	4,75 – 5,50% khối lượng	Có thể tương tự; xác minh hàm lượng crom chính xác
Ni (Niken)	≤ 0,30% khối lượng	Thường là tối thiểu hoặc không có
Mo (Molypden)	1,10 – 1,75% khối lượng	Có thể so sánh với H13 để duy trì độ bền nóng
V (Vanadi)	0,80 – 1,20% khối lượng	Có thể so sánh được; có thể thay đổi tùy theo chiến lược cacbua
Nb (Niobi)	—	Hiếm gặp trong H13 cổ điển; một số biến thể của Thụy Điển có thể bao gồm hợp kim vi mô
Ti (Titan)	—	Thông thường không phải là nguyên tố hợp kim chính cho H13
B (Bo)	—	Không phải là tiêu chuẩn trong H13; dấu vết trong một số hợp kim để kiểm soát độ cứng
N (Nitơ)	—	Không phải là nguyên tố hợp kim được kiểm soát đối với H13

Giải thích về chiến lược hợp kim: - Carbon thiết lập độ cứng và độ bền cơ bản và kiểm soát sự hình thành cacbua. - Crom có ​​khả năng làm cứng, chịu nhiệt độ cao và chống oxy hóa. - Molypden và vanadi tạo thành cacbua cứng giúp cải thiện độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt. - Silicon có độ bền và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao. - Sự khác biệt nhỏ về Cr, Mo và V giữa các thông số kỹ thuật quốc gia có thể làm thay đổi đặc tính độ cứng thứ cấp và khả năng tôi; do đó, thép 8407 của Thụy Điển có giới hạn hơi khác nhau có thể cho thấy sự khác biệt có thể đo được về phản ứng tôi hoặc phân bố cacbua so với thép H13.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - H13 (sau khi tôi và ram đúng cách): martensite ram với sự phân tán của các cacbua hợp kim (cacbua Cr, cacbua Mo, cacbua V). Ở trạng thái ủ, nó được hình thành dạng cầu/ma trận pearlit tùy thuộc vào phương pháp xử lý được sử dụng bởi nhà máy. - 8407: Cấu trúc vi mô dự kiến ​​được thiết kế để phù hợp với thép công cụ gia công nóng — tức là nền martensitic với các phân tán cacbua hợp kim sau khi tôi cứng. Loại cacbua chính xác và sự phân bố phụ thuộc vào sự cân bằng Cr/Mo/V chính xác.

Phản ứng xử lý nhiệt và các tuyến xử lý: - Ủ (giảm ứng suất/ủ mềm): giảm độ cứng khi gia công và cải thiện độ dẻo. Đối với H13, độ cứng ủ điển hình khoảng 180–240 HB tùy thuộc vào quá trình gia công; độ cứng cuối cùng sau khi xử lý nhiệt hoàn toàn cao hơn nhiều. - Chuẩn hóa: tinh chỉnh kích thước hạt; có thể sử dụng nhiều chu trình chuẩn hóa để đồng nhất các phần lớn. - Làm nguội và ram: H13 thường được austenit hóa (thường ở nhiệt độ 1000–1100 °C tùy thuộc vào kích thước mặt cắt và khuyến nghị của nhà cung cấp) và được tôi bằng dầu hoặc tôi bằng khí thành martensite, sau đó được tôi nhiều lần để đạt được khả năng ram cần thiết. 8407, nếu được căn chỉnh theo H13, sẽ sử dụng các chu trình nhiệt tương tự nhưng có khuyến nghị cụ thể của nhà cung cấp về nhiệt độ austenit hóa và lịch trình ram. - Xử lý nhiệt cơ: rèn và cán có kiểm soát có thể tinh chỉnh kích thước hạt austenit trước đó và tối ưu hóa cacbua; Thông số kỹ thuật quy trình của Thụy Điển đôi khi nhấn mạnh vào các chu trình rèn và chuẩn hóa chính xác để đạt được độ dẻo dai có thể lặp lại.

Tác động của thành phần đến quá trình xử lý nhiệt: - Hàm lượng Cr và Mo cao hơn một chút làm tăng khả năng tôi cứng và xu hướng tôi cứng thứ cấp; hàm lượng V cao hơn một chút làm tăng khả năng phân tán cacbua mịn và khả năng chống mài mòn. Do đó, sự khác biệt nhỏ về thành phần 8407 so với H13, nếu có, sẽ thể hiện ở phản ứng ram và khả năng tôi cứng thứ cấp.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học thay đổi mạnh tùy theo quá trình xử lý nhiệt và kích thước tiết diện. Bảng dưới đây cung cấp các phạm vi đại diện điển hình cho AISI H13 và cột định tính cho 8407 khi cần thông số kỹ thuật của nhà cung cấp.

Tài sản	H13 (phạm vi điển hình sau khi làm nguội và ram)	8407 (đại diện/chất lượng)
Độ bền kéo (Rm)	~900 – 1800 MPa (phụ thuộc vào xử lý nhiệt)	Dự kiến ​​phạm vi tương đương nếu được thiết kế như H13-analogue; xác minh chứng nhận nhà máy
Giới hạn chảy (0,2 Rp)	~700 – 1600 MPa	Có thể so sánh, tùy thuộc vào quá trình tôi luyện
Độ giãn dài (A%)	~6 – 15%	Có thể so sánh được; có thể cao hơn hoặc thấp hơn một chút tùy thuộc vào mật độ cacbua
Độ bền va đập (Charpy)	Thay đổi theo nhiệt độ: thường là 10 – 50 J (tùy thuộc vào nhiệt độ và tiết diện)	Tùy thuộc vào thành phần chính xác và xử lý nhiệt; thông số kỹ thuật của Thụy Điển có thể nhấn mạnh đến độ bền cho một số loại dụng cụ nhất định
Độ cứng (HRC)	Ủ: ~18–24 HRC; tôi và ram: ~44–54 HRC phạm vi dịch vụ điển hình	Phạm vi độ cứng mục tiêu tương tự; kiểm tra biểu đồ nhiệt độ của nhà cung cấp

Giải thích: - H13 được thiết kế để cân bằng giữa độ bền nóng cao và độ dẻo dai hợp lý. Nó có thể được tôi luyện để tạo ra độ bền kéo và độ bền chảy cao với độ dẻo vừa phải. - Nếu 8407 được chỉ định là tương đương với H13, hiệu suất cơ học nhìn chung sẽ tương đương, nhưng sự khác biệt về dung sai thành phần cho phép hoặc chu kỳ xử lý nhiệt được khuyến nghị so với thông số kỹ thuật của Thụy Điển có thể làm thay đổi độ bền hoặc độ dẻo dai chính xác. Luôn yêu cầu hướng dẫn và chứng chỉ xử lý nhiệt.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép dụng cụ gia công nóng chịu ảnh hưởng của hàm lượng cacbon tương đương và độ tôi. Các công thức phổ biến được sử dụng để đánh giá quá trình nung nóng trước/sau và lựa chọn vật liệu hàn:

• Đương lượng cacbon (IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$

• Pcm (Thông số khả năng hàn của Châu Âu): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Giải thích định tính: - H13 thường có hàm lượng cacbon vừa phải và tỷ lệ Cr/Mo/V đáng kể, tạo ra hàm lượng cacbon tương đương từ trung bình đến cao. Điều này đòi hỏi phải kiểm soát quá trình nung nóng trước, nhiệt độ giữa các lớp hàn và xử lý nhiệt sau hàn để tránh nứt và tăng độ cứng ở các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt. - 8407: nếu thành phần tương tự H13, dự kiến ​​các hạn chế về khả năng hàn cũng tương tự. Nếu công thức 8407 của Thụy Điển làm giảm cacbon hoặc điều chỉnh hợp kim, khả năng hàn có thể được cải thiện hoặc giảm đi một chút. - Thực hành tốt nhất: sử dụng vật liệu hàn có độ cứng phù hợp hoặc thấp hơn một chút, kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước và giữa các mối hàn, tôi luyện sau khi hàn hoặc tôi luyện sau khi hàn và xác nhận quy trình hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả thép H13 và thép dụng cụ gia công nóng thông thường đều không phải thép không gỉ. Khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình do hàm lượng crom (4–5% trọng lượng trong H13), nhưng chúng không dành cho môi trường ăn mòn không có lớp bảo vệ.
• Các phương án bảo vệ bề mặt: dầu/mỡ, sơn, mạ (niken/crom) và mạ kẽm (lưu ý mạ kẽm có thể gây khó khăn cho dụng cụ do sự khuếch tán và nhiệt). Đối với dụng cụ tiếp xúc với độ ẩm hoặc nước làm mát, hãy sử dụng chất ức chế hoặc lớp phủ (PVD/CVD, thấm nitơ để tăng cường độ mài mòn và ăn mòn nếu cần).
• PREN không áp dụng cho thép dụng cụ không gỉ; công thức PREN: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$ được sử dụng để dự đoán sự ăn mòn của thép không gỉ và không được sử dụng cho vật liệu loại H13/8407.

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

• Khả năng gia công: Ở trạng thái ủ, cả thép H13 và thép Thụy Điển tương đương H13 đều có khả năng gia công khá tốt, nhưng hợp kim cứng hơn và hàm lượng vanadi cao hơn làm tăng độ mòn dụng cụ. Cần áp dụng các phương pháp gia công cacbua tiêu chuẩn để gia công thô và hoàn thiện tốc độ cao.
• Khả năng định hình và uốn: Thép công cụ gia công nóng không có khả năng định hình cao ở trạng thái tôi. Việc định hình thường được thực hiện trong điều kiện ủ; uốn nguội các chi tiết H13 hoàn thiện bị hạn chế và cần được giảm ứng suất cẩn thận để tránh nứt.
• Hoàn thiện bề mặt: Mài và gia công xung điện (EDM) là phổ biến. EDM thường được sử dụng cho các khoang phức tạp; cấu trúc vi mô và độ cứng ảnh hưởng đến tốc độ EDM và độ mài mòn điện cực.
• Ghi chú của nhà cung cấp: Các tiêu chuẩn của Thụy Điển hoặc các loại 8407 dành riêng cho nhà cung cấp có thể bao gồm các mức dung sai gia công được khuyến nghị, công thức ủ và các phương pháp rèn khác với các bảng dữ liệu AISI H13 thông thường — hãy làm theo tài liệu của nhà cung cấp.

8. Ứng dụng điển hình

8407 (tên gọi của Thụy Điển)	H13 (AISI/ASTM)
Khuôn đúc nóng trong các xưởng dụng cụ ở Bắc Âu, nơi 8407 là cấp độ quốc gia được chỉ định; khuôn đột để rèn với các giao thức xử lý nhiệt cụ thể theo từng khu vực	Khuôn gia công nóng, khuôn đùn và đúc khuôn, khuôn rèn, khuôn dập nóng, lưỡi cắt yêu cầu khả năng chống mỏi nhiệt
Ứng dụng gia công nguội khi biến thể 8407 được thiết kế riêng cho các nhóm cacbua cụ thể	Được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong công cụ gia công nóng, nơi xảy ra chu kỳ nhiệt và mài mòn
Công cụ chuyên biệt dành cho nhà cung cấp, nơi mua sắm quốc gia ưu tiên thông số kỹ thuật và chứng nhận trong nước	Tiêu chuẩn đánh giá chuẩn cho nguồn cung ứng thép công cụ gia công nóng quốc tế

Cơ sở lựa chọn: - Sử dụng loại thép phù hợp với yêu cầu về hiệu suất (độ mài mòn so với độ bền), năng lực xử lý nhiệt và hậu cần mua sắm. Khi sản xuất tại Thụy Điển hoặc các nhà cung cấp Bắc Âu, tiêu chuẩn 8407 có thể mang lại lợi thế về thông số kỹ thuật và chuỗi cung ứng. Đối với nguồn cung ứng toàn cầu và bảng dữ liệu được thiết lập rõ ràng, tiêu chuẩn H13 thường được ưu tiên.

9. Chi phí và tính khả dụng

• H13: Có sẵn rộng rãi trên toàn thế giới dưới dạng thanh, tấm tôi cứng, phôi và rèn từ nhiều nhà máy; giá cả cạnh tranh do sản lượng lớn và chuỗi cung ứng rộng khắp.
• 8407: Nguồn cung có thể tập trung theo khu vực (nhà cung cấp Thụy Điển/Bắc Âu) và có thể được cung cấp dưới dạng sản phẩm có thương hiệu hoặc theo tiêu chuẩn quốc gia. Chi phí và thời gian giao hàng phụ thuộc vào việc 8407 có sẵn tại các nhà phân phối lớn hay cần đặt hàng đặc biệt từ các nhà máy khu vực.

Ghi chú mua sắm: - Khi chi phí và thời gian giao hàng là yếu tố then chốt, H13 thường cung cấp nhiều lựa chọn nhà cung cấp hơn. Khi yêu cầu tuân thủ thông số kỹ thuật hoặc chứng nhận khu vực (ví dụ: các yêu cầu hợp đồng theo tiêu chuẩn quốc gia), 8407 có thể là cần thiết bất chấp những tác động có thể xảy ra về phí bảo hiểm hoặc thời gian giao hàng.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (định tính):

Tiêu chí	8407 (tên gọi của Thụy Điển)	H13 (AISI)
Khả năng hàn	Những ràng buộc tương tự nếu thành phần khớp với H13; xác minh hướng dẫn Pcm/CE của nhà cung cấp	Mức độ trung bình đến khó; yêu cầu kiểm soát nhiệt độ trước/sau khi làm nóng
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Phụ thuộc vào nhà cung cấp; có thể được điều chỉnh để nhấn mạnh độ bền	Sự cân bằng đã được chứng minh cho công việc nóng: khả năng chịu nhiệt tốt và độ dẻo dai
Chi phí và tính khả dụng	Hạn chế tiềm ẩn theo khu vực; có thể cao cấp theo địa phương tùy thuộc vào nhu cầu	Có sẵn trên toàn cầu; nhìn chung có nhiều lựa chọn hơn và giá cả cạnh tranh

Kết luận và khuyến nghị: - Chọn H13 nếu: - Bạn cần một loại thép công cụ gia công nóng được chỉ định rộng rãi, có sẵn trên toàn cầu với thành phần hóa học được ghi chép đầy đủ, biểu đồ xử lý nhiệt và một cơ sở nhà cung cấp lớn. - Ứng dụng của bạn yêu cầu khả năng chống nhiệt, chống mỏi nhiệt đã được chứng minh và bạn cần nguồn cung ứng và hỗ trợ toàn cầu có thể dự đoán được.

• Chọn 8407 nếu:
• Thông số kỹ thuật mua sắm hoặc yêu cầu theo quy định/hợp đồng nêu rõ yêu cầu phải có cấp độ do Thụy Điển chỉ định hoặc cấp độ 8407 do nhà cung cấp chứng nhận.
• Bạn đang làm việc trong chuỗi cung ứng Bắc Âu, nơi 8407 đã thiết lập hướng dẫn xử lý nhiệt, chứng nhận hoặc thời gian giao hàng thuận lợi và nơi có sự khác biệt nhỏ về thành phần hoặc quy trình chế biến là mong muốn đối với một ứng dụng dụng cụ nhất định.

Lời khuyên thực tế cuối cùng: - Không nên cho rằng có sự tương đương về mặt số; hãy luôn yêu cầu giấy chứng nhận của nhà máy (hồ sơ phân tích hóa học và xử lý nhiệt) cho 8407 và so sánh với yêu cầu H13 của bạn. - Xác nhận hiệu suất quan trọng thông qua các bộ phận mẫu hoặc phiếu thử nghiệm xử lý nhiệt, đặc biệt đối với các quy trình hàn và mặt cắt ngang lớn, nơi khả năng tôi luyện và phản ứng xử lý nhiệt nhạy cảm nhất. - Đối với các cụm hàn, hãy tính $CE_{IIW}$ hoặc $P_{cm}$ bằng cách sử dụng hóa chất được chứng nhận thực tế và xác định quá trình nung nóng trước/sau hàn và PWHT theo rủi ro đã tính toán về sự cứng hóa và nứt vùng HAZ.