Çeliku me formë H13 është një çelik me formë të nxehtë i përshtatshëm për prodhimin e matricave në mjedise me stres të lartë dhe temperaturë të lartë. Ai përmban nivele të larta karboni dhe vanadiumi, së bashku me sasi të përshtatshme të elementëve aliazhues si kromi dhe molibdeni, duke ofruar ngurtësim të shkëlqyer, rezistencë ndaj konsumimit dhe rezistencë ndaj çarjeve termike.

Këto veti e bëjnë atë një material ideal për prodhimin e matricave plastike, matricave të derdhura në formë aliazh alumini, matricave të stampimit në të nxehtë dhe matricave të stampimit në të ftohtë precize. Megjithatë, çeliku me formë H13 me seksion të madh është i prirur ndaj segregacionit dhe defekteve të brendshme, të cilat kompromentojnë cilësinë e matricave dhe jetëgjatësinë e shërbimit.

Aktualisht, specifikimi më i madh i çelikut me formë matëse në Kinë ështëΦ650 mm; specifikimet më të mëdha kërkojnë importe ose farkëtim, duke rritur kostot e prodhimit dhe duke zgjatur ciklet e prodhimit. Për t'iu përgjigjur kësaj sfide, kontrolli i saktë i përbërjes kimike të çelikut me formë H13 i kombinuar me proceset e optimizuara të shkrirjes, farkëtimit dhe trajtimit termik ka përmirësuar me sukses uniformitetin mikrostrukturor dhe rafinimin e kokrrizave, duke rritur kështu performancën e përgjithshme të çelikut me formë H13 në shkallë të gjerë.

Dizajni i përbërjes së çelikut me formë H13 ndjek standardet eAleanca e Qendrave të të Dhënave të Amerikës së Veriut (NADCA), e cila siguron kontroll të saktë mbi elementët e aliazhit. Krahasimi i përbërjes kimike midis standardeve NADCA dhe çelikut me formë H13 të specifikuar nëGB/T 1299—2014është paraqitur në Tabelën 1.

Projektimi i përbërjes kimike të çelikut me formë H13 paraqitet në Tabelën 2. Përmbajtja e karbonit (C) është vendosur në kufirin e sipërm të standardit për të arritur fortësi të lartë dhe rezistencë ndaj konsumimit; përmbajtja e kromit (Cr) përputhet me standardin për të balancuar fortësinë, rezistencën ndaj korrozionit dhe rezistencën ndaj nxehtësisë; përmbajtja e manganit (Mn) përputhet me standardin për të rritur fortësinë dhe rezistencën duke ruajtur fortësinë e mirë; përmbajtja e molibdenit (Mo) është zgjedhur në kufirin e poshtëm të standardit për të përmirësuar në mënyrë të moderuar forcën termike dhe fortësinë pa rritje të tepërt të kostos; përmbajtja e vanadiumit (V) është vendosur gjithashtu në kufirin e poshtëm të standardit për të rafinuar strukturën e kokrrizave, për të rritur forcën dhe fortësinë e materialit, dhe për të kontrolluar kostot; përmbajtja e squfurit (S) dhe fosforit (P) është rritur për të zvogëluar brishtësinë dhe plasticitetin e materialit; kontrolli i rreptë mbi elementët e gaztë si azoti (N), hidrogjeni (H) dhe oksigjeni (O) minimizon porozitetin dhe përfshirjet, duke siguruar pastërtinë e materialit dhe performancë të qëndrueshme. Vetëm përmes kontrollit të saktë të përbërjes kimike të çelikut me formë H13 mund të prodhohet çelik me formë H13 me performancë të lartë dhe të qëndrueshëm ultra të madh për të përmbushur kërkesat e rrepta të tregut premium.

2. Optimizimi i Procesit të Prodhimit

Procesi i prodhimit për çelikun me formë H13 përfshin rishkrirjen fillestare të elektroslagut, e ndjekur nga farkëtimi me ngrohje, pastaj pjekjen me ftohje dhe në fund përpunimin e ashpër.

2.1 Shkrirja Industriale

Duke ndjekur metodën e përgatitjes të propozuar nga Ni Zhuowen et al., u prodhua një prototip i çelikut me formë H13 duke përdorur një proces prodhimi që përfshinte para-shkrirjen e ngarkesës së skorjeve, fillimin e harkut, shkrirjen, trajtimin e kompensimit të tkurrjes, ftohjen pas ndërprerjes së energjisë dhe çmontimin. Forma kishte një diametër të enës së shkrirjes prej 480 mm dhe një kapacitet nominal prej 2 tonësh. Sistemi i skorjeve përbëhej nga një përzierje me katër përbërës që përmbante 65% fluorid kalciumi, 15% aluminë, 15% oksid kalciumi, 5% oksid magnezi dhe jo më shumë se 0.8% silicë, me një lartësi të skorjeve të shkrira prej afërsisht 155 mm.

2.2 Formëzimi me ngrohje

Procesi thelbësor i derdhjes së çelikut me formë H13 përfshin përdorimin e deformimit plastik për të fragmentuar dendritet e karbidit brenda lingotës së çelikut, duke eliminuar rregullimin e tyre në formë zinxhiri në zonat e ndarjes, duke arritur kështu ekuilibrin strukturor dhe duke rritur rezistencën ndaj ndikimit anësor dhe gjatësor. Gjatë fazës së ngrohjes para-farkëtimit, duhet të sigurohet ngrohja uniforme e pllakës së derdhur; prandaj, kohëzgjatja e ngrohjes dhe temperatura mesatare e zonës duhet të kontrollohen rreptësisht brenda 1220–1240 °C. Çdo çarje sipërfaqësore në materialin e farkëtimit duhet të hiqet menjëherë. Përdoret një vizatim i trashë me katër faza, i ndjekur nga procesi i vizatimit KD, me një raport farkëtimi që tejkalon 6 për të rritur deformimin e bërthamës dhe për të siguruar dendësinë e materialit dhe mikrostrukturën uniforme. Temperatura përfundimtare e farkëtimit duhet të mbahet rigorozisht në jo më pak se 850 °C për të parandaluar çarjet sipërfaqësore, veçanërisht në skaje dhe qoshe. Një metodë ftohjeje me hapa të shkallëzuar zbatohet për të ulur temperaturën e farkëtimit në temperaturën e dhomës, me kontroll të rreptë mbi procesin e ftohjes për të minimizuar stresin dhe deformimin e brendshëm, duke zgjatur kështu jetëgjatësinë e shërbimit të formës.

2.3 Pjekja dhe Trajtimi me Nxehtësi

Për t'u përgatitur për proceset pasuese të trajtimit termik dhe për të parandaluar gjenerimin e stresit gjatë farkëtimit, duhet të kryhet së pari një procedurë kalitjeje. Para kalitjes sferoidizuese, temperatura e farkëtimit duhet të mbahet mbi 500°C. Një trajtim normalizues dhe me kokrriza ultra të imëta kërkohet para kalitjes, me temperaturën e mbajtjes të kontrolluar midis 1020–1040°C dhe shkallën e ftohjes të rregulluar në mënyrë të përshtatshme. Ky proces synon të rafinojë strukturën e kokrrizave duke zvogëluar në mënyrë efektive ndarjen dhe karbidet e rrjetëzuara në boshllëkun e farkëtimit, duke siguruar një mikrostrukturë uniforme. Gjatë kalitjes sferoidizuese, temperatura duhet të vendoset midis 850–870°C për të lehtësuar rregullimin e karbidit dhe rafinimin e mikrostrukturës. Një qasje e ftohjes hap pas hapi dhe kalitjes me temperaturë të kontrolluar përdoret për t'u përgatitur për trajtimin përfundimtar termik.

Procesi i trajtimit termik përfshin shuarjen dhe kalitjen sekondare. Së pari, materiali ngrohet paraprakisht për 10 minuta në 790°C ± 15°C, pastaj ngrohet për 10 minuta në 1010°C ± 5°C, e ndjekur nga ftohja me vaj. Më pas, mbahet në 550°C ± 6°C për 2 orë para se t'i nënshtrohet dy cikleve të kalitjes. Për mostrat e çelikut të derdhur të kalitur, matjet e fortësisë u morën në pesë pika secila në bërthamë dhe sipërfaqe duke përdorur testuesit e fortësisë Brinell dhe Rockwell, me vlerat mesatare të regjistruara; rezultatet paraqiten në Tabelën 3. Siç tregohet në Tabelën 3, pas kalitjes, mostrat arritën vlera të fortësisë në përputhje si me standardin kombëtar (≤ 229 HBW) ashtu edhe me standardin NADCA (≤ 235 HBW), me ndryshim minimal të fortësisë midis rajoneve të sipërfaqes dhe bërthamës.

2.4 Trajtim i ashpër me përpunim mekanik

Pas trajtimit me kalitje, inspektoni produktin për t'u siguruar që mikrostruktura e tij të mbetet e paprekur pa çarje ose defekte të tjera. Më pas, kryeni përpunimin me tornim duke përdorur një thellësi prerjeje dhe shpejtësi të madhe furnizimi - zakonisht 3-5 mm në thellësi prerjeje dhe 0.3-0.5 mm në shpejtësi furnizimi (r^-1), me një shpejtësi prerjeje prej 100-150 m/min. Kërkohet pastrimi pas përpunimit dhe parandalimi i ndryshkut.

3. Uniformiteti i Organizatës

3.1 Ind me zmadhim të lartë

Një mostër u mblodh në qendër të çelikut të derdhur dhe një tjetër në gjysmën e rrezes së tij; këto tre mostra përfaqësojnë të gjitha drejtimet e farkëtimit. Mostrat u korroduan duke përdorur një tretësirë ​​4% acid nitrik-alkool, e ndjekur nga 500 analiza të mikrostrukturës së kalitjes dhe 50 teste të ndarjes së shiritave, me sipërfaqet e testimit të mbajtura paralele me drejtimin primar të deformimit. Ky orientim siguron që kufijtë e kokrrizave pas korrozionit të qëndrojnë më poshtë në krahasim me qendrat e kokrrizave, duke krijuar brazda të favorshme për analizë të plotë mikrostrukturore. Testet e ndarjes së kalitjes treguan uniformitet të lartë mikrostrukturor, duke treguar se shufrat e çelikut të derdhur iu nënshtruan rishkrirjes efektive të elektroslagut, farkëtimit dhe trajtimit termik. Analiza mikrostrukturore zbuloi se të tre mostrat shfaqnin struktura perliti sferoidizuese pa karbide eutektike në matricë, me grimca karbidi sekondare të imëta dhe të shpërndara në mënyrë uniforme. Për shkak të dimensioneve të mëdha të farkëtimeve, shkallët e ndryshme të ftohjes gjatë ftohjes pas farkëtimit rezultuan në variacione të dallueshme mikrostrukturore: sipërfaqet e ftohura më shpejt formuan karbide më të pakta dhe më të imëta, duke shfaqur sferoidizim më të ulët krahasuar me rajonin e bërthamës.

3.2 Ind me zmadhim të ulët

Sipas standardeve kombëtare, metoda e gdhendjes me acid të ftohtë duhet të përdoret për të trajtuar çelikun e matricës së përpunuar në të nxehtë, e ndjekur nga ekzaminimi i mikrostrukturës me zmadhim të ulët. Mostrat u zhytën në një tretësirë ​​ujore gdhendëse me 30% persulfat amoniumi për afërsisht 5 minuta, pastaj u shpëlanë plotësisht me ujë dhe u pastruan menjëherë me alkool të gradës mjekësore, përpara se t'i nënshtroheshin xham zmadhues dhe inspektimit vizual. Nuk u vunë re defekte metalurgjike si stratifikim i dukshëm, flluska, njolla të bardha ose çarje, as nuk u zbuluan probleme si poroziteti qendror ose ndarja e lingotave, siç tregohet në Figurën 1. Kjo i atribuohet shkallës jashtëzakonisht të shpejtë të ngurtësimit të çelikut të shkrirë gjatë farkëtimit, gjë që rezulton në dendrite të imëta që sigurojnë mikrostrukturë uniforme, ndërsa ndryshimet në orientimin e rritjes së kristaleve minimizojnë porozitetin qendror dhe ndarjen. Si pasojë, çeliku i matricës i nënshtruar rishkrirjes së elektroslagut shfaq uniformitet dhe dendësi mikrostrukturore superiore krahasuar me lingotat e derdhura konvencionale.

3.3 Analiza e Madhësisë së Kokrrave

Mostrat e çelikut me formë H13 iu nënshtruan trajtimit termik të shuarjes së graduar në një temperaturë prej 1010 °C. Më pas, u krye testimi i korrozionit të madhësisë së kokrrizave për të kryer gradimin. Procesi i gradimit përdori teknika të analizës së imazhit duke përdorur softuer të specializuar për të përpunuar dhe interpretuar imazhet e marra nga mikroskopët metalografikë dhe elektronikë, duke llogaritur parametra kyç si sipërfaqja e kokrrizave dhe perimetri për të përcaktuar madhësinë e kokrrizave.

Figura 2 tregon imazhe të marra nga mikroskopë metalografikë dhe elektronikë. Vëzhgimet tregojnë se mostrat e çelikut të derdhur shfaqin kryesisht kokrriza të imëta, me një numër të vogël kokrrizash më të mëdha të pranishme. Madhësia e kokrrizave në rajonet me kokrriza të imëta arrin Gradën 8, duke përmbushur kërkesën minimale të standardit NADCA të Gradës 7 për madhësinë e kokrrizave. Ky përmirësim vjen nga procesi i rishkrirjes me elektroslagë, i ndjekur nga farkëtimi me raport të lartë farkëtimi dhe trajtimi termik, i cili uli ndjeshëm madhësinë e kokrrizave dhe rafinoi plotësisht strukturat e karabit.

4 Përfundim

Për të rritur uniformitetin mikrostrukturor të çelikut të derdhur H13 pas farkëtimit, përbërja e tij kimike u optimizua dhe procesi i prodhimit u rafinua. Procedura e farkëtimit për format H13 u projektua me kujdes, duke përdorur një furrë shkrirjeje elektroslagu për të prodhuar çelikun e derdhur, e ndjekur nga kalitja dhe trajtimi termik. Testet pasuese zbuluan se çeliku i derdhur H13 i shkrirë elektroslagu shfaq uniformitet dhe dendësi mikrostrukturore superiore krahasuar me shufrat konvencionale të çelikut të derdhur, me përmirësime të konsiderueshme të vërejtura në mikrostrukturë në zmadhim të ulët.