Baja die H13 nyaéta baja die hot work anu cocog pikeun manufaktur die dina lingkungan setrés sareng suhu luhur. Baja ieu ngandung tingkat karbon sareng vanadium anu luhur, sareng jumlah unsur paduan anu pas sapertos kromium sareng molibdenum, anu nawiskeun daya tahan anu saé pikeun dikeraskeun, tahan aus, sareng tahan kana retakan termal.

Sipat-sipat ieu ngajantenkeun bahan anu idéal pikeun ngadamel cetakan plastik, cetakan tuangan logam campuran aluminium, cetakan stamping panas, sareng cetakan stamping tiis anu presisi. Nanging, baja cetakan H13 bagian ageung rentan ka segregasi sareng cacad internal, anu ngaganggu kualitas cetakan sareng umur jasa.

Ayeuna, spésifikasi baja die panggedéna di Cina nyaétaΦ650 mm; spésifikasi anu langkung ageung meryogikeun impor atanapi tempaan, anu ningkatkeun biaya produksi sareng manjangkeun siklus produksi. Pikeun ngungkulan tantangan ieu, kontrol anu tepat tina komposisi kimia baja die H13 digabungkeun sareng prosés peleburan, tempaan, sareng perlakuan panas anu dioptimalkeun parantos hasil ningkatkeun keseragaman mikrostruktural sareng panyaringan butir, sahingga ningkatkeun kinerja sakabéh baja die H13 skala ageung.

Desain komposisi baja die H13 nuturkeun standarAliansi Pusat Data Amérika Kalér (NADCA), anu nyayogikeun kontrol anu tepat kana unsur-unsur paduan. Babandingan komposisi kimia antara standar NADCA sareng baja die H13 anu ditangtukeun dinaGB/T 1299—2014dipidangkeun dina Tabel 1.

Desain komposisi kimia baja H13 diébréhkeun dina Tabel 2. Kandungan karbon (C) disetel dina wates luhur standar pikeun ngahontal karasa sareng résistansi maké anu luhur; kandungan kromium (Cr) saluyu sareng standar pikeun ngimbangan karasa, résistansi korosi, sareng résistansi panas; kandungan mangan (Mn) cocog sareng standar pikeun ningkatkeun karasa sareng kakuatan bari ngajaga kateguhan anu saé; kandungan molibdenum (Mo) dipilih dina wates standar anu langkung handap pikeun ningkatkeun kakuatan sareng kateguhan termal sacara sedeng tanpa kanaékan biaya anu kaleuleuwihi; kandungan vanadium (V) ogé disetel dina wates standar anu langkung handap pikeun ngasah struktur butir, ningkatkeun kakuatan sareng kateguhan bahan, sareng ngontrol biaya; kandungan walirang (S) sareng fosfor (P) ningkat pikeun ngirangan kerapuhan sareng plastisitas bahan; kontrol anu ketat kana unsur gas sapertos nitrogén (N), hidrogén (H), sareng oksigén (O) ngaminimalkeun porositas sareng inklusi, mastikeun kamurnian bahan sareng kinerja anu stabil. Ngan ku cara ngadalikeun komposisi kimia baja die H13 anu tepat, baja die H13 ukuran ultra-ageung anu stabil sareng berkinerja tinggi tiasa dihasilkeun pikeun minuhan sarat pasar premium anu ketat.

2. Optimalisasi Prosés Manufaktur

Prosés manufaktur pikeun baja die H13 ngalibatkeun peleburan ulang éléktroslag awal, dituturkeun ku pemanasan tempa, teras pendinginan annealing, sareng pamungkas mesin kasar.

2.1 Peleburan Industri

Nuturkeun metode persiapan anu diusulkeun ku Ni Zhuowen et al., prototipe baja die H13 didamel nganggo prosés produksi anu kalebet ngalemberehkeun muatan terak sateuacanna, inisiasi busur, peleburan, perlakuan kompensasi susut, pendinginan pareum listrik, sareng demolding. Cetakan éta ngagaduhan diaméter wadah 480 mm sareng kapasitas nominal 2 ton. Sistem terak diwangun ku campuran opat komponén anu ngandung 65% kalsium fluorida, 15% alumina, 15% kalsium oksida, 5% magnésium oksida, sareng henteu langkung ti 0,8% silika, kalayan jangkungna terak cair sakitar 155 mm.

2.2 Pemanasan Tempa

Prosés inti tina tuang baja die H13 ngalibatkeun panggunaan deformasi plastik pikeun mecah dendrit karbida dina ingot baja, ngaleungitkeun susunan sapertos ranté dina zona segregasi, sahingga ngahontal kasaimbangan struktural sareng ningkatkeun résistansi dampak lateral sareng longitudinal. Salila tahap pemanasan pra-tempa, pemanasan seragam tina lempengan tuang kedah dipastikeun; ku kituna, durasi pemanasan sareng suhu zona rata-rata kedah dikontrol sacara ketat dina 1220–1240 °C. Sagala retakan permukaan dina forgemate kedah langsung dipiceun. Gambar kasar opat tahap dituturkeun ku prosés gambar KD dianggo, kalayan rasio tempa ngaleuwihan 6 pikeun ningkatkeun deformasi inti sareng mastikeun kapadetan bahan sareng mikrostruktur anu seragam. Suhu tempa akhir kedah dijaga sacara ketat sahenteuna 850 °C pikeun nyegah retakan permukaan, khususna di sisi sareng juru. Métode pendinginan bertahap diterapkeun pikeun ngirangan suhu tempa kana suhu kamar, kalayan kontrol anu ketat kana prosés pendinginan pikeun ngaminimalkeun setrés internal sareng deformasi, sahingga manjangkeun umur jasa die.

2.3 Pangeringan sareng Perlakuan Panas

Pikeun nyiapkeun prosés perlakuan panas salajengna sareng nyegah generasi setrés nalika forging, prosedur annealing kedah dilaksanakeun heula. Sateuacan annealing sferoidisasi, suhu forging kedah dijaga di luhur 500°C. Perlakuan normalisasi sareng ultra-fine-graining diperyogikeun sateuacan annealing, kalayan suhu penahan dikontrol antara 1020–1040°C sareng laju pendinginan diatur sacara pas. Prosés ieu bertujuan pikeun ngasah struktur butir bari sacara efektif ngirangan segregasi sareng karbida jaringan dina blanko forging, mastikeun mikrostruktur anu seragam. Salila annealing sferoidisasi, suhu kedah disetel antara 850–870°C pikeun ngagampangkeun pangaturan karbida sareng penyempurnaan mikrostruktur. Pendekatan pendinginan bertahap sareng annealing anu dikontrol suhu dianggo pikeun nyiapkeun perlakuan panas akhir.

Prosés perlakuan panas ngawengku quenching sareng tempering sekundér. Mimitina, bahan dipanaskeun heula salami 10 menit dina suhu 790°C ± 15°C, teras dipanaskeun salami 10 menit dina suhu 1010°C ± 5°C, dituturkeun ku pendinginan minyak. Salajengna, bahan dijaga dina suhu 550°C ± 6°C salami 2 jam sateuacan ngalaman dua siklus tempering. Pikeun sampel baja kapang anu dipanaskeun, pangukuran karasa dicandak dina lima titik masing-masing dina inti sareng permukaan nganggo alat uji karasa Brinell sareng Rockwell, kalayan nilai rata-rata kacatet; hasilna dipidangkeun dina Tabel 3. Sakumaha anu dipidangkeun dina Tabel 3, saatos dipanaskeun, sampel ngahontal nilai karasa anu saluyu sareng standar nasional (≤ 229 HBW) sareng standar NADCA (≤ 235 HBW), kalayan bédana karasa minimal antara daérah permukaan sareng inti.

2.4 Pangolahan mesin kasar

Saatos perlakuan annealing, pariksa produk pikeun mastikeun mikrostrukturna tetep utuh tanpa retakan atanapi cacad sanésna. Salajengna, laksanakeun mesin puteran nganggo jerona motong sareng laju asupan anu ageung — biasana 3–5 mm dina jerona motong sareng 0,3–0,5 mm dina laju asupan (r^-1), kalayan kecepatan motong 100–150 m/mnt. Pembersihan pasca-mesin sareng pencegahan karat diperyogikeun.

3. Kaseragaman Organisasi

3.1 Jaringan pembesaran tinggi

Hiji sampel dikumpulkeun di tengah baja kapang sareng anu sanésna di satengah radiusna; tilu sampel ieu ngagambarkeun sadaya arah tempa. Sampel-sampel éta dikorosi nganggo larutan asam nitrat-alkohol 4%, dituturkeun ku 500 analisis mikrostruktur annealing sareng 50 uji segregasi strip, kalayan permukaan uji dijaga sajajar sareng arah deformasi primér. Orientasi ieu mastikeun yén wates butir pasca-korosi langkung handap dibandingkeun sareng pusat butir, nyiptakeun alur anu kondusif pikeun analisis mikrostruktur anu lengkep. Uji segregasi annealing nunjukkeun keseragaman mikrostruktur anu luhur, nunjukkeun yén billet baja kapang ngalaman peleburan ulang éléktroslag, tempa, sareng perlakuan panas anu efektif. Analisis mikrostruktur ngungkabkeun yén sadaya tilu sampel nunjukkeun struktur pearlit sferoidisasi tanpa karbida eutektik dina matriks, kalayan partikel karbida sekundér anu lemes sareng disebarkeun sacara seragam. Kusabab diménsi ageung tina tempa, laju pendinginan anu béda-béda salami pendinginan pasca-tempa ngahasilkeun variasi mikrostruktur anu béda: permukaan anu langkung gancang didinginkan ngabentuk karbida anu langkung sakedik sareng langkung lemes, nunjukkeun sferoidisasi anu langkung handap dibandingkeun sareng daérah inti.

3.2 Jaringan pembesaran rendah

Numutkeun standar nasional, metode etsa asam tiis kedah dianggo pikeun ngolah baja die kerja panas, dituturkeun ku pamariksaan mikrostruktur pembesaran rendah. Sampel dicelupkeun kana larutan etsa cai amonium persulfat 30% salami sakitar 5 menit, teras dibilas tuntas ku cai sareng langsung dibersihkeun ku alkohol kelas médis, sateuacan ngalaman kaca pembesar sareng pamariksaan visual. Teu aya cacad metalurgi sapertos stratifikasi anu katingali, gelembung, bintik bodas, atanapi retakan anu dititénan, ogé teu aya masalah sapertos porositas sentral atanapi segregasi ingot anu dideteksi, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 1. Ieu disababkeun ku laju solidifikasi baja cair anu gancang pisan nalika ditempa, anu ngahasilkeun dendrit anu saé anu mastikeun mikrostruktur anu seragam, sedengkeun variasi dina orientasi pertumbuhan kristal ngaminimalkeun porositas sentral sareng segregasi. Akibatna, baja die anu dilelehan deui ku éléktroslag nunjukkeun keseragaman mikrostruktur sareng kapadetan anu unggul dibandingkeun sareng ingot cor konvensional.

3.3 Analisis Ukuran Butir

Sampel baja die H13 ngalaman perlakuan panas quenching bertingkat dina suhu 1010 °C. Salajengna, uji korosi ukuran butir dilaksanakeun pikeun ngalaksanakeun gradasi. Prosés gradasi ngagunakeun téknik analisis gambar nganggo parangkat lunak khusus pikeun ngolah sareng napsirkeun gambar anu diala tina mikroskop metalografi sareng éléktron, ngitung parameter konci sapertos luas butir sareng perimeter pikeun nangtukeun ukuran butir.

Gambar 2 nunjukkeun gambar anu diala ku mikroskop metalografi sareng éléktron. Panemuan ngungkabkeun yén sampel baja kapang nunjukkeun butir-butir anu didominasi ku butiran anu lemes, kalayan sajumlah alit butir anu langkung ageung. Ukuran butir di daérah butiran anu lemes ngahontal Kelas 8, nyumponan sarat minimum standar NADCA Kelas 7 pikeun ukuran butir. Peningkatan ieu hasil tina prosés peleburan ulang éléktroslag, dituturkeun ku penempaan rasio tempa anu luhur sareng perlakuan panas, anu sacara signifikan ngirangan ukuran butir sareng ngamurnikeun struktur karbida sacara saksama.

4 Kacindekan

Pikeun ningkatkeun keseragaman mikrostruktur baja kapang H13 saatos ditempa, komposisi kimia na dioptimalkeun sareng prosés manufakturna disampurnakeun. Prosedur penempaan pikeun kapang H13 dirancang kalayan ati-ati, ngamangpaatkeun tungku peleburan ulang éléktroslag pikeun ngahasilkeun baja kapang, dituturkeun ku annealing sareng perlakuan panas. Uji coba salajengna ngungkabkeun yén baja kapang H13 anu dilelehkeun deui éléktroslag nunjukkeun keseragaman mikrostruktur sareng kapadetan anu langkung unggul dibandingkeun sareng ingot baja tuang kapang konvensional, kalayan paningkatan anu signifikan anu dititénan dina mikrostruktur dina pembesaran anu handap.