Acciaio per stampi per pressofusione: scelta di 1.2344, 1.2343 o 1.2367

Uno stampo in pressofusione di alluminio subisce uno shock termico ad ogni scatto. Nel punto in cui il metallo liquido tocca la cavità, la superficie sale verso i 500-600 °C in una frazione di secondo, per poi ridiscendere a 250-300 °C quando lo stampo si apre e lo spruzzo di rilascio si deposita. Un dado che esegue 60 colpi all'ora attraversa quell'inversione centinaia di migliaia di volte in una campagna normale. Il primo segno di problema è solitamente una rete di sottili crepe sulla superficie della cavità e, quando qualcuno le vede, il tipo di acciaio e la temperatura di rinvenimento sono stati fissati da mesi.

Tre acciai per utensili per lavorazione a caldo coprono la maggior parte di questo lavoro: 1.2344, 1.2343 e 1.2367. Su un certificato di fabbrica sembrano abbastanza simili da essere intercambiabili. In un dado non lo sono. Le differenze riportate di seguito determinano se un inserto raggiunge 80.000 scatti o 250.000 e se il primo lavoro di rilavorazione proviene da una fessura sottile o da un cancello che si è aperto.

Dove inizia effettivamente il danno da morte

La fatica termica causa la maggior parte dei guasti nella fusione di alluminio. La superficie della cavità va in compressione quando si riscalda e in tensione quando si raffredda, e cede leggermente in compressione ad ogni colpo. Dopo un numero sufficiente di cicli, la deformazione accumulata provoca crepe sulla superficie, solitamente a 45 gradi rispetto alla direzione della sollecitazione e spesso lungo i confini della struttura temperata. Una durezza troppo elevata per la sezione e un singolo ciclo di rinvenimento che lascia l'austenite trattenuta dietro entrambi riducono il tempo necessario per la prima fessurazione.

L'erosione del cancello è un problema separato. L'alluminio fuso attraversa il cancello a una velocità di 40-70 m/s e, colpo dopo colpo, lava via l'acciaio. Il design del cancello e la velocità di sparo di solito determinano questo, e una maggiore durezza di lavoro fa guadagnare tempo.

La saldatura avviene laddove un nucleo o una sezione sottile si surriscalda e l'ossido protettivo sull'acciaio si è rotto. L'alluminio si lega alla superficie, strappa via un po' di acciaio durante l'espulsione e lascia una zona ruvida che cresce. I core con un raffreddamento debole soffrono di più.

Il cracking grossolano è il fallimento che tutti ricordano. Risale ad un inserto temprato sopra i 48-50 HRC, ad un angolo interno affilato, o ad uno stampo iniziato a freddo con uno spruzzo pesante.

Ciò che separa i tre gradi

1.2344 (H13, SKD61)

1.2344 è il grado più spesso citato per gli inserti per pressofusione di alluminio, e il La composizione dell'H13 dietro ad esso è ben nota. Circa il 5% di cromo, l'1,3% di molibdeno e l'1% di vanadio. Il vanadio determina l'indurimento secondario, motivo per cui l'acciaio mantiene la durezza utile a 550-600 °C dove un acciaio legato semplice bonificato si è già ritirato. Su una cavità ben raffreddata, 1.2344 a 46-48 HRC garantisce una durata lunga e prevedibile ed è il più economico dei tre in piccole quantità.

Il punto debole si trova nelle sezioni spesse e nelle matrici con geometria affilata. Al di sopra di 48 HRC l'acciaio ha poca tolleranza alla concentrazione delle sollecitazioni e l'intaglio in un angolo interno diventa il sito di inizio della cricca.

1.2343 (H11, SKD6)

1.2343 è il H11 . Composizione Il vanadio scende da circa l'1% allo 0,25-0,50% e il carbonio diminuisce leggermente. L'acciaio rinuncia ad una certa resistenza all'usura e alla tempra in cambio di tenacità e un po' più di conduttività termica.

Su un blocco di circa 400 mm di diametro o su uno stampo in cui il getto di spruzzo lascia un'area permanentemente calda, il commercio di solito paga. L'esecuzione di 1.2343 a 44-46 HRC su un inserto di grandi dimensioni normalmente dura più di 1.2344 a 48 HRC nella stessa posizione, poiché la fessurazione termica è la rottura dominante in quel caso.

1.2367 (X38CrMoV5-3)

1.2367 aumenta il molibdeno a circa il 3% e mantiene il vanadio vicino allo 0,5%. Il molibdeno extra aumenta la temperatura alla quale l'acciaio si ammorbidisce. I nuclei, le slitte e le pareti sottili che si surriscaldano ne traggono i maggiori vantaggi, e lo stesso vale per la pressofusione a temperature di fusione più elevate.

La qualità costa di più al kg ed è più difficile da trovare in piccole sezioni, quindi raramente ha senso per un inserto in alluminio standard con buone linee d'acqua. Quando il dado si surriscalda e l'obiettivo della vita è fissato in centinaia di migliaia di colpi, il premio viene ripagato.

Composizione chimica a confronto

Gli intervalli seguenti seguono la norma EN ISO 4957 per i tre gradi per lavorazioni a caldo. Il nichel non è specificato per loro in quello standard.

Grado	C	Sì	Mn	Cr	Mo	V
1.2344 (X40CrMoV5-1)	0,37-0,42	0,80-1,20	0,25-0,50	4,75-5,50	1.10-1.75	0,80-1,20
1.2343 (X37CrMoV5-1)	0,33-0,41	0,80-1,20	0,25-0,50	4,80-5,50	1.10-1.60	0,25-0,50
1.2367 (X38CrMoV5-3)	0,35-0,40	0,30-0,50	0,30-0,60	4.80-5.20	2.70-15.30	0,40-0,60

Vanadio e molibdeno definiscono il divario di prestazioni tra 1.2344, 1.2343 e 1.2367. Il vanadio più alto conferisce una resistenza alla tempra 1.2344 più forte rispetto al vanadio basso 1.2343, che dà invece priorità alla tenacità. L'1.2367 presenta un livello di molibdeno nettamente elevato per un'eccezionale resistenza al rammollimento termico. Vale la pena notare che il margine di molibdeno consentito all'interno di un singolo grado è ampio secondo la norma EN ISO 4957. Ad esempio, un materiale fuso 1.2344 con 1,10% Mo e un altro con 1,75% Mo soddisfano entrambi le specifiche standard, ma la variante con un contenuto di molibdeno superiore produce una matrice più robusta.

Risposta al rinvenimento e durezza di lavoro

L'acciaio per utensili per lavorazioni a caldo arriva ricotto, solitamente a 229 HB massimo per 1.2344 e 1.2343 e 241 HB massimo per 1.2367. La cavità viene quindi lavorata e temprata e la temperatura di rinvenimento è ciò che fissa la durezza alla quale funziona lo stampo.

Temperatura di rinvenimento, due cicli di 2h	1.2344	1.2343	1.2367
540°C	52-54 HRC	51-53 HRC	54-56 HRC
560°C	50-52 HRC	49-51 HRC	52-54 HRC
580°C	48-50 HRC	47-49 HRC	50-53 HRC
600 °C	45-48 HRC	45-47 HRC	48-51 HRC
620°C	43-46 HRC	43-45 HRC	46-49 HRC

L'austenitizzazione avviene a 1020-1040 °C per 1.2344, 1000-1030 °C per 1.2343 e 1030-1060 °C per 1.2367, seguita dalla tempra sotto vuoto o in atmosfera controllata. Le figure sopra sono bande tipiche. La temperatura di austenitizzazione, il mezzo di raffreddamento e le dimensioni della sezione sono tutti fattori che li spostano, quindi verificare il calore effettivo confrontandolo con la tabella dell'acciaieria.

Eseguire due temperamenti di due ore ciascuno. Dopo il primo rinvenimento l'austenite trattenuta è ancora presente. Si trasforma in servizio, la cavità cresce di qualche centesimo di millimetro e lo stress che deriva dalla trasformazione apre delle crepe. Uno stampo che cambia dimensione dopo poche migliaia di colpi e poi si rompe è solitamente temperato singolarmente.

La durezza di lavoro è una scelta con due facce. Una maggiore durezza mantiene il cancello più a lungo e mantiene lucida la cavità. Inoltre porta avanti la prima rete di controllo del calore.

Guida applicativa per acciaio per stampi 1.2344, 1.2343 e 1.2367

Applicazione	Prima scelta	Durezza di lavoro	Motivo
Inserti in alluminio piccoli e medi con buon raffreddamento	1.2344	46-48 HRC	Bilancio tra resistenza all'usura e alla fatica termica
Inserti di grandi dimensioni, oltre circa 400 mm, spruzzo irregolare	1.2343	44-46 HRC	La robustezza e la conduttività extra diffondono la tensione
Nuclei, diapositive e pareti sottili si surriscaldano	1.2367	46-50 HRC	Mantiene la durezza vicino a 600 °C dove 1.2344 arretra
Pressofusione di zinco	1.2344 o 1.2343	44-46 HRC	Temperatura di fusione inferiore, l'usura è il limite
Ottone e altri lavori ad alta temperatura	1.2367	47-50 HRC	1.2344 si ammorbidisce troppo rapidamente a queste temperature

L'errore più costoso nella scelta della qualità è quello di specificare un inserto strutturale grande in 1.2344 temprato a 50 HRC semplicemente per una maggiore durezza. Questo stampo si romperà negli angoli acuti dopo solo poche migliaia di colpi, rendendo l'intero inserto scarto.

Come scegliere il giusto acciaio per stampi per pressofusione

La scelta tra 1.2344, 1.2343 e 1.2367 inizia con l'identificazione della principale sfida operativa.

Scegli 1.2344 per prestazioni bilanciate

Se la vostra produzione prevede la pressofusione di alluminio convenzionale e richiede un acciaio per utensili per lavorazione a caldo ben consolidato, 1.2344 è spesso una prima opzione sensata.

Offre un equilibrio tra resistenza al caldo, tenacità, resistenza all'usura e prestazione alla fatica termica. È ampiamente utilizzato negli utensili industriali e le sue pratiche di lavorazione consolidate possono facilitarne la specificazione e l'approvvigionamento.

Consideriamo 1.2344 quando:

• Lo stampo opera nelle tipiche condizioni di pressofusione industriale.

• È importante trovare un equilibrio tra durata utile e costo dei materiali.

• Sono preferiti i percorsi standard di lavorazione dell'acciaio per utensili per lavorazione a caldo.

• L'applicazione non richiede una qualità specializzata ad alto contenuto di molibdeno.

Scegli 1.2343 Quando la robustezza è una priorità

Se il componente dello stampo è vulnerabile alla fessurazione sotto impatto o carico meccanico, merita considerazione 1.2343.

La sua idoneità dipende dall'equilibrio tra tenacità, durezza, resistenza alla fatica termica e requisiti di usura. Per alcune applicazioni, un 1.2343 rifuso di alta qualità può essere più appropriato di un'alternativa di qualità standard.

Consideriamo 1.2343 quando:

• La robustezza è un requisito di progettazione importante.

• L'attrezzatura è sottoposta a notevoli sollecitazioni meccaniche.

• L'applicazione trae vantaggio dalla pulizia e dalla microstruttura dell'acciaio attentamente controllate.

• Il progettista dello stampo ha identificato la fessurazione come una delle principali modalità di guasto.

Scegliere 1.2367 per condizioni di alta temperatura più impegnative

Per gli stampi esposti a carichi termici severi, temperature operative elevate o deterioramento rapido correlato al rinvenimento, 1.2367 può fornire un vantaggio.

Il suo contenuto più elevato di molibdeno supporta la resistenza alle alte temperature e al rammollimento. Tuttavia, i suoi benefici dovrebbero essere valutati rispetto allo specifico meccanismo di guasto, al costo aggiuntivo del materiale e al percorso di trattamento termico.

Consideriamo 1.2367 quando:

• L’acciaio convenzionale per lavorazioni a caldo subisce un rammollimento prematuro.

• La resistenza alle alte temperature è un requisito fondamentale.

• Il controllo del calore o l'usura a caldo rimangono un problema nonostante gli adeguati controlli di processo.

• Un aggiornamento del materiale può essere giustificato dai miglioramenti attesi nella durata dello stampo e nei costi di manutenzione.

Perché la fusione è importante tanto quanto il grado

Un blocco di stampo da 500 kg è un grosso pezzo di acciaio e al suo interno è ancora presente la segregazione del lingotto. Il centro di un blocco convenzionale trasporta più carbonio, cromo e molibdeno rispetto alla superficie, organizzata in fasce. Crea una cavità lucida attraverso quelle bande e queste si apriranno come fori stenopeici. Sotto il ciclo termico, inoltre, consentono alle fessure un percorso facile lungo la fascia.

Due misure riducono questo problema. Il primo è il rapporto di forgiatura. Un lingotto ridotto 5:1 ha una maggiore struttura dendritica fusa scomposta e una maggiore porosità centrale chiusa rispetto ad uno ridotto 3:1, e per una cavità che verrà lucidata a SPI A1 o A2 la differenza si manifesta direttamente.

Il secondo si sta rifondendo. Il materiale rifuso con scorie elettrostatiche di solito contiene meno dello 0,005% di zolfo e con ossigeno di poche decine di ppm, contro lo 0,010-0,020% di zolfo per i calori fusi ad aria convenzionali dello stesso grado. Un numero inferiore e più piccolo di inclusioni significa meno difetti di lucidatura e meno siti di inizio sulla superficie della cavità. Vale la pena scrivere nell'ordine i valori di inclusione secondo ASTM E45 o ISO 4967 e il numero di granulometria secondo ASTM E112 quando la cavità verrà lucidata.

Nella nostra esperienza con inserti in alluminio di grandi dimensioni, il calcio forgiato ESR esegue dal 30 al 50% in più di colpi prima che la prima rete di controllo termico necessiti di rilavorazione rispetto al taglio di qualità convenzionale dello stesso design. La diffusione dipende dal layout di raffreddamento, dalla pratica di spruzzatura e dalla durezza con cui viene eseguito lo stampo, quindi testare un inserto prima di convertire l'intero set.

Domande frequenti

D1: 1.2344 è uguale a H13?

A1: I due descrivono la stessa famiglia di acciai e vi rientrano anche SKD61 e 4Cr5MoSiV1. Le gamme non sono identiche. ASTM A681 e EN ISO 4957 impostano finestre di carbonio e vanadio leggermente diverse, quindi un certificato scritto secondo uno standard non soddisfa automaticamente un disegno che richiama l'altro. Confrontare le cifre effettive prima di accettare una sostituzione.

Q2: A quale durezza dovrebbe funzionare un inserto per pressofusione?

R2: Per la maggior parte delle matrici in alluminio, 44-48 HRC coprono il lavoro, con nuclei e guide verso la parte superiore di quella fascia e blocchi grandi verso il basso. Un inserto molto duro resiste all'usura, al lavaggio del cancello e alle crepe precedenti. Chiedi cosa dovrebbe fare il dado prima di scegliere un numero.

Q3: Posso indurire l'acciaio per utensili ricotto dolce nella mia officina?

R3: Sì, se il negozio ha il vuoto o un'atmosfera controllata e può eseguire due tempere. I guasti che osserviamo derivano da un singolo rinvenimento, dal caricamento di un forno freddo direttamente alla temperatura di austenitizzazione senza preriscaldamento graduale e dall'indurimento di un inserto che è stato lavorato senza tolleranza di distorsione.

Q4: Abbiamo bisogno di ESR per uno stampo per pressofusione?

A4: Dipende dalla cavità. Un piccolo inserto in uno stampo ben raffreddato di solito non lo giustifica. Un blocco di grandi dimensioni o una cavità che verrà lucidata fino a ottenere una finitura a specchio lo fa, perché è lì che le bande e le inclusioni si trasformano in difetti visibili e crepe precoci.

Q5: Perché il mio inserto H13 si è rotto dopo poche migliaia di colpi?

R5: Tre cause coprono la maggior parte dei casi. Una durezza superiore a 48-49 HRC in una sezione con spigoli vivi è un problema di specifiche. Una singola tempra che lascia l'austenite trattenuta da trasformare in servizio è un problema di trattamento termico. Uno stampo sottoposto a forti spruzzi a freddo rappresenta un problema di processo sulla macchina.

Presso Qilu Steel, gli acquirenti possono discutere i loro requisiti per l'acciaio per utensili per lavorazioni a caldo, inclusi 1.2344, 1.2343 e 1.2367, con riferimento alle dimensioni richieste, alle condizioni di fornitura, al livello di qualità e all'applicazione prevista. Confermare l'esatto grado e i requisiti di ispezione prima di effettuare un ordine.

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