P20 vs H13 vs S7 vs D2: какая инструментальная сталь для какой части пресс-формы
Выберите неправильную инструментальную сталь — и форма треснет на 30 000 циклах вместо 300 000; затем замена пресс-формы, потерянное производство и двухнедельный простой обойдутся значительно дороже, чем когда-либо стоила сталь. Это руководство — дерево решений за 30 секунд: P20 для литья пластмасс под давлением, H13 для литья под давлением и горячей обработки, D2 для холодной обработки и износа, S7 для ударных и динамических нагрузок.
Краткий ответ — четыре стали, четыре задачи
Выбор инструментальной стали — это решение, начинающееся с применения, а не с прочности. Четыре марки, которые покрывают большинство задач пресс-форм и штампов:
| Марка | Семейство | Типичная твёрдость (HRC) | Когда выбирать |
|---|
| P20 (1.2311) | Сталь для пластиковых форм, предварительно закалённая | 28–34 | Сердечники и вставки литьевых форм, пластиковая оснастка |
| H13 (1.2344) | Горячештамповая хромистая сталь | 48–52 | Литьё под давлением, горячая ковка, пресс-формы для экструзии |
| D2 (1.2379) | Холодноштамповая высокоуглеродистая высокохромистая | 58–62 | Вырубные/штамповочные штампы, ножи для резки, износостойкие детали |
| S7 (1.2355) | Ударопрочная | 52–58 | Ударные пуансоны, зубила, тяжёлые штампы |
Практическое правило Пластик при комнатной температуре → P20. Расплавленный металл и нагрев → H13. Холодная резка и износ → D2. Удар и динамические нагрузки → S7. Когда подходят две — выбор делают по стоимости и размеру сечения.
P20 — рабочая лошадка для литья пластмасс (28–34 HRC)
P20 (DIN 1.2311, ~0.28–0.40 C, 1.4–2.0 Cr, 0.6–1.5 Mn, 0.2–0.55 Mo) поставляется предварительно закалённой при твёрдости примерно 28–34 HRC, а значит после механической обработки термообработка не требуется — нет деформации, нет риска трещин, немедленная поставка готовой вставки.
- Преимущества: отличная обрабатываемость, хорошая полируемость, умеренная стоимость, возможность азотирования для более высокой поверхностной твёрдости.
- Ограничения: при сечении более ~400 mm сквозная твёрдость становится неравномерной; не подходит для высокотемпературных или высокоизносостойких применений.
- Типичные применения: сердечники и вставки литьевых форм, основания форм, оснастка для компрессионного формования и RIM, малосерийное литьё цинка под давлением.
Преимущество предварительной закалки Поскольку P20 не требует послеоперационной термообработки, отсутствует деформация, которую нужно корректировать, и нет риска растрескивания готовой вставки при закалке — это главная причина её доминирования в пластиковых формах.
H13 — чемпион горячей обработки (48–52 HRC)
H13 (DIN 1.2344, ~0.32–0.45 C, 4.75–5.5 Cr, 1.1–1.75 Mo, 0.8–1.2 V, 0.8–1.2 Si) — наиболее широко используемая горячештамповая сталь: она сохраняет твёрдость и вязкость при рабочих температурах до ~500°C и сопротивляется термическому удару и тепловому растрескиванию (heat checking).
- Преимущества: отличная вязкость и сопротивление усталости при нагреве, хорошая стойкость к термоудару, допускает водяное охлаждение в эксплуатации, возможность азотирования.
- Термообработка: аустенитизация при ~1900–2050°F (1038–1121°C), охлаждение на воздухе или в масле, двойной отпуск при 900–1100°F (482–593°C) для достижения 48–52 HRC.
- Типичные применения: пресс-формы для литья алюминия под давлением, горячая ковка, экструзионные пресс-формы и оправки, горячие ножницы.
Не применяйте H13 в холодных условиях При комнатной температуре твёрдость H13 48–52 HRC избыточно мягкая для износа, и она стоит дороже D2; H13 оправдывает свою цену только когда штамп работает горячим.
D2 — монстр износа в холодной обработке (58–62 HRC)
D2 (DIN 1.2379, ~1.40–1.60 C, 11–13 Cr, 0.7–1.2 Mo, 0.9–1.1 V) — высокоуглеродистая, высокохромистая холодноштамповая сталь, которая закаливается на воздухе до 58–62 HRC с минимальной деформацией, обеспечивая превосходную износостойкость и стойкость к абразивному износу, а также умеренную коррозионную стойкость благодаря хрому.
- Преимущества: самая высокая износостойкость из четырёх, стабильна при закалке (низкая деформация), допускает азотирование, обрабатывается в отожжённом состоянии.
- Компромисс: более низкая вязкость — D2 может скалываться и трескаться при сильных ударных нагрузках; не подходит для ударных кромок.
- Типичные применения: вырубные и точно-вырубные штампы, формовочные и глубоковытяжные штампы, ножи для резки, пуансоны, дисковые ножи, резьбонакатные плашки, абразивная формовая оснастка.
S7 — поглотитель ударов (52–58 HRC)
S7 (DIN 1.2355, ~0.45–0.55 C, 3.0–3.5 Cr, 1.3–1.8 Mo) — ударопрочная марка: она спроектирована поглощать энергию удара без разрушения при твёрдости примерно 52–58 HRC.
- Преимущества: самая высокая ударная вязкость из четырёх; сопротивляется сколу при внезапных нагрузках; хорошее сочетание твёрдости и пластичности.
- Компромисс: более низкая износостойкость, чем у D2 — на абразивной работе она изнашивается быстрее.
- Типичные применения: ударные пуансоны, зубила, ножи с ударной нагрузкой, тяжёлые и чеканные штампы, холодные зубила, инструмент, подверженный ударам.
S7 vs D2 в одном предложении Если кромка штампа принимает удар — S7; если принимает абразивный износ — D2. Удар скалывает D2, абразив изнашивает S7.
Цена ошибки — замена за $50 000
Режим отказа, который превращает выбор инструментальной стали в финансовое решение: форма, заданная под неправильную сталь, трескается или изнашивается после ~30 000 циклов вместо ожидаемых нескольких сотен тысяч. Стоимость замены — это не сталь, а новая заготовка формы, время на механическую обработку, итерации проб и простой линии, обычно в диапазоне $30,000–$50,000+ плюс 1–2 недели простоя для среднего штампа.
Черновое примечание (ожидает проверки Sinbo) Цифры об отказе на 30 000 циклов и замене за $50,000 синтезированы из типичного отраслевого опыта (практика изготовления форм) и страниц поставщиков материалов, а не из внутреннего журнала оснастки Sinbo. Инженерам Sinbo следует заменить иллюстративные цифры реальными данными цеха до перевода этой страницы.
Практическое правило: если применение пограничное, повышайте марку стали до того, как форма вырезана — прирост стоимости стали ничтожен по сравнению с отказом формы в середине срока службы.
Дерево решений — применение → сталь → примечания по обработке
| Если деталь… | Выбирайте | Примечание по обработке |
|---|
| Сердечник/вставка литьевой формы, стандартный пластик | P20 (28–34 HRC, предварительно закалённая) | Обработка в состоянии поставки; без послеоперационной ТО; полировка, затем по желанию азотирование |
| Литьевая форма, высокий износ или сечение 400+ mm | P20 + азотирование или переход на H13 | Азотирование после чистовой обработки |
| Литьё под давлением / горячая ковка / экструзионная пресс-форма | H13 (48–52 HRC) | Черновая обработка, термообработка, чистовая; двойной отпуск; снятие напряжений при ремонте сваркой |
| Вырубной/штамповочный штамп, нож, износостойкая деталь | D2 (58–62 HRC) | Обработка в отожжённом состоянии, термообработка, чистовое шлифование или электроэрозионная резка |
| Ударный пуансон, зубило, штамп с ударной нагрузкой | S7 (52–58 HRC) | Обработка в отожжённом состоянии, термообработка, отпуск под заданную вязкость |
| Ползуны формы / малые вставки под ударом | S7 или D2 в зависимости от типа нагрузки | Удар → S7; абразивный износ → D2 |
Эквиваленты марокP20 = DIN 1.2311 = JIS (приблизительно семейство SKT3/SKD61 — уточняйте) P20 — это 1.2311 (40CrMnMo7) по DIN.
H13 = DIN 1.2344 = JIS SKD61 = GB Cr5Mo1V H13 — это X40CrMoV5-1 по DIN.
D2 = DIN 1.2379 = JIS SKD11 = GB Cr12MoV D2 — это X153CrMoV12 по DIN.
S7 = DIN 1.2355 (55CrMoV7-8-14 по DIN; универсального эквивалента JIS нет — сверяйтесь с локальным стандартом).
Как указать сталь в вашем RFQ
- Укажите марку и стандарт: например, «H13 по ASTM A681, DIN 1.2344» — никогда просто «инструментальная сталь».
- Укажите целевую твёрдость и шкалу: например, «48–52 HRC, испытано по ASTM E18».
- Укажите состояние поставки: предварительно закалённая (P20), отожжённая (D2/S7/H13 под механическую обработку) или окончательно закалённая.
- Для горяче- и холодноштампованных сталей требуйте сертификат термообработки (цикл закалки/отпуска, фактическая твёрдость) — марка на бумаге бессмысленна без термообработки, которая её реализует.
- Для литых/обработанных вставок добавьте верификацию материала (PMI или сертификат завода), когда форма критична для безопасности или производства.
Стандарты и источники
Основные стандартыASTM A681 Стандартная спецификация на легированные инструментальные стали (охватывает химический состав P20, H13, D2, S7).
ISO 4957 Инструментальные стали — обозначение и условия поставки (эквиваленты DIN/EN 1.2311, 1.2344, 1.2379, 1.2355).
ASTM E18 Измерение твёрдости по Роквеллу (верификация HRC).
ASTM E415 / E1251 Спектрометрический анализ состава (верификация материала).
Отраслевые ссылкиSanyao Forging Топ-10 типов模具 стали — состав и твёрдость по маркам (P20 28–32, H13 48–52, D2 60–62, S7 54–58).
Createel Таблица марок инструментальных и штамповых сталей — P20 30–36, H13 44–52, D2 58–62, S7 54–56; эквиваленты DIN и циклы термообработки.
Panjin International Что такое штамповая сталь — сравнение марок (P20 28–34, H13 48–52, D2 58–62, S7 52–58) и факторы выбора.
Kens Metal Марки инструментальной стали — состав P20 и ограничение сечения 400 mm; области применения H13 для горячей обработки; области применения D2.
Vast-Cast Сравнение инструментальных сталей — шаги термообработки и достижимая твёрдость (P20 30–36, H13 48–52, D2 58–62, S7 50–56).
Frequently Asked Questions
Какую инструментальную сталь использовать для литьевой формы?
P20, предварительно закалённая при 28–34 HRC, для стандартных литьевых форм под пластик. Она хорошо обрабатывается в состоянии поставки, не требует послеоперационной термообработки (а значит, нет деформации), хорошо полируется и может быть азотирована для повышения поверхностной твёрдости. Для высокоabrasive смол, сечений свыше ~400 mm или форм с большим количеством горячеканальных элементов рассмотрите P20 + азотирование или переход на H13.
H13 только для литья под давлением, или она может выполнять и другие задачи?
H13 — горячештамповая марка, для литья под давлением, горячей ковки и экструзии; она также может обслуживать пластиковые формы, которые работают горячими. Её сильная сторона — сохранение твёрдости и вязкости при рабочих температурах до ~500°C с хорошей стойкостью к термоудару. При комнатной температуре она избыточно мягкая для износа и стоит дороже холодноштампованных марок, поэтому не используйте её для штамповки или вырубки.
В чём разница между D2 и S7?
D2 — для износа, S7 — для удара. D2 (58–62 HRC) — высокоуглеродистая, высокохромистая холодноштамповая сталь с лучшей абразивной стойкостью из четырёх, но более низкой вязкостью — она скалывается при сильном ударе. S7 (52–58 HRC) — ударопрочная марка: более низкая износостойкость, но она поглощает удар без разрушения. Ударные нагрузки → S7; абразивный износ → D2.
Требуется ли P20 термообработка после механической обработки?
Нет — в этом и смысл предварительно закалённой P20. Она поставляется при 28–34 HRC, поэтому вы обрабатываете готовую вставку напрямую и полностью пропускаете закалку и отпуск, устраняя деформацию и риск трещин при закалке. Если требуется более высокая поверхностная твёрдость, выполните азотирование после чистовой обработки.
Сколько реально стоит выбор неправильной марки стали для формы?
Обычно $30,000–$50,000+ за замену плюс 1–2 недели простоя для среднего штампа. Форма, которая трескается на ~30 000 циклов вместо нескольких сотен тысяч, выходит из строя, потому что сталь не выдерживает температуру, износ или удар. Прирост стоимости правильной стали ничтожен по сравнению с этим отказом — повышайте марку до того, как форма вырезана.
Как указать инструментальную сталь, чтобы поставщик не угадывал?
Укажите марку и стандарт, целевую твёрдость и состояние поставки. Например: «H13 по ASTM A681 / DIN 1.2344, 48–52 HRC, обработанная в отожжённом состоянии, затем закалённая и двойной отпуск». Добавьте требование сертификата термообработки и верификации материала (заводской сертификат или PMI) для производственно-критичных форм.
Sources & Standards Referenced
- ASTM A681: Стандартная спецификация на легированные инструментальные стали (химические требования к P20, H13, D2, S7)
- ISO 4957: Инструментальные стали — обозначение и условия поставки (эквиваленты DIN/EN 1.2311, 1.2344, 1.2379, 1.2355)
- ASTM E18: Стандартные методы испытания твёрдости металлических материалов по Роквеллу (верификация HRC)
- ASTM E415 / E1251: Спектрометрический анализ углеродистых и низколегированных сталей (верификация состава)
- Sanyao Forging: Топ-10 типов模具 сталей — состав и твёрдость по маркам (P20 28–32, H13 48–52, D2 60–62, S7 54–58 HRC)
- Createel: Инструментальные и штамповые стали — таблица марок с эквивалентами DIN и циклами термообработки (P20 30–36, H13 44–52, D2 58–62, S7 54–56 HRC)
- Panjin International: Что такое штамповая сталь? — сравнение марок и факторы выбора (P20 28–34, H13 48–52, D2 58–62, S7 52–58 HRC)
- Kens Metal: Марки инструментальной стали — состав P20 и ограничение сечения 400 mm; области применения H13 для горячей обработки; области применения D2 для холодной обработки
- Vast-Cast: Свойства, марки, сравнение инструментальных сталей — шаги термообработки и достижимая твёрдость (P20 30–36, H13 48–52, D2 58–62, S7 50–56 HRC)
Нужна механическая обработка инструментальной стали по спецификации?
Отправьте чертёж формы или штампа — мы подтвердим марку стали, режим термообработки и стратегию обработки, и вернём обзор технологичности в течение 3 рабочих дней.
Запросить предложение