热作H13模具钢用途及特性介绍

　　H热作模具钢，执行标准GB/T1299—2000。 统一数字代码T20502；牌号4Cr5MoSiV1.合金工具钢，简称合工钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素形成的钢种。合工钢包括：量具刃钢、抗冲击工具钢、冷模钢、热模钢、无磁模钢、塑料模钢。

　　H13模具钢化学成分

　　C0.32~0.45， Si0.80~1.20， Mn0.20~0.50， Cr4.75~5.50， Mo1.10~1.75， V0.80~1.20， p≤0.030， S≤0.030；

　　H锻模、热挤压模、精锻模、铝、铜及其合金压铸模。

　　引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。

　　引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。

　　引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。性能、用途和4Cr5MoSiV钢基本相同，但由于钒含量高，中温(600度)性能比4Cr5MoSiV钢是热作模具钢中广泛使用的代表性钢号。

　　(交货状态:布氏硬度HBW10/3000(小于等于235) 淬火：790度±15度预热 1000度(盐浴)或1010度(炉控气氛)±6度加热 保温5~15min空冷

　　550度±六度退火、热加工；

　　电渣重熔钢，钢具有耐热裂纹能力高、碳和钒含量高、耐磨性好、韧性弱、耐热性好、强度和硬度高、耐磨韧性高、综合力学性能优异、耐回火稳定性高。

　　淬火钢的基体硬度取决于碳含量与淬火钢硬度的关系曲线，H模具钢淬火硬度为55HRC左右。

　　淬火钢的基体硬度取决于碳含量与淬火钢硬度的关系曲线，H模具钢淬火硬度为55HRC左右。

　　淬火钢的基体硬度取决于碳含量与淬火钢硬度的关系曲线，H模具钢淬火硬度为55HRC左右。对于工具钢，钢中的部分碳进入钢基体，导致固溶性增强。碳的另一部分将与合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对于热模钢，外，合金碳化物在回火过程中还需要两次硬化淬火马氏体基体。因此，热模钢的性能取决于残留合金碳化合物和回火马氏体的组织均匀分布。因此，钢中的C含量不应过低。

　　1.预热处理 H钢厂退火热处理13钢及模坯，保证金组织良好，硬度适当，加工良好，无退火。但改造锻造后，厂家破坏了原有的组织和性能，增加了锻造应力，必须重新退火。

　　等温球化退火工艺为860~890℃加热保温2h，降温到740～760℃等温4h，炉冷到500℃左右出炉。

　　二、淬火及回火 模具淬火工艺规范：1020~1050加热温度℃，油冷或空冷，硬度54~58HRC；加热温度为1050~108℃，油冷，硬度56~58HRC。

　　回火温度：530~560℃，硬度48～52HRC；回火温度560～580℃；硬度47～49HRC。

　　两次回火。500℃回火时出现回火二次硬化峰，回火硬度更高，峰值55HRC但韧性更差。因此，回火工艺应避免500℃左右为宜。根据模具的使用需要，540~620℃范围内回火较好。

　　淬火加热应预热两次(600~65000℃，800～850℃），减少加热过程中产生的热应力。

　　3.化学热处理 H钢氮或氮碳共渗可进一步加强模具，但其氮化温度不得高于回火温度，以保证心脏强度不降低，从而提高模具的使用寿命。

　　H13模具钢的化学成分 H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢在世界上得到了广泛的应用。与此同时，来自世界各地的许多学者对其进行了广泛的研究，并探索了化学成分的改进。钢的广泛应用和优良特性主要由钢的化学成分决定。当然，钢中的杂质元素必须减少，数据显示，当Rm在1550MPa当材料硫含量从0.005%降至0.003%时，冲击韧性将提高约13%J。十分明显,NADCA 207-2003标准规定：优级(premium)H13钢硫含量小于0.005%，超级(superior)应小于0.003%S和0.015%P。H分析了13钢的成分。

　　碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM(更新版)H13和FED QQ-T-570H规定13钢碳含量.32~0.45%都是H13钢含碳量更宽。德国X40CrMoV5-1和1.2344的碳含量为(0.37~0.43%，含碳量窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1含碳量为(0.36~0.42）%。日本SKD 61含碳量为(0.32~0.42）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV含碳量为(0.32~0.42）%和（0.分别为32~0.45%SKD61和AISI H13相同。尤其是北美压铸协会NADCA 207-90，207-97，207-2003标准H规定13钢含碳量.37~0.42）%。

　　含5%Cr的H13钢应具有较高的韧性，因此其含C量应保持在形成少量合金C化物的水平。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C在三元相图上，H13钢位于奥氏体A和（A M3C M7C三、三相区交界处较好。C含量约为0.4%。添加C或添加C或添加剂CCr量使M7C3量增加，耐磨性更高A2和D2钢作比较。此外，保持相对较低的C含量也很重要Ms温度水平相对较高(H13钢的Ms一般资料介绍340℃左右)使钢在淬火至室温时获得少量残留A和残留均匀分布的合金C化物组织，回火后获得均匀的回火马氏体组织。避免奥氏体在工作温度下变化过大，影响工件的工作性能或变形。这些少量残氏体应在淬火后的两次或三次回火过程中完全改变。顺便说一句，H13钢淬火后获得的马氏体组织为板条M 少量片状M 少量残余A。细合金碳化物沉淀在板条状M上回火后，国内学者也做了一些工作。

　　众所周知，钢中碳含量的增加会提高钢的强度。对热模钢，可提高高温强度、热硬度和耐磨性，但可降低其韧性。学者们在工具钢产品手册中明显证明了各种H型钢的性能。一般认为，导致钢塑性和韧性降低的碳含量边界为0.4%。因此，要求人们在钢合金化设计中遵循以下原则：在保持强度的前提下，尽量减少钢的碳含量。数据显示，钢的抗拉强度为1550MPaC含量在0.3%-0.4%以上为宜。H13钢的强度Rm，文献介绍为1503.1MPa(46HRC时)和1937.5MPa(51HRC时)。

　　查阅FORD和GM推荐公司信息TQ-1、Dievar和ADC3.钢中C含量为0.39%和0.38%，表1中列出了相应的韧性指标，可见原因。

　　热作模具钢对强度要求高

　　2.2 铬： 铬是合金工具钢中更常见、更便宜的合金元素。它含有H型热作模钢Cr量在2%~12%之间。我国合金工具钢（GB/T1299)37个钢号，除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。铬有利于钢的耐磨性、高温强度、热硬度、韧性和淬火性。在基体中溶解会显著提高钢的耐腐蚀性H13钢中含Cr和Si致密氧化膜提高了钢的抗氧化性Cr对0.3C-1Mn钢回火性能的分析和增加﹤6% Cr有利于提高钢回火阻力，但不构成二次硬化；当含量Cr﹥钢淬火后6%为550℃回火会产生二次硬化效果。热作钢模具钢的添加量一般为5%铬。

　　工具钢中的铬部分溶解在钢中起固溶强化作用，另一部分根据铬含量与碳结合(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，从而影响钢的性能。此外，当钢中含有铬、钼和钒时，还应考虑合金元素的交互作用，Cr>3%[14]时，Cr能阻止V4C3.生成和延迟Mo2C共格析出，V4C3和Mo2C提高钢的高温强度和耐回火性[14]，提高钢的耐热变形性。

　　铬溶解钢奥氏体，提高钢的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都与Cr也是增加钢淬透性的合金元素。人们习惯于用淬透因子来表示，国内现有数据[15]一般只使用Grossmann等待信息，然后Moser和Legat基本淬透直径由含C量和奥氏体晶粒度决定Dic计算合金钢的理想临界直径，并根据合金元素含量确定淬火因子见图3）Di,也可从以下公式计算： 　Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)

　　Cr它和Mn当相似度约为5%时，共析点的C含量降至0.5%左右Si﹑W﹑Mo﹑V﹑TiC含量显著降低。因此，热作模具钢和高速钢分析钢。降低C含量会增加奥氏体化后组织和更终组织中的合金碳化物含量。

　　钢中合金C化物的行为与其自身的稳定性有关。事实上，合金C化物的结构和稳定性与相应C化物形成元素的D电子壳层和S电子壳层的缺乏有关。碳和金属元素的原子半径比下降rc/rm合金C化合物由间隙相对间隙化合物变化，C降低化合物的稳定性和相应的熔化温度，A溶解温度、自由能的**值和相应的硬度值。面心立方点阵VC碳化物稳定性高，约900~950℃1100温度开始溶解℃大量溶解(溶解终结温度为1413)℃）[17]；500~700℃回火过程中沉淀，不易聚集生长，可作为钢中的强化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物排列密集，点阵简单，稳定性差，硬度高，熔点高，溶解温度高℃钢筋应用于范围内。M23C6(如Cr23C6.立方点阵复杂，稳定性差，熔点和溶解温度低(1090)℃溶解在A中)，只有少数耐热钢经过综合金化后才具有较高的稳定性(如（CrFeMoW）23C六、可作为强化相。六方结构复杂M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)稳定性差，和Fe3C碳化物易溶解沉淀，聚集生长速度快，一般不能作为高温强化相[17。

　　我们仍从Fe-Cr-C三元相图可以简单理解H13钢中的合金碳化物相。按Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等温截面图，含0.4%C钢中,随Cr量会增加（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意870℃只包含在图中Cr量大于11%才会出现M23C6）。另外根据Fe-Cr-C三元系在5%Cr当时的垂直截面为0.40%C退火钢α相(约1%固溶)Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。加热到791℃以上形成奥氏体A和进入（α A M7C三相区，795℃左右进入（A M7C三、二相区约970℃时,（CrFe）7C消失，进入单相A区。当基体含有C时﹤0.33%时,在793℃左右才存在（M7C3 M23C6和A）七九六三相区℃进入（A M7C3）区（0.30%C以后一直保持到液相。钢中残留M7C3有

　　防止A晶粒生长。Nilson提出1.5%C-13%Cr成分合金，不稳定（CrFe）23C6不形成[20]。当然，单以Fe-Cr-C考虑到合金元素的影响，三元分析会有一些偏差。