H13

H13:是热作模具钢。执行标准GB/T1299—2000。 统一数字代码A20502；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而形成的钢种。

合工钢包括：量具刃钢、耐冲击工具钢、冷模钢、热模钢、无磁模钢、塑料模钢。

C：0.32~0.45，

Si：0.80~1.20，

Mn：0.20~0.50，

Cr：4.75~5.50，

Mo：1.10~1.75，

V：0.80~1.20，

p≤0.030，

S≤0.030；

1、预热处理市场提供的预热处理H13钢和模坯在钢厂已经进行了退火热处理，以确保良好的金相组织，适当的硬度，良好的加工，无需退火。但制造商在锻造后破坏了原来的组织和性能，锻造应力增加，必须重新退火。

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

2、淬火及回火 模具淬火工艺规范：加热温度1020~1050℃，油冷或空冷，硬度54~58HRC；模具淬火工艺规范、加热温度1050~1080℃，油冷，硬度56~58HRC。

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

回火应进行两次500℃回火时出现回火二次硬化峰，回火硬度更高55HRC左右，但韧性更差。因此，应避免回火

淬火加热应预热两次(600~650℃，800～850℃），减少加热过程中产生的热应力。

3、化学热处理 H13气体渗氮或氮碳共渗可进一步加强模具，但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。

电渣重容钢，具有高淬火和耐热裂纹能力，碳和钒含量高，耐磨性好，韧性相对较弱，耐热性好，强度和硬度高，耐磨韧性高，综合力学性能优异，抗回火稳定性高。

淬火钢的基体硬度取决于钢中碳含量与淬火钢硬度的关系曲线，H13钢的淬火硬度为55HRC左右。

对于工具钢，钢中的部分碳进入钢的基体，导致固溶性强化。另一部分碳将与合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对于热作模具钢，该合金碳化物除少量残留外，还需要在淬火马氏体基体上进行两次硬化。因此，热作模具钢的性能由残留合金碳化合物的均匀分布和回火马氏体的组织决定。因此，钢的含量C量不宜过低。

化学元素对H13性能的影响

碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM（更新版）的H13和FED -T-570的H13钢的碳含量规定为（0.32~0.45）%，是所有H13钢含碳量更广。X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量为（0.37~0.43）%，含碳量范围窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1的含碳量为（0.36~0.42）%。日本SKD 61的含碳量为（0.32~0.42）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分别与SKD61和AISI H13相同。

特别是北美压铸协会NADCA 207-90、207-97和207-2003标准中对H13钢的碳含量规定为（0.37~0.42）%。含5%Cr的H13钢应具有高韧性，因此含有C应保持少量合金的形成C化学水平

所周

对于需要更高强度的热作模具钢，采用的方法是H13提高钢成分Mo含碳量或含碳量的增加将在后面讨论。当然，可以预测韧性和塑性会略有降低。

铬： 铬是合金工具钢中更常见、更便宜的合金元素。H型热作模具钢中含Cr量在2%~12%的范围。我国合金工具钢（GB/T1299）在37个钢号中，除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。铬对钢的耐磨性、高温强度、热硬度、韧性和淬火性有良好的影响，溶解在基体中会显著提高钢的耐腐蚀性H13钢中含Cr和Si会使氧化膜致密来提高钢的抗氧化性。再则以Cr对0.3C-1Mn分析钢回火性能的作用，添加﹤6% Cr有利于提高钢的回火阻力，但不能构成二次硬化；当含有Cr﹥6%钢淬火后550℃回火会产生二次硬化效应。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，发挥固溶强化作用，另一部分与碳结合，根据铬含量(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抗回火性^[14]，这种交互作用提高了钢的耐热变形性。

铬溶入钢奥氏体，增加钢的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都与Cr也是增加钢淬透性的合金元素。

Cr对钢共析点的影响，它和Mn大致相似，共析点的含铬量约为5%C量降到0.5%左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti加入显著减少了共析点的含量C数量。因此，热作模具钢和高速钢属于过分析钢。共析含量C奥氏体化后组织中和更终组织中合金碳化物含量的减少。

钢中合金C化学物质的行为与其自身的稳定性有关事实上，合金C化学物质的结构、稳定性性C化物形成元素d电子壳层和S电子外壳层的电子缺乏程度是相关的。随着电子缺乏程度的下降，金属原子半径减小，碳和金属元素的原子半径比rc/rm增加，合金C化合物从间隙相对间隙变化，C其相应的熔化温度和化学稳定性减弱A溶解温度降低，产生自由能的**值降低，相应的硬度值降低。面心立方点阵VC碳化物，稳定性高，约在900~950℃温度开始溶解，在1100℃以上开始大量溶解(溶解终结温度为1413℃）；它在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 碳化物具有密排和简单的六方点阵，稳定性较差，硬度、熔点和溶解温度较高，仍可用作500~650℃钢的强化相用于范围。M23C6(如Cr23C6等)立方点阵复杂，稳定性差，结合强度弱，熔点和溶解温度低(在1090℃溶入A中)只有少数耐热钢经综合金化后才有较高的稳定性(如（CrFeMoW）23C6,可作为强化相。六方结构复杂M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)稳定性较差，它和Fe3C碳化物易溶解沉淀，聚集生长速度大，一般不能作为高温强化相。

end