H13我们必须知道模具钢的性能！

H13简介

H13是热作模具钢，执行标准GB/T1299—2000。；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、耐冲击工具钢、冷模钢、热模钢、无磁模钢、塑料模钢。

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;

用途

H13模具钢用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模；铝、铜及其合金压铸模。引进美国H13热作模具钢空淬硬化。其性能、用途和用途4Cr5MoSiV钢基本相同，但由于钒含量较高，因此，中温(600度)的性能比4Cr5MoSiV钢是热作模具钢中广泛使用的代表性钢号。

特性

电渣重熔钢，具有高淬火和耐热裂纹能力，含碳和钒含量高，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。

硬度分析

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的基体，导致固体溶解和强化。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和回火马氏体的组织均匀分布决定。可以看出，钢中的含量C量不宜过低。

H13热处理工艺

1.市场上提供的预热处理 H13钢和模坯，钢厂已进行退火热处理，确保金相组织良好，硬度适当，加工性好，无需退火。但改锻后，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.淬火和回火 要求韧性好的模具淬火工艺规范: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，应避免回火过程500℃左右为宜。根据使用模具的需要，在540～620℃范围内回火较好。

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如果钢的气体渗氮或氮碳共渗可以进一步加强模具，但其氮化温度不应高于回火温度，以确保心脏强度不会降低，从而提高模具的使用寿命。

众所周知，钢中碳含量的增加将提高钢的强度。对于热模具钢，它将提高高温强度、热硬度和耐磨性，但会降低其韧性。学者们将在工具钢产品手册中提供各种文献H型钢的性能明显证明了这一观点。一般认为，导致钢塑性和韧性降低的碳含量边界是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，尽量降低钢的碳含量。有数据表明，钢的抗拉强度达到1550MPa以上时,含C量在0.3%-0.4%为宜。H13钢的强度Rm，有文献介绍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等钢中的含C量都为0.39%和0.38%等，表1中列出了相应的韧性指标，其原因可以从中窥见。

对于需要更高强度的热作模具钢，采用的方法是H13钢成分的基础上提高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。

2.2 铬： 铬是合金工具钢中更常见、更便宜的合金元素。H热作模具钢中含有Cr量在2%~12%的范围。我国合金工具钢（GB/T1299）除了37个钢号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，提高钢的抗氧化性。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起固溶强化作用，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它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。一般国内现有数据[15]只适用于Grossmann等待信息，后来Moser和Legat提出[16、22]进一步工作C基本淬透直径由奥氏体晶粒度决定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透因子（见图3）Di,也可以从下面的类似计算: Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1) 　(1)式中各合金元素以质量百分数表示。由该式，人们对Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni对钢淬透性的影响有相当清晰的半定量理解。

Cr它及其对钢共析点的影响Mn大致相似，共析点的含铬量约为5%C量降到0.5%左右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

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电子壳层的电子缺乏程度与[17]有关。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，约为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℃）[17]；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 碳化物具有密集排列和简单的六方点阵，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类碳化物一样很易溶解和析出，聚集生长速度大，一般不能用作高温强化相[17]。

我们还在Fe-Cr-C三元相图可以简单理解H13钢中的合金碳化物相。Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等温截面相图，包含0.4%C钢中,随Cr会出现量增加（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。870℃图中，只包含Cr量大于11%才会出现M23C6）。另外根据Fe-Cr-C三元系在5%Cr垂直截面，对含0.40%C退火状态下的钢α相(约1%固溶)Cr）和（CrFe）7C3合金C化学物质。加热到791℃以上形成奥氏体A和进入（α A M7C3）三相区,在795℃左右进入（A M7C3）两相区，约在970℃时,（CrFe）7C3消失，进入单相A区。当基体含有时C量﹤0.33%时,在7