0.32~0.450.80~1.200.20~0.504.75~5.501.10~1.750.80~1.20≤0.030≤0.030

用途

H13模具鋼用于制造沖擊載荷大的鍛模、熱擠壓模、精鍛模；鋁、銅及其合金壓鑄模。引進(jìn)美國(guó)H13空淬硬化熱作模具鋼。其性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但由于釩含量較高，中溫(600度)性能比4Cr5MoSiV鋼要好，是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號(hào)。

熱處理

(交貨狀態(tài):布氏硬度:布氏硬度HBW10/3000(小于等于235)

淬火：790度±15度預(yù)熱

1000度(鹽浴)或1010度(爐控氣氛)±6度加熱

保溫5~15min空冷

550度±6度退火、熱加工；

特性

h13重熔鋼，鋼具有高淬火和耐熱裂紋能力，含碳和釩含量高，耐磨性好，韌性相對(duì)較弱，耐熱性好，強(qiáng)度和硬度高，耐磨韌性高，綜合力學(xué)性能優(yōu)異，抗回火穩(wěn)定性高。

硬度分析

淬火鋼的基體硬度取決于鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線，H13模具鋼淬火硬度為55HRC左右。對(duì)于工具鋼，鋼中的部分碳進(jìn)入鋼的基體，導(dǎo)致固體溶解和強(qiáng)化。另一部分碳將與合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合成合金碳化物。對(duì)于熱模具鋼，該合金碳化物除少量殘留外，還需要在淬火馬氏體基體上進(jìn)行兩次硬化。因此，熱模具鋼的性能由殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織均勻分布決定。鋼的C含量不宜過低。

熱處理工藝

1.預(yù)熱處理

市場(chǎng)供應(yīng)H13鋼和模坯已在鋼廠進(jìn)行退火熱處理，確保金相組織良好，硬度適當(dāng)，加工性好，無(wú)需退火。但改鍛后，廠家破壞了原有的組織和性能，增加了鍛造應(yīng)力，必須進(jìn)行重新退火。

等溫球化退火工藝為860~890℃加熱保溫2h，降溫到740～760℃等溫4h，爐冷到500℃左右出爐。

二、淬火及回火

模具淬火工藝規(guī)范：加熱溫度為1020~1050℃，油冷或空冷，硬度54~58HRC；模具淬火工藝規(guī)范要求熱硬度為主，加熱溫度為1050~1080℃，油冷，硬度56~58HRC。

回火溫度為530~560℃，硬度48～52HRC；回火溫度560～580℃；硬度47～49HRC。

回火應(yīng)進(jìn)行兩次?！婊鼗饡r(shí)出現(xiàn)回火二次硬化峰，回火硬度最高，峰值55HRC但韌性最差。因此，回火工藝應(yīng)避免500℃左右為宜。根據(jù)使用模具的需要，在540～620℃范圍內(nèi)回火較好。

淬火加熱應(yīng)預(yù)熱兩次(600~650℃，800～850℃），減少加熱過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

3.化學(xué)熱處理

H氣體滲氮或氮碳共滲可進(jìn)一步加強(qiáng)模具，但其氮化溫度不得高于回火溫度，確保心臟強(qiáng)度不降低，從而提高模具的使用壽命。

鋼的化學(xué)成分

H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼在世界上得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，許多來(lái)自世界各地的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究，并探索了化學(xué)成分的改進(jìn)。鋼的廣泛應(yīng)用和優(yōu)良特性主要由鋼的化學(xué)成分決定。當(dāng)然，必須減少鋼中的雜質(zhì)元素，有資料表明，當(dāng)Rm在1550MPa材料硫含量為0.005%降到0.003%會(huì)使沖擊韌性提高約13%J。十分明顯,NADCA

規(guī)定207-2003標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)級(jí)(premium)H13鋼硫含量小于0.005%,而超級(jí)(superior)的應(yīng)小于0.003%S和0.015%P。下面對(duì)H分析了13鋼的成分。

碳：美國(guó)AISI H13，UNS T20813，ASTM(最新版)H13和FED

QQ-T-570的H13鋼的碳含量規(guī)定為(0.32~0.45%，是全部H13鋼含碳量最廣。X40CrMoV5-1和1.2344含碳量為(0.37~0.43)%，含碳量范圍窄，德國(guó)DIN17350中還有X38CrMoV5-含碳量為(0.36~0.42）%。日本SKD

61含碳量為(0.32~0.42）%。我國(guó)GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM

4Cr5MoSiV含碳量為(0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISI H13相同。特別是北美壓鑄協(xié)會(huì)NADCA

207-90，207-97，207-2003標(biāo)準(zhǔn)H13鋼的碳含量規(guī)定為(0.37~0.42）%。

含5%Cr的H13鋼應(yīng)具有較高的韌性，因此其含C量應(yīng)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在三元相圖上，H13鋼位于奧氏體A和（A M3C M7C3)三相區(qū)交界處較好。相應(yīng)的C含量約為0.4%。圖中還標(biāo)注增加C或Cr量使M7C3量增加，耐磨性能更高A2和D2鋼作比較。此外，保持相對(duì)較低的C含量是很重要的Ms溫度水平相對(duì)較高(H13鋼的Ms一般資料介紹340℃左右)，使鋼在淬火至室溫時(shí)獲得以馬氏體為主的少量殘留A和殘留均勻分布的合金C化物組織，回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免過多的殘余奧氏體在工作溫度下發(fā)生變化，影響工件的工作性能或變形。在淬火后的兩三次回火過程中，應(yīng)完全改變這些少量殘余奧氏體。順便說(shuō)一句，H13鋼淬火后獲得的馬氏體組織為板條M 少量片狀M 少量殘余A。國(guó)內(nèi)學(xué)者在板條狀M上沉淀的細(xì)合金碳化物回火后也做了一些工作。

模具鋼分析

眾所周知，增加鋼中的碳含量會(huì)提高鋼的強(qiáng)度。對(duì)于熱模具鋼，它會(huì)提高高溫強(qiáng)度、熱硬度和耐磨性，但會(huì)降低其韌性。學(xué)者們?cè)诠ぞ咪摦a(chǎn)品手冊(cè)中明顯證明了各種H型鋼的性能。一般認(rèn)為，導(dǎo)致鋼塑性和韌性降低的碳含量限制為0.4%。因此，要求人們?cè)阡摵辖鸹O(shè)計(jì)中遵循以下原則：在保持強(qiáng)度的前提下，盡量降低鋼的碳含量，提出鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到1550MPaC含量在0以上.3%-0.4%為宜。H13鋼的強(qiáng)度Rm，文獻(xiàn)介紹1503.1MPa(46HRC時(shí))和1937.5MPa(51HRC時(shí))。

查閱FORD和GM推薦公司信息TQ-1、Dievar和ADC3等鋼的C含量為0.39%和0.38%等，表1中列出了相應(yīng)的韌性指標(biāo)，其原因可以從中窺見。

對(duì)于需要更高強(qiáng)度的熱作模具鋼，采用的方法是H在提高13鋼成分的基礎(chǔ)上Mo含碳量或含碳量的增加將在后面討論。當(dāng)然，可以預(yù)測(cè)韌性和塑性會(huì)略有降低。

鉻：

鉻是合金工具鋼中最常見、最便宜的合金元素。H型熱作模具鋼在美國(guó)含有Cr量在2%~12%的范圍。我國(guó)合金工具鋼（GB/T1299)37個(gè)鋼號(hào)，除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對(duì)鋼的耐磨性、高溫強(qiáng)度、熱硬度、韌性和淬火性有良好的影響，溶解在基體中會(huì)顯著提高鋼的耐腐蝕性H13鋼中含Cr和Si會(huì)使氧化膜致密，提高鋼的抗氧化性。Cr對(duì)0.3C-1Mn分析鋼回火性能的作用，添加﹤6%

Cr有利于提高鋼回火抗力，但不能構(gòu)成二次硬化；當(dāng)Cr﹥550℃回火會(huì)產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。熱作鋼模具鋼的添加量一般為5%鉻。

工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強(qiáng)化作用，另一部分與碳結(jié)合,按含鉻量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而影響鋼的性能。此外，還應(yīng)考慮合金元素的交互作用，如果鋼中含有鉻、鉬和釩，Cr>3%[14]時(shí)，Cr能阻止V4C3.生成和延遲Mo2C共格析出，V4C3和Mo2C這種交互作用提高了鋼的耐熱變形性能，提高了鋼的高溫強(qiáng)度和抗回火性。

鉻溶入鋼奧氏體，增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr也是增加鋼淬透性的合金元素。人們習(xí)慣用淬透因子來(lái)表示，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有資料[15]一般只使用Grossmann等待信息，后來(lái)Moser和Legat[16、22]的進(jìn)一步工作提出，基本淬透直徑由C含量和奧氏體晶粒度決定Dic計(jì)算合金鋼的理想臨界直徑，并根據(jù)合金元素含量確定淬透因子（見圖3）Di,也可以從下式計(jì)算近似：

Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)

(1)型式中的合金元素以質(zhì)量百分比表示。這種類型，人們對(duì)Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影響鋼淬透性有相當(dāng)明確的半定量了解。

Cr它及其對(duì)鋼共析點(diǎn)的影響Mn大致相似，當(dāng)含鉻量約為5%時(shí)，共析點(diǎn)的C含量降至0.5%左右Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti加入顯著降低了共析點(diǎn)的C含量。因此，可以知道熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過分析鋼。降低C含量，奧氏體化后組織中和最終組織中的合金碳化物含量將增加。

鋼中合金C化物的行為與其自身的穩(wěn)定性有關(guān)。事實(shí)上，合金C化物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與相應(yīng)C化物形成元素的D電子外殼和S電子外殼的電子缺乏有關(guān)[17]。隨著電子缺乏的下降，金屬原子半徑減小，碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增加，合金C化合物由間隙相對(duì)間隙化合物變化，C降低了化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性，降低了相應(yīng)的熔化溫度和A中的溶解溫度，降低了產(chǎn)生自由能的絕對(duì)值，降低了相應(yīng)的硬度值。面心立方點(diǎn)陣VC碳化物穩(wěn)定性高，約9000~950℃溫度開始溶解，11000℃大量溶解開始(溶解終結(jié)溫度為1413)℃）[17]；它在500~700℃回火過程中沉淀，不易聚集和生長(zhǎng)，可作為鋼的強(qiáng)化階段。中等碳化物形成元素W

、Mo形成的M2C和MC

碳化物具有密排和簡(jiǎn)單的六方點(diǎn)陣，穩(wěn)定性較差，硬度、熔點(diǎn)和溶解溫度較高，仍可作為500~650℃鋼的強(qiáng)化相用于范圍。M23C6(如Cr23C6等)立方點(diǎn)陣復(fù)雜，穩(wěn)定性差，熔點(diǎn)和溶解溫度低，結(jié)合強(qiáng)度弱℃溶解在A中)，只有少數(shù)耐熱鋼經(jīng)綜合金化后才具有較高的穩(wěn)定性(如（CrFeMoW）23C6.可作為強(qiáng)化相。六方結(jié)構(gòu)復(fù)雜M7C3(如Cr7C3、

Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)穩(wěn)定性較差，和Fe3C類碳化物也容易溶解和沉淀，具有較大的聚集長(zhǎng)大速度，一般不能作為高溫強(qiáng)化相[17]。

我們?nèi)詮腇e-Cr-C三元相圖可以簡(jiǎn)單理解H13鋼中的合金碳化物相。Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面的相圖為0.4%C鋼中,隨Cr會(huì)出現(xiàn)量增加（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意870℃圖上, 只有含Cr量大于11%才會(huì)出現(xiàn)M23C6)。另外根據(jù)Fe-Cr-C 三元系在5%Cr時(shí)的垂直截面,對(duì)含0.40%C的鋼在退火狀態(tài)下為α相（約固溶1%Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。當(dāng)加熱至791℃以上形成奧氏體A和進(jìn)入（α+A+M7C3）三相區(qū),在795℃左右進(jìn)入