基本資料

　　H13[1]是一種熱作模具鋼，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299-2000。 T2050統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)；4Cr5MoSiV1型號(hào)；

　　H13

　　通稱合工鋼的合金工具鋼，應(yīng)在碳工鋼的前提下加入合金元素。其中合工鋼包括：量具刀具鋼、抗沖擊工具鋼、冷模鋼、熱模鋼、無磁模鋼、塑料模鋼。

　　物理性能

　　強(qiáng)度 ：淬火,245～淬火，205HB，≥50HRC

　　交戰(zhàn)情況

　　HBW10/3000布氏硬度（≤235））

　　2關(guān)鍵特點(diǎn)

　　H13鋼是最廣泛、最具代表性的熱作模鋼種，其主要特點(diǎn)是：[2]

　　(1)淬透性強(qiáng)，韌性強(qiáng)；

　　(2)良好的耐熱裂縫水平，可在工作場(chǎng)所給予水冷；

　　(3)具有中等耐磨性，也可采用滲氮或滲氮工藝提高表面硬度，但稍微降低耐熱裂紋；

　　(4)由于碳含量低，二次硬化水平在淬火中較弱；

　　(5)在較高溫度下具有抗變軟性，但使用溫度高于540℃(10000)℉）強(qiáng)度迅速下降(即可耐工作溫度為540℃)；

　　(6)熱處理變形??；

　　(7)中等和強(qiáng)切削加工性能；

　　(8)中等抗?jié)B碳水平。

　　更引人注目的是，它還可以用來制造航天工業(yè)中的關(guān)鍵部件。

　　更引人注目的是，它還可以用來制造航天工業(yè)中的關(guān)鍵部件。

　　3生活用途

　　其用途與9CRWMN模具鋼基本相同，但由于其釩含量較高，中溫(600度)性能優(yōu)于4Cr5MoSiV鋼，是熱作模具鋼中廣泛使用的象征性鋼號(hào)。

　　H13模具鋼用于制造沖擊載荷大的鍛模、熱擠模、精鍛模；鋁、銅及其合金壓鑄模。

　　4成分

　　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；

　　淬火：790度 -15度加熱，1000度(鹽浴)或1010度(爐控氣氛) -加熱6度，保溫5~15分鐘，空冷550度。 -6度 淬火；淬火，熱處理；

　　H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)，許多國(guó)家的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究，并且正在改進(jìn)研究成分。鋼材具有廣泛的應(yīng)用和優(yōu)良的特性，主要取決于鋼材的化學(xué)成分。鋼材具有廣泛的應(yīng)用和優(yōu)良的特性，主要取決于鋼材的化學(xué)成分。天然鋼材中的殘?jiān)乇仨殰p少，有數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)Rm處于1550MPa時(shí)，材料含硫量由0.005%降至0.003%，將使沖擊韌度提高約13J。十分明顯,NADCA 207-2003規(guī)范要求：優(yōu)級(jí)規(guī)范(premium)H13鋼含硫量低于0.005%，而且很大。(superior)S和0.015%應(yīng)小于0.003%P。以下是對(duì)H13鋼成分的分析。

　　H13

　　碳：美國(guó)AISI H13，UNS T20813，ASTMH13和FED(最新版本) QQ-T-H13鋼570的含碳量規(guī)定為(0.32~0.45)%，是所有H13鋼中碳含量最廣的范疇。德國(guó)X40CrMoV5-1和1.2344含碳量為(0.37~0.43)%，含碳量范圍較窄，德國(guó)DIN17350含碳量為(0.36~0.42)%，X38CrMoV5-1含碳量為%。日本SKD 含碳量為61%(0.32~0.42)%。我國(guó)GB/T 1299和YB/T 4Cr5MoSiV1和SMoSM 在SKD61和AISISI中，4Cr5MoSiV1的碳含量為%和%(0.32~0.45)%， H13同樣。尤其是北美壓鑄協(xié)會(huì)NADCA 207-90、H13鋼的含碳量在207-97和207-2003規(guī)范中均為(0.37~0.42)%。

　　根據(jù)鋼中碳含量和淬火鋼硬度的關(guān)聯(lián)曲線，可以知道淬火鋼的基材強(qiáng)度是由鋼中碳含量和淬火鋼硬度之間的關(guān)聯(lián)曲線決定的。對(duì)于工具鋼，鋼中碳的一部分進(jìn)入鋼的基材，導(dǎo)致固溶強(qiáng)化。另外，部分碳會(huì)與合金元素中的滲碳體結(jié)合形成合金滲碳體。對(duì)于熱作模具鋼，這種合金滲碳體除了少量殘留外，還規(guī)定他在淬火過程中彌漫在淬火馬氏體基材上，造成兩次硬化。然后，熱作模具鋼的性能由共同分布的殘余合金碳化合物和回火馬氏體部門確定。很容易看出，鋼中的C含量不能太低。

　　含有5%Cr的H13鋼應(yīng)該具有很強(qiáng)的韌性，因此含有的C量應(yīng)該保持在形成一點(diǎn)合金C化物的程度。Woodyatt 在870℃，Krauss強(qiáng)調(diào)Fe-Cr-在C三元相圖中，H13鋼位于馬氏體A和（A M3C 三相區(qū)域的交界部位在M7C3中處于良好狀態(tài)。相應(yīng)的C含量約為0.4%。圖表還注明增加C或Cr量使M7C3量增加，具有較高耐磨性的A2和D2鋼進(jìn)行比較。此外，保持較低的C含量是為了使鋼的Ms點(diǎn)達(dá)到較高的溫度水平(一般來說，H13鋼的Ms數(shù)據(jù)介紹為340℃左右)，使鋼在淬火至室溫時(shí)獲得以?shī)W氏體為主的合金C化物組織，并在淬火后獲得均勻的回火馬氏體組織。防止過多的殘余奧氏體在工作溫度下發(fā)生變化，危害工件的工作特性或變形。在淬火后的兩次或三次淬火過程中，這種少量殘留的奧氏體應(yīng)該徹底改變。順便說一下，H13鋼淬火后得到的馬氏體組織是板M 少許塊狀M 一點(diǎn)殘留A。經(jīng)過淬火后，在板條M上析出的非常細(xì)的合金滲碳體，中國(guó)學(xué)者也做了一些工作。

　　眾所周知，鋼中碳含量的增加會(huì)增加鋼的強(qiáng)度。對(duì)于熱作模具鋼來說，它會(huì)提高高溫強(qiáng)度、熱態(tài)硬度和耐磨性，但會(huì)降低其韌性。在工具鋼產(chǎn)品手冊(cè)文獻(xiàn)中，學(xué)者對(duì)各種H型鋼的性能進(jìn)行了比較明顯的驗(yàn)證。一般認(rèn)為導(dǎo)致鋼塑性和韌性下降的碳含量界限為0.4%。所以規(guī)定人們?cè)阡摵辖鸹O(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：在保持強(qiáng)度的同時(shí)，要盡量減少鋼的碳含量，有些材料已經(jīng)提出：當(dāng)鋼的抗壓強(qiáng)度達(dá)到1550MPa以上時(shí)，含C量為0.3%-0.4%。關(guān)于1503.13鋼強(qiáng)度Rm的文獻(xiàn)。MPa1937年(46HRC時(shí))和MPa(51HRC時(shí))。

　　查看TQ-1，F(xiàn)ORD和GM公司資料介紹、Dievar和ADC3等鋼中的C含量均為0.39%和0.38%等，相應(yīng)的韌性指標(biāo)等列于表1，其原因可以從管窺中得到。

　　對(duì)于規(guī)定較高強(qiáng)度的熱作為模具鋼，選擇的方法是在H13鋼成分的前提下增加Mo成分或含碳量，這將在后面討論。預(yù)計(jì)自然韌性和塑性會(huì)略有降低。

　　2.2 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)的Cr含量為2%~12%。合金工具鋼在中國(guó)（GB在37個(gè)鋼號(hào)中，除了8CrSi和9Mn2V之外，T1299都有Cr。鉻有利于鋼的耐磨性、高溫強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、韌性和淬透性。同時(shí)，當(dāng)它與基材融合時(shí)，鋼的耐腐蝕性會(huì)得到顯著提高。H13鋼中含有的Cr和Si會(huì)使氧化膜致密，從而提高鋼的抗氧化性。此外，Cr對(duì)0.3C-分析1Mn鋼淬火特性的功效，添加﹤6% Cr有利于提高鋼淬火抗力，但不能構(gòu)成二次硬化；當(dāng)含有Cr時(shí)，﹥?cè)?50℃淬火后，6%的鋼淬火具有二次硬化作用。熱作鋼模具鋼的添加量一般為5%鉻。

　　一部分工具鋼中的鉻融入鋼中，起到固溶強(qiáng)化作用，另一部分與碳融合，根據(jù)含鉻量多少(FeCr)3C、(FeCr)以7C3和M23C6的形式存在，從而影響鋼材的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用危害，例如，當(dāng)鋼中含有鉻、鉬和釩時(shí)，Cr>3%[14]當(dāng)時(shí)，Cr可以阻止V4C3的生成和Mo2C的延遲分析，V4C3和Mo2C是提高鋼高溫強(qiáng)度和抗回火能力的增強(qiáng)相。[14]，這種交互作用提高了鋼材的耐熱變形性能。

　　在鋼馬氏體中加入鉻，提高鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni和Cr一樣，是增加鋼淬透性的合金元素。每個(gè)人都習(xí)慣于使用淬透性因素來表達(dá)，一般中國(guó)目前的材料[15]還只使用Grossmann等材料，隨后Moser和Legat[16,22]的進(jìn)一步工作提出，碳鋼的最佳臨界孔徑Dic和合金元素成分由含C量和奧氏體晶粒度確定的淬透性因素(見圖3)來計(jì)算碳鋼的最佳臨界孔徑Di，也可以從下式進(jìn)行近似計(jì)算：

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

　　(1)每種合金元素的質(zhì)量百分比表示。人們通過這種方式對(duì)待Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素對(duì)鋼淬透性的危害有相當(dāng)明確的半定量掌握。人們通過這種方式對(duì)待Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素對(duì)鋼淬透性的危害有相當(dāng)明確的半定量掌握。

　　Cr對(duì)鋼共析點(diǎn)的危害，與Mn大致相似，當(dāng)含鉻量約為5%時(shí)，共析點(diǎn)的含量降至0.5%左右。此外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加持似乎減少了共析點(diǎn)的C含量。所以可以知道：熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過共析鋼。分析中C含量的減少，會(huì)增加奧氏體化后組織中合最終組織中的合金滲碳體成分。

　　鋼中合金C化物的行為與其自身的可靠性有關(guān)。事實(shí)上，合金C化物的結(jié)構(gòu)和可靠性與相應(yīng)C化物產(chǎn)生元素的d電子殼層和S電子殼層的電子缺乏程度有關(guān)[17]。隨著電子缺乏程度的降低，金屬原子半徑的降低，碳和化學(xué)元素的原子半徑比rc/rm高，合金C化物從間隙相向間隙化合物轉(zhuǎn)變，C化物的穩(wěn)定性減弱，相應(yīng)的熔化溫度降低到A中的熔化溫度，自由能的絕對(duì)值降低，相應(yīng)的硬度值降低。VC滲碳體具有面心立方點(diǎn)陣，穩(wěn)定性高，溫度在900~950℃左右逐漸融化，在1100℃以上逐漸融化(融化結(jié)束溫度為1413℃)[17]；在500~700℃的淬火環(huán)節(jié)中，他沉淀下來，不容易聚集成長(zhǎng)，可以作為鋼中加強(qiáng)相。中等滲碳體產(chǎn)生原素W 、M2C和MCMo形成 滲碳體具有密排和簡(jiǎn)單的六方點(diǎn)陣，穩(wěn)定性較弱，強(qiáng)度、溶點(diǎn)和融解溫度較高，仍可作為500~650℃范圍內(nèi)鋼材的加強(qiáng)相。M23C6(如Cr23C6等)具有復(fù)雜的立方點(diǎn)陣，可靠性較差，結(jié)合強(qiáng)度較差，溶點(diǎn)和融解溫度較低(1090℃融入A中)，只有在少數(shù)耐磨鋼中經(jīng)過綜合金化后才具有較高的可靠性(例如（CrFeMoW）23C6，可以作為強(qiáng)化相。M7C3具有復(fù)雜的六方結(jié)構(gòu)(例如Cr7C3)、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3的穩(wěn)定性較差，它和Fe3C類滲碳體一樣容易融解和沉淀，具有較大的匯聚增長(zhǎng)率，一般不能成為高溫增強(qiáng)相[17]。

　　我們?nèi)匀粡腇e開始-Cr-在H13鋼中，C三元相圖可以簡(jiǎn)單地掌握合金滲碳體相。按Fe-Cr-C系統(tǒng)700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面相圖，對(duì)于含有0.4%C的鋼材，隨著Cr量的增加，（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）合金滲碳體7C3(M7C3)。請(qǐng)注意，M23C6只會(huì)出現(xiàn)在870℃圖上，Cr含量超過11%)。另外，基于Fe-Cr-在5%Cr時(shí)，C三元系的垂直截面，對(duì)含有0.40%C的鋼進(jìn)行退火。α相(約1%固溶)Cr）和（CrFe）合金C化物7C3。當(dāng)加熱到791℃時(shí)，產(chǎn)生馬氏體A和進(jìn)入（α A 三相區(qū)，在795℃上下進(jìn)入M7C3。（A 在970℃左右，M7C3)兩相區(qū)，（CrFe）7C3消退，進(jìn)入單相A區(qū)。在含有C量的基材中﹤只有在793℃左右才能存在0.33%(M7C3) 在796℃，M23C6和A的三相區(qū)進(jìn)入（A 在此之前，M7C3區(qū)域(0.30%C)一直保持到液相。鋼鐵中殘留的M7C3有阻擋A晶粒生長(zhǎng)的作用。Nilson提出，1.5%C-Cr成分合金13%，不穩(wěn)定。（CrFe）不產(chǎn)生23C6[20]。自然而然地，只有Fe-Cr-C三元系分析中存在一些誤差，需要了解添加合金元素的影響。