H13:是熱作模具鋼。執(zhí)行標準GB/T1299—2000。 統(tǒng)一數(shù)字代號A20502；牌號4Cr5MoSiV1；合金工具鋼簡稱合工鋼，是在碳工鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素而形成的鋼種。

其中合工鋼包括：量具刃具用鋼、耐沖擊工具用鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、無磁模具鋼、塑料模具鋼。

化學成分（%）

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；

H13熱處理工藝

1、預先熱處理市場上供應(yīng)的H13鋼鋼材和模坯，在鋼廠都已作好退火熱處理，保證了具有良好的金相組織，適當?shù)挠捕?，良好的加工性，無需再進行退火。但制造廠進行改鍛后破壞了原來的組織和性能，增加了鍛造應(yīng)力，必須進行重新退火。

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。

2、淬火及回火 要求韌性好的模具淬火工藝規(guī)范：加熱溫度1020～1050℃，油冷或空冷，硬度54～58HRC；要求熱硬性為主的模具淬火工藝規(guī)范、加熱溫度1050～1080℃，油冷，硬度56～58HRC。

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

回火應(yīng)進行兩次。在500℃回火時，出現(xiàn)回火二次硬化峰，回火硬度最高，峰值在55HRC左右，但韌性最差。因此，回火工藝應(yīng)避開500℃左右為宜。根據(jù)模具的使用需要，在540～620℃范圍內(nèi)回火較好。

淬火加熱應(yīng)進行兩次預熱（600～650℃，800～850℃），以減少加熱過程產(chǎn)生熱應(yīng)力。

3、化學熱處理 H13鋼若進行氣體滲氮或氮碳共滲可使模具進一步強化，但其氮化溫度不應(yīng)高于回火溫度，以保證心部強度不降低，從而提高模具的使用壽命。

特性

電渣重容鋼，該鋼具有高的淬透性和抗熱裂能力，該鋼含有較高含量的碳和釩，耐磨性好，韌性相對有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時具有較好的強度和硬度，高的耐磨性的韌性，優(yōu)良的綜合力學性能和較高的抗回火穩(wěn)定性。

硬度分析

鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。

對工具鋼而言，鋼中的碳一部分進入鋼的基體中引起固溶強化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合成合金碳化物。對熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外，還要求它在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生兩次硬化現(xiàn)象。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來決定熱作模具鋼的性能。由此可見，鋼中的含C量不能太低。

化學元素對H13性能的影響

碳：美國AISI H13，UNS T20813，ASTM（最新版）的H13和FED QQ-T-570的H13鋼的含碳量都規(guī)定為（0.32~0.45）%，是所有H13鋼中含碳量范圍最寬的。德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為（0.37~0.43）%，含碳量范圍較窄，德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為（0.36~0.42）%。日本SKD 61的含碳量為（0.32~0.42）%。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量為（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISI H13相同。

特別要指出的是：北美壓鑄協(xié)會NADCA 207-90、207-97和207-2003標準中對H13鋼的含碳量都規(guī)定為（0.37~0.42）%。含5%Cr的H13鋼應(yīng)具有高的韌度，故其含C量應(yīng)保持在形成少量合金C化物的水平上

所周知，鋼中增加碳含量將提高鋼的強度，對熱作模具鋼而言，會使高溫強度、熱態(tài)硬度和耐磨損性提高，但會導致其韌度的降低。學者在工具鋼產(chǎn)品手冊文獻中將各類H型鋼的性能比較很明顯證明了這個觀點。通常認為導致鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們在鋼合金化設(shè)計時遵循下述原則:在保持強度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強度達1550MPa以上時,含C量在0.3%-0.4%為宜。H13鋼的強度Rm，有文獻介紹為1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。

對要求更高強度的熱作模具鋼，采用的方法是在H13鋼成分的基礎(chǔ)上提高Mo含量或提高含碳量，這將在后面還會論及，當然韌度和塑性的略為降低是可以預料的。

鉻： 鉻是合金工具鋼中最普遍含有的和價廉的合金元素。在美國H型熱作模具鋼中含Cr量在2%~12%范圍。在我國合金工具鋼（GB/T1299）的37個鋼號中,除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對鋼的耐磨損性、高溫強度、熱態(tài)硬度、韌度和淬透性都有有利的影響，同時它溶入基體中會顯著改善鋼的耐蝕性能，在H13鋼中含Cr和Si會使氧化膜致密來提高鋼的抗氧化性。再則以Cr對0.3C-1Mn鋼回火性能的作用來分析，加入﹤6% Cr對提高鋼回火抗力是有利的，但未能構(gòu)成二次硬化；當含Cr﹥6%的鋼淬火后在550℃回火會出現(xiàn)二次硬化效應(yīng)。人們對熱作鋼模具鋼一般選5%鉻的加入量。

工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強化作用，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，從而來影響鋼的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用影響，如當鋼中含鉻、鉬和釩時，Cr>3%^[14]時，Cr能阻止V4C3的生成和推遲Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C是提高鋼材的高溫強度和抗回火性的強化相^[14]，這種交互作用提高該鋼耐熱變形性能。

鉻溶入鋼奧氏體中增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr一樣是增加鋼淬透性的合金元素。

Cr對鋼共析點的影響，它和Mn大致相似，在約5%的含鉻量時，共析點的含C量降到0.5%左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入更顯著降低共析點含C量。為此可以知道：熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過共析鋼。共析含C量的降低，將增加奧氏體化后組織中和最后組織中的合金碳化物含量。

鋼中合金C化物的行為與其自身的穩(wěn)定性有關(guān)，實際上，合金C化物的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性與相應(yīng)C化物形成元素的d電子殼層和S電子殼層的電子欠缺程度相關(guān)。隨著電子欠缺程度下降，金屬原子半徑隨之減小，碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增加，合金C化物由間隙相向間隙化合物變化，C化物的穩(wěn)定性減弱，其相應(yīng)熔化溫度和在A中溶解溫度降低，其生成自由能的絕對值減小，相應(yīng)的硬度值下降。具有面心立方點陣的VC碳化物，穩(wěn)定性高，約在900~950℃溫度開始溶解，在1100℃以上開始大量溶解（溶解終結(jié)溫度為1413℃）；它在500~700℃回火過程中析出，不易聚集長大，能作為鋼中強化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和簡單六方點陣，它們的穩(wěn)定性較差些，亦具較高的硬度、熔點和溶解溫度，仍可作為在500~650℃范圍使用鋼的強化相。M23C6(如Cr23C6等)具有復雜立方點陣，穩(wěn)定性更差，結(jié)合強度較弱，熔點和溶解溫度較低（在1090℃溶入A中），只有在少數(shù)耐熱鋼中經(jīng)綜合合金化后才有較高穩(wěn)定性（如（CrFeMoW）23C6,可作為強化相。具有復雜六方結(jié)構(gòu)的M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)的穩(wěn)定性更差，它和Fe3C類碳化物一樣很易溶解和析出，具有較大的聚集長大速度，一般不能作為高溫強化相。

如何鑒別H13模具鋼：

我們可以通過手持式光譜儀，直接對模具鋼進行分析。幾秒就可以出牌號和各個元素的成分是多少。

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