H13鋼是世界上廣泛使用的熱作模具鋼。該鋼具有良好的熱強(qiáng)度、韌性和淬火性。廣泛應(yīng)用于熱鍛模、銅鋁合金壓鑄模等生產(chǎn)領(lǐng)域。它是當(dāng)今世界上使用最廣泛的熱作模具鋼之一。眾所周知，電渣重熔冶煉工藝正在改進(jìn)H13模具鋼的質(zhì)量有重要作用，但由于種種原因目前國(guó)產(chǎn)H13鋼最常見(jiàn)的生產(chǎn)工藝仍然是傳統(tǒng)的電爐冶煉。與電渣重熔冶煉相比，電爐冶煉工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省20%~30%的生產(chǎn)成本。因此，如果通過(guò)合理的鍛造工藝和熱處理工藝，可以在一定程度上提高電爐鋼的質(zhì)量、性能和使用壽命，將帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，一些人系統(tǒng)地研究了不同的鍛造比較電爐冶煉生產(chǎn)H對(duì)13鋼的組織和機(jī)械性能的影響，并對(duì)其規(guī)律進(jìn)行總結(jié)和分析，對(duì)傳統(tǒng)電爐鋼的生產(chǎn)和發(fā)展具有較大的參考價(jià)值。
撫順?shù)搹S常規(guī)生產(chǎn)的試驗(yàn)材料H13電爐鋼錠，上直徑410mm，下口直徑330mm，單向熱鍛拔長(zhǎng)后，鍛造比分別為2、4、6、10，830℃球化退火小于30~40℃/h慢慢降溫到500℃鋼錠的化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %
成分
C
Mn
Si
S
P
Ni
Cr
V
Mo
Cu
含量
0.415
0.42
1.13
0.0025
0.021
0.16
4.98
0.99
1.32
0.12
在鋼錠心部和直徑1/4的邊緣切割樣品，觀察鋼錠橫向不同部位的鑄造組織；鋼錠退火后，切6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，10個(gè)垂直不同位置mm×10mm×55mm夏比V型缺口沖擊試樣采用JB30B沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)量淬火和回火的沖擊性能，觀察其斷口形狀，測(cè)量淬火和回火不同部位的硬度和組織差異。質(zhì)量調(diào)節(jié)沖擊樣品的熱處理工藝為1030℃保溫30min后油冷淬火，600℃×2h回火兩次。用4%硝酸酒精腐蝕金相樣品LEICA MEF4M光學(xué)顯微鏡和S-4300冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)顯微組織進(jìn)行觀察分析；鋼中非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T10561-2005。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其變化規(guī)律的準(zhǔn)確性，本試驗(yàn)使用的所有材料均爐鋼錠，退火淬火工藝完全一致。
H13模具鋼熱處理工藝
1.市場(chǎng)上提供的預(yù)熱處理 H13鋼和模坯在鋼廠進(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。但廠家改鍛后破壞了原有的組織和性能，增加了鍛造應(yīng)力，必須重新退火。
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.淬火和回火 模具淬火工藝規(guī)范要求韌性好：加熱溫度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。在500℃回火時(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)模具的使用需要，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(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
3.化學(xué)熱處理 H13鋼氣體氮或氮碳共滲可進(jìn)一步加強(qiáng)模具，但其氮化溫度不應(yīng)高于回火溫度，以確保心臟強(qiáng)度不降低，從而提高模具的使用壽命。
結(jié)果表明，在相同的鍛造比下H13電爐鋼的橫向沖擊明顯小于縱向，鋼錠的橫向、縱向邊緣到心臟的沖擊越來(lái)越差；不同的鍛造對(duì)橫向沖擊影響不大，縱向沖擊隨著鍛造比的增加而增加。研究表明，單向熱鍛拔長(zhǎng)不能有效提高鋼的橫向止裂性能；電爐H熱作模具鋼的鍛造比控制在4~6范圍內(nèi)比較合適。
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