H13模具鋼的化學成分和性能

　　H模具鋼最初是美國的一種鋼，廣泛應用于世界各地。在中國，它通常被稱為4Cr5MoSiV1鋼。

　　根據(jù)鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線，H模具鋼的淬火硬度約為55HRC。對于工具鋼，鋼的一部分碳進入鋼的基體，導致固溶強化，另一部分碳與合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合形成合金碳化物。對于熱作模具鋼，該合金的碳化物需要在淬火的馬氏體基體上分散硬化。因此，熱作模具鋼的性能取決于殘余合金碳化合物和回火馬氏體組織的均勻分布。因此，鋼中的C含量不宜過低。H13鋼鉻含量為4.75%~5.50%。一般來說，含5%Cr鋼應具有較高的韌性，因此其含碳量應保持在形成合金碳化物的水平。Woodyatt和Krausst指出，在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上，Hl奧氏體鋼位于奧氏體和(A M3C M7C三、三相區(qū)交界處較好。碳含量約為0.4%。

　　此外，值得提醒的是，鋼的碳含量仍然很低Ms高溫水平(Hl3模具鋼的Ms一般數(shù)據(jù)約為340℃)，因此，當鋼淬火到室溫時，應獲得以馬氏體加入少量殘留奧氏體和均勻分布殘留物為主的合金碳化物結(jié)構(gòu)。碳含量低的回火后，可獲得均勻的回火馬氏體組織，避免奧氏體在工作溫度下變化過大，影響工件的工作性能或變形。淬火后兩三次回火時，這些少量殘留的奧氏體應完全改變。順便說一句，H模具鋼淬火后的馬氏體組織為板馬氏體 少量片狀馬氏體 奧氏體殘留少量。眾所周知，增加鋼中的碳含量會提高鋼的強度。對熱作模具鋼，可提高高溫強度、熱硬度和耐磨性，但可降低其韌性。

　　一些學者通過比較文獻中各種H型鋼的性能來證明這一點。一般認為，導致鋼塑性和韌性下降的碳含量極限為0.4%。因此，人們必須遵循以下原則：在保持強度的前提下，盡量減少鋼的碳含量。數(shù)據(jù)顯示，當鋼的抗拉強度超過1550兆帕時，碳含量為0.3%~0.4%。H13模具鋼的強度Rm為1503.1兆帕(46HRC)和1937.5兆帕(51HRC)。

　　H模具鋼中的主要合金元素具有以下功能

　　鉻：鉻可在鋼中形成碳化鉻，提高鋼的高溫強度和耐磨性，向右偏移C曲線，提高鋼的淬火和回火穩(wěn)定性。在空氣冷卻條件下，模具鋼可以硬化鉻等碳化物形成元素，為鋼提供高淬火和良好的抗軟化H。在6巴尼2氣體真空處理條件下，硬化直徑為160mm。然而，添加鉻會增加碳化物的不均勻性，導致鋼中亞穩(wěn)定共晶碳化物。一般來說，可以評估我國高碳鉻軸承鋼的相關(guān)標準。鉻含量的增加有利于提高材料的熱強度，但不利于韌性。

　　鉬：鉬也是碳化物形成元素。與鉻一樣，它可以提高鋼的高溫硬度和淬透性。此外，鉬還能細化晶粒，降低回火脆性。

　　釩：釩比鉻和鉬更容易形成碳化物，很少溶于鐵固溶體。碳化釩使鋼具有良好的熱硬度，細化晶粒，提高鋼的耐磨性。

　　硅：硅是鐵素體替代固溶強化的有效元素，僅次于磷，但在一定程度上降低了鋼的韌性和塑性。一般來說，硅僅限于鋼脫氧所需的范圍。若將硅作為合金元素添加到鋼中，其含量一般不低于0.40%。硅也是提高耐回火性的有效元素。Si降低了鐵素體中碳的擴散率，使回火過程中沉淀的碳化物難以聚集，提高了回火的穩(wěn)定性。此外，硅易使鋼呈帶狀組織，使鋼的橫向性能低于縱向性能，提高鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度。Si還能提高鋼脫碳的敏感性，但有利于提高高溫抗氧化性。

　　錳：錳能改變鋼凝固過程中形成的氧化物的性質(zhì)和形狀。同時，它與S有很大的親和力，可以避免晶界形成低熔點硫化物FeS，有一定的塑性MnS從而消除硫的有害作用，提高鋼的熱加工性能。Mn它具有固溶強化作用，從而提高鐵素體和奧氏體的強度和硬度。雖然其固溶強化效果不如碳、磷、硅，但對鋼的延展性影響不大。錳是唯一能提高屈服強度，降低冷脆溫度變化的合金元素。