H13模具鋼經(jīng)過熱處理后可獲得高強(qiáng)度、紅硬度、高沖擊韌性值等優(yōu)異性能。H從13鋼的化學(xué)成分開始，解釋了高溫球化退火、淬火和二次回火的選擇，提供了工藝數(shù)據(jù)，并在生產(chǎn)實(shí)踐中提供了五種經(jīng)驗(yàn)。

引言

H13鋼是世界上廣泛使用的熱作模具鋼，壓鑄模具、熱鍛模具和擠壓模具的制造具有良好的沖擊韌性、耐磨性、延展性和熱硬性。本文介紹了H13鋼改鍛后的熱處理工藝。

H13 鋼鐵是美國的國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI鋼號，相當(dāng)于中國GB/T1299中的4Cr5MoSiV1。H13鋼中有Cr、Mo、Si、V 等合金元素[1]，見表1，除了Si元素不形成碳化物，Cr、Mo、V這三種元素與碳結(jié)合形成特殊的碳化物，這將提高鋼的耐回火性。

表1 H13模具鋼的化學(xué)成分

Cr的影響：Cr當(dāng)鉻的碳化物固溶于奧氏體時(shí)，可與碳結(jié)合形成特殊的碳化物，過冷奧氏體的穩(wěn)定性可以提高。當(dāng)它溶于馬氏體時(shí)，有助于提高其回火能力，促進(jìn)二次硬化效應(yīng)Cr主要目的是提高H13鋼的淬透性、高溫強(qiáng)度和抗高溫氧化能力[2]。

Mo的影響：Mo也是碳化物形成元素H13鋼中可提高鋼的回火穩(wěn)定性和耐磨性。

Si影響：提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐回火性，同時(shí)削弱熱處理爐內(nèi)的氧化氣氛。

V影響：降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的回火穩(wěn)定性和二次硬化效果，分散碳化釩質(zhì)點(diǎn)可大大提高鋼的耐磨性。

熱處理溫度和冷卻方法取決于鋼的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)和等溫轉(zhuǎn)變圖。H13 鋼臨界點(diǎn)：Ac1，850~885 ℃，Ac3：910 ℃。2)冷卻轉(zhuǎn)化臨界點(diǎn):Ar1，700℃;Ar3，820 ℃;Ms，335 ℃。3)奧氏體化溫度：1 010 ℃

為了對H13鋼鍛件需要退火，以消除應(yīng)力，改善組織，細(xì)化晶粒，降低硬度，便于加工。H13 合金元素較多，加熱時(shí)變化較慢，因此不能采用常規(guī)退火，而應(yīng)采用高溫球化退火，使合金碳化物形成均勻的粒狀體，獲得細(xì)粒珠光體組織。高溫球化退火溫度應(yīng)略高于鋼的加熱臨界點(diǎn)Ac1，在該溫度下進(jìn)行保溫，有利于保留未溶碳化物質(zhì)點(diǎn)，到冷卻過程中這些質(zhì)點(diǎn)即可成為粒狀組織的晶核，保證得到均勻細(xì)小的粒狀組織。

相變點(diǎn)應(yīng)在球化退火的冷卻過程中進(jìn)行Ar等溫處理促進(jìn)細(xì)粒狀珠光體的形成，有助于碳化物聚集成細(xì)粒，從而降低硬度，便于加工。

H13鋼淬透性好，不到150 mm厚零件的油淬可以達(dá)到均勻的硬度。但由于鋼含有Mn、Si元素容易引起氧化和脫碳。在生產(chǎn)實(shí)踐中，建議采用鹽浴、可控大氣熱處理、真空熱處理等，也可采用覆蓋物或涂料進(jìn)行防脫碳保護(hù)。

淬火溫度選擇1 030 ℃ 能獲得硬度54~55 HRC，超過1 040 ℃晶粒開始生長。因此，建議熱處理溫度范圍1 030~1 040 ℃。同時(shí)，出爐時(shí)應(yīng)特別注意預(yù)冷Ac3 以上20~30 ℃(950~980 ℃)減少應(yīng)力集中，避免開裂。

消除應(yīng)力，提高應(yīng)力H高溫下鍛件的韌性必須在高溫下回火。H13鋼中合金元素具有良好的耐回火性和二次硬化作用，使用二次回火可以提高模具的使用壽命?；鼗饻囟?580±20)℃獲得硬度47~52 HRC?；鼗鸷蟮慕M織是回火馬氏體和少量粒狀碳化物。

H13鋼具有良好的紅硬、高溫韌性和耐熱疲勞性。為保證熱處理質(zhì)量，生產(chǎn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)原材料檢驗(yàn)：宏觀缺陷檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)夾渣、中心縮孔、折疊、表面裂紋等缺陷。

鍛件鍛造后，應(yīng)隨爐冷卻或緩冷，并及時(shí)退火。

3)因H13鋼易氧化脫碳，因此鍛模坯應(yīng)適當(dāng)增加加工余量，以免淬火后出現(xiàn)軟點(diǎn)。

4)模具返工必須在低溫退火后重新淬火，以免開裂。

5)熱處理過程中應(yīng)嚴(yán)格按照操作說明書進(jìn)行操作。