热作用H13钢及其表面改性

机械公敌

H13钢是我国从美国引进的优良钢种之一，我国1976年起作为推荐钢种列入国家标准，后作为重点推广钢种。该钢目前在世界上应用极其普遍，但钢号表示多种。本文按主要文献将相类似的钢号汇总，其中还收集日本主要钢厂的牌号。同时对H13钢的表面改性作了一定的叙述。 * w( ~) E5 |! r' \, F前言 　　H13钢是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢。该钢的主要特征是[1]：（1）具有高的淬透性和高的韧性；（2）优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；（3）具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略微降低抗热裂能力；（4）因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；（5）在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃（1000℉）硬度出现迅速下降（即能耐工作温度为540℃）；（6）热处理的变形小；（7）中等和高的切削加工性；（8）中等抗脱碳能力。它能广泛应用于制造热挤压模具、压铸模具、热切边模、热锻模和热冲孔模具等，有的场合还可用于制造塑料模具，令人注意的是，它还可用于制作航空工业上的重要构件。 　　H13钢是我国从美国引进的优良钢种之一，我国1976年起作为推荐钢种列入国家标准，后作为重点推广钢种。该钢目前在世界上应用极其普遍，但钢号表示多种。本文按主要文献将相类似的钢号汇总，其中还收集日本主要钢厂的牌号。同时对H13钢的表面改性作一定的叙述。关于热处理及相关检测将另作专论。 7 V7 j" z- X2 w3 @1. H13钢的成分 　　在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名。分别为H10～H19,H21~H26,和H42、H43。热作模具钢的含碳量为中碳含量（0.35～0.45％），另含Cr、W、M0和V合金元素，合金含量在6～25％范围。 ; x ^6 ^* [8 @5 Q& S! w& E, l　　H13钢属于第一种。其含碳量在0.5％以下，按淬火钢硬度与含碳量关系曲线[2]可知，其最大淬火硬度在55HRC左右。钢的含Cr量为5％左右，它和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4,7]。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]。提高V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）[6]。 3 E% m1 y& e; D6 T" d, c/ }　　另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对Cr的加入形成的碳化物为 G7 m8 O6 A p, }) O　　M23C 6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内。[4] - h5 O& l3 I! C" B% P　　H13钢对硫磷含量限制在0.030以下，实际上，硫的质量分数<0.014％时可以大大提高钢件的断裂韧度KIC值。国外电渣重熔的优质H13钢的含硫量控制在0.005％～0.008％范围内[7]，这当然保证了材料的质量。北美压铸协会标准NADCA207-2003中对符合标准级外的特级（premium）和超级（superior）的H13钢的最小麦夏氏V型缺口冲击值为11J（8英尺˙磅）和13.8J(10英尺˙磅)。当加入0.06％～0.15％S和≤1.0％Mn使成为易切削钢时，可用于制造塑料模具，其机加工性能良好。材料经过调质处理，使硬度在（40～44）HRC范围内进行加工，并可抛光达Ra为0.05μm的镜面光洁度，满足高光洁塑料模具要求。 　　美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-T-570的H13的含碳量都规定为（0.32～0.45）％, 是所有H13钢中含碳量范围最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为（0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1 2344钢的含碳量为（0.37～0.43）％，含碳范围较窄。北美压铸协会标准NADCA 207-90中对中高级H13钢的含碳量规定为（0.37～0.42）％。 ! k9 u! m& _- c, `' r2 k/ f　　对合金元素量，为便于比较将美﹑德﹑日﹑法和瑞典UDDEHOLM的ORVAR钢列出于表1中。 - \8 y$ g2 N: x! Y表1 几种H13钢的化学成分（质量分数％）

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