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H13模具鋼熱處理工藝有哪些特點
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-05-21 | 323 次瀏覽 | 分享到:
H13模具鋼為熱作模具鋼,執行國標GB/T 1299-2000。 統一數字代碼T20502品牌4Cr5MoSiV1
  
  合金工具鋼簡稱復合鋼,是在碳鋼的基礎上添加合金元素形成的鋼種。 復合鋼包括:量具和刀具用鋼、抗沖擊工具用鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、非磁性模具鋼和塑料模具鋼 使用
  H13模具鋼為熱作模具鋼,執行國標GB/T 1299-2000。  統一數字代碼T20502品牌4Cr5MoSiV1
  
  合金工具鋼簡稱復合鋼,是在碳鋼的基礎上添加合金元素形成的鋼種。  復合鋼包括:量具和刀具用鋼、抗沖擊工具用鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、非磁性模具鋼和塑料模具鋼  使用
  模具鋼
  H13模具鋼制造高沖擊載荷的鍛模、熱擠壓模和精鍛模。鋁、銅及其合金壓鑄模具  
  
  是從美國進口的H13空氣硬化熱作模具鋼  相性能和應用與4Cr5MoSiV鋼基本相同,但由于其釩含量較高,中溫(600度)性能優于4Cr5MoSiV鋼,是熱作模具鋼中廣泛使用的代表性鋼種。  
  
  特點
  
  電渣重負荷鋼。該鋼具有高淬透性和抗熱裂性。該鋼含碳量和釩量高,耐磨性好,韌性相對減弱,耐熱性好,高溫強度和硬度好,耐磨韌性高,綜合力學性能優異,抗回火穩定性高。  
  
  硬度分析
  
  鋼中的碳含量決定了硬化鋼的基體硬度。根據鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關系曲線,H13模具鋼的淬火硬度約為55HRC。  對于工具鋼,鋼中的部分碳進入鋼的基體,導致固溶強化。  另一部分碳將與合金元素中的碳化物形成元素結合,形成合金碳化物。  對于熱作模具鋼,這種合金碳化物需要在回火過程中分散和沉淀在淬火的馬氏體基體上,以產生除少量殘余碳化物之外的兩種硬化現象。  因此,熱作模具鋼的性能取決于均勻分布的殘余合金碳化合物和回火馬氏體的結構。  因此,鋼中的碳含量不能太低。  
  
  熱處理工藝
  
  1。市場上供應的H13鋼和模坯已在鋼廠預先退火,以確保良好的金相組織、適當的硬度和良好的加工性能,無需退火。  然而,在制造廠進行鍛造后,原有的結構和性能被破壞,鍛造應力增加,因此必須進行再退火。  
  
  等溫球化退火工藝:860 ~ 890℃加熱保溫2h,冷卻至740 ~ 760℃等溫4h,爐冷至500℃左右出爐  
  
  2。淬火和回火要求模具淬火工藝規范具有良好的韌性:加熱溫度1020 ~ 1050℃,油冷或空冷,硬度54 ~ 58 HRC模具淬火工藝規范以熱硬度為主要要求,加熱溫度1050 ~ 1080℃,油冷,硬度56 ~ 58 HRC  [/小時/]推薦回火溫度:530 ~ 560℃,硬度48 ~ 52 HRC回火溫度560 ~ 580℃;硬度47 ~ 49 HRC  
  
  回火應進行兩次。  在500℃回火時,回火有一個二次硬化峰,回火硬度為* * *,峰值約為55HRC,但韌性較差。  因此,回火過程應避免500℃左右  根據模具的使用情況,回火溫度在540 ~ 620℃范圍內較好  
  
  淬火加熱應預熱兩次(600 ~ 650℃,800 ~ 850℃),以減少加熱過程中產生的熱應力  
  
  3?;瘜W熱處理H13鋼經氣體滲氮或氮碳共滲可進一步強化模具,但滲氮溫度不應高于回火溫度,以保證型芯強度不降低,從而提高模具的使用壽命。  
  
  化學成分
  
  H13鋼是一種在世界上廣泛使用的碳鉻鉬硅釩鋼。與此同時,許多國家的學者對其進行了廣泛的研究,并在探索化學成分的改進。  鋼用途廣泛,具有優異的性能,這主要取決于它的化學成分。  當然,鋼中的雜質元素必須減少。一些數據表明,當Rm為1550兆帕時,材料的硫含量從0.005%降低到0.003%,這將使沖擊韌性增加約13 J  顯然,NADCA 207-2003規定優質H13鋼的硫含量小于0.005%,而優質鋼的硫含量小于0.003%和0.015%  H13鋼的成分分析如下。  
  
  碳:美國鋼鐵工業協會H13、UNS T20813、美國材料試驗學會(*****版)和美國聯邦德國材料試驗學會QQ-T-570的H13鋼的碳含量均規定為(0.32~0.45)%,這是所有H13鋼中廣泛的碳含量范圍***  德國的X40CrMoV5-1和1.2344含有(0.37~0.43)%,含碳量范圍較窄。德國的DIN17350也含有x38cr mov 5-1(0.36 ~ 0.42)%  SKD 61在日本的碳含量為(0.32~0.42)%  我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量分別為(0.32~0.42)%和(0.32~0.45)%,分別與SKD61和AISI H13相同。  特別是,H13鋼的碳含量在北美壓鑄協會的NADCA 207-90、207-97和207-2003標準中規定為(0.37~0.42)%。  
  
  鋼中的碳含量決定了硬化鋼的基體硬度。根據鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關系曲線,H13鋼的淬火硬度約為55HRC。  對于工具鋼,鋼中的部分碳進入鋼的基體,導致固溶強化。  另一部分碳將與合金元素中的碳化物形成元素結合,形成合金碳化物。  對于熱作模具鋼,這種合金碳化物需要在回火過程中分散和沉淀在淬火的馬氏體基體上,以產生除少量殘余碳化物之外的兩種硬化現象。  因此,熱作模具鋼的性能取決于均勻分布的殘余合金碳化合物和回火馬氏體的結構。  因此,鋼中的碳含量不能太低。  含5%鉻的
  
  H13鋼應具有高韌性,因此其碳含量應保持在形成少量合金碳化合物的水平。  伍德亞特和克勞斯指出,在870℃的鐵-鉻-碳三元相圖上,H13鋼最好位于奧氏體A和(A+M3C+M3C 3)三相區的交界處。  相應的碳含量約為0.4%  該圖還顯示了A2和D2鋼具有更高的耐磨性,這是因為為了進行比較,增加了碳或鉻的量以增加M7C3的量。  此外,重要的是保持相對低的碳含量,使得鋼的Ms點處于相對高的溫度水平(H13鋼的Ms一般數據約為340℃),從而當鋼被淬火至室溫時,獲得以馬氏體為主要成分的合金碳結構,獲得少量的殘余A和殘余均勻分布,并且在回火后獲得均勻的回火馬氏體結構。  避免在工作溫度下轉化過多的殘余奧氏體,影響工件的工作性能或變形  這些少量殘余奧氏體應在淬火后的兩三次回火過程中完全轉變。  順便提一下,這里,H13鋼淬火后獲得的馬氏體結構是板條M+少量片狀M+少量殘余A  國內學者也研究了回火后板條M上析出的非常細小的合金碳化物。  [分析[眾所周知,增加鋼中的碳含量會提高鋼的強度。對于熱作模具鋼,它會提高高溫強度、熱硬度和耐磨性,但會導致韌性降低。  學者們通過比較工具鋼產品手冊中各種類型的工字鋼的性能,清楚地證明了這一觀點。  通常認為導致鋼的塑性和韌性降低的碳含量極限是0.4%  因此,在鋼的合金化設計中,人們需要遵循以下原則:在保持強度的前提下,盡可能降低鋼的含碳量。一些數據表明,當鋼的抗拉強度達到1550兆帕以上時,碳含量應為0.3%-0.4%  H13鋼的強度Rm為1503.1兆帕(46千赫)和1937.5兆帕(51千赫)  
  
  福特和通用推薦的TQ-1、迪瓦爾和ADC3鋼中的碳含量均為0.39%和0.38%等。相應的韌性指數列于表1。從這可以看出原因。  對于要求較高強度的熱作模具鋼,方法是在H13鋼成分的基礎上增加鉬含量或碳含量,這將在后面討論。當然,韌性和塑性可能會略有下降。  
  
  2.2鉻:鉻是合金工具鋼中常見且廉價的合金元素。  美國H型熱作模具鋼中的鉻含量在2%至12%之間  在37個鋼級的合金工具鋼(GB/T1299)中,除8CrSi和9Mn2V外,都含有鉻。  鉻對鋼的耐磨性、高溫強度、熱硬度、韌性和淬透性有有益的影響。同時,它在基體中的溶解將顯著提高鋼的耐腐蝕性。H13鋼中鉻和硅的加入將使氧化膜致密化,從而提高鋼的抗氧化性。  此外,還分析了鉻對0.3C-1Mn鋼回火性能的影響。添加< 6%的鉻有利于提高鋼的抗回火性能,但不能形成二次硬化。當含鉻量大于6%的鋼在550℃淬火回火時,會產生二次硬化效應。  人們通常選擇在熱作鋼模具鋼中添加5%的鉻。  
  
  工具鋼中的一些鉻溶解在鋼中進行固溶強化,而另一部分與碳結合,根據鉻含量以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6的形式存在,從而影響鋼的性能。  此外,還應考慮合金元素的相互作用效應。例如,當鋼中含有鉻> 3%的[14]時,鉻可以防止V4C3的形成并延遲Mo2C的共沉淀。V4C3和Mo2C正在強化[14相,以提高鋼的高溫強度和抗回火性。這種相互作用提高了鋼的耐熱性和抗變形性。  
  
  鉻溶解在鋼的奧氏體中以增加鋼的淬透性  鉻、錳、鉬、硅和鎳是增加鋼的淬透性的合金元素,如鉻。  人們習慣于用淬透性系數來表征。一般來說,現有的國內數據[15]只使用格羅斯曼等的數據。后來,Moser和Legat[16,22]的進一步工作提出,由基本淬透性直徑Dic確定的淬透性系數(如圖3所示),由碳含量和奧氏體晶粒尺寸以及合金元素含量確定,可用于計算合金鋼的理想臨界直徑Di。近似計算也可由以下公式進行:di = DIC×2.21 Mn×1.40 si×2.13 Cr×3.275 mo×1.47 Ni(1)(1),其中各合金元素以質量百分比表示  根據這個公式,人們對鉻、錳、鉬、硅和鎳對鋼的淬透性的影響有了相當清楚的半定量的了解。  
  
  鉻對鋼的共析點的影響類似于錳。當鉻含量約為5%時,共析點的碳含量降至0.5%左右  此外,硅、鎢、鉬、釩和鈦的加入顯著降低了共析點的碳含量。  因此,可以知道熱作模具鋼是像高速鋼一樣的過共析鋼。  共析碳含量的降低將增加奧氏體化組織和* * * *組織中合金碳化物的含量。  
  
  鋼中合金碳化合物的行為與其自身的穩定性有關。事實上,合金碳化合物的結構和穩定性與形成元素[的相應碳化合物的D和S電子殼層的缺電子程度有關  隨著缺電子程度的降低,金屬原子的半徑減小,碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm增大,合金碳化合物由間隙化合物變為間隙化合物,碳化合物的穩定性降低,相應的熔化溫度和溶解溫度降低,其生成自由能絕對值減小,相應的硬度值降低  面心立方晶格的碳化釩穩定性高,在900-950℃左右開始溶解,在1100℃以上(溶解結束溫度為1413℃)[17℃開始大量溶解;在500~700℃回火時析出,不易聚集長大,可作為鋼中的強化相。  由中等碳化物形成元素鎢和鉬形成的M2C和MC碳化物具有致密的排列和簡單的六方晶格,其穩定性較差,具有較高的硬度、熔點和溶解溫度。它們在500~650℃范圍內仍可用作鋼的強化相  M23C6(如Cr23C6等。)具有復雜的立方晶格、較差的穩定性、較弱的結合強度、較低的熔點和溶解溫度(在1090℃下溶解在A中),并且只有在少數耐熱鋼(如(CrFeMoW)23C6中進行全面合金化后才具有較高的穩定性,可用作強化相。  具有復雜六方結構的M7C3(如Cr7C3、fe3c 3或Fe2Cr5C3)穩定性較差。它像Fe3C碳化物一樣容易溶解和沉淀,具有大的聚集生長速率,并且通常不能用作高溫強化相[17]  
  
  從鐵-鉻-碳三元相圖中我們仍然可以很容易地理解H13鋼中的合金碳化物相。  根據鐵-鉻-碳體系在700℃[18 ~ 20℃和870℃[9℃下的三元等溫截面相圖,含碳量為0.4%的鋼中,隨著鉻含量的增加,會出現(FeCr)3C(M3C)和(CrFe)7C3(M7C3)合金碳化物  注意,M23C6僅在870℃圖表上鉻含量超過11%時出現)  此外,根據鐵-鉻-碳三元系在5%鉻時的垂直截面,含0.40%碳的鋼在退火態為α相(約1%鉻固溶體)和(CrFe)7C3合金碳化合物。  當加熱到791℃以上時,奧氏體A形成并進入(α+A+M7C3)三相區,并在795℃進入(A+M7C3)兩相區。在970℃時,(CrFe)7C3消失并進入單相a區  當基體中的碳含量小于0.33%時,三相區(M7C3+M23C6和A)僅在793℃時存在,在796℃時進入區(A+M7C3),此后仍保持液相。  鋼中殘留的M7C3具有阻止晶粒長大的作用。  尼爾森提出,對于1.5%的碳-13%的鉻合金,不太穩定的(鉻鐵)23C6不會形成[20]  當然,單獨分析鐵-鉻-碳三元體系會有一些偏差,應考慮合金元素的影響。   
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