H13鋼 

H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼，在世界上的應用極其普遍，同時各國許多學者對它進行了廣泛的研究，并在探究化學成分的改進。

基本信息

中文名

H13鋼

外文名

C-Cr-Mo-Si-V

屬    于

C-Cr-Mo-Si-V型鋼

特    性

應用廣泛和優(yōu)良

目錄

1簡介

2模具材料

簡介

H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應用極其普遍,同時各國許多學者對它進行了廣泛的研究,并在探究化學成分的改進。鋼的應用廣泛和具有優(yōu)良的特性,主要由鋼的化學成分決定的。當然鋼中雜質(zhì)元素必須降低,有資料表明,當Rm在1550MPa時,材料含硫量由0.005%降到0.003%,會使沖擊韌度提高約13J。十分明顯,NADCA 207-2003標準就規(guī)定:優(yōu)級(premium)H13鋼含硫量小于0.005%,而超級(superior)的應小于0.003%S和0.015%P。下面對H13鋼的成分加以分析。

模具材料

鐵工路橋

碳:美國AISI H13，UNS T20813，ASTM(最新版)的H13和FED QQ-T-570的H13鋼的含碳量都規(guī)定為(0.32~0.45)%，是所有H13鋼中含碳量范圍最寬的。

德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為(0.37~0.43)%，含碳量范圍較窄，德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為(0.36~0.42)%。

日本SKD 61的含碳量為(0.32~0.42)%。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量為(0.32~0.42)%和(0.32~0.45)%，

分別與SKD61和AISI H13相同。特別要指出的是:北美壓鑄協(xié)會NADCA 207-90、207-97和207-2003標準中對H13鋼的含碳量都規(guī)定為(0.37~0.42)%。

鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關系曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。對工具鋼而言，

鋼中的碳一部分進入鋼的基體中引起固溶強化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物。對熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外，

還要求它在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生兩次硬化現(xiàn)象。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來決定熱作模具鋼的性能。由此可見，鋼中的含C量不能太低。

含5%Cr的H13鋼應具有高的韌度，故其含C量應保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,H13鋼的位置在奧氏體A和(A+M3C+M7C3)三相區(qū)的交界位置處較好。

相應的含C量約0.4%。圖上還標出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2鋼以作比較。另外重要的是,保持相對較低的含C量是使鋼的Ms點取于相對較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹為340℃左右)，

使該鋼在淬冷至室溫時獲得以馬氏體為主加少量殘余A和殘留均勻分布的合金C化物組織，并經(jīng)回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過多殘余奧氏體在工作溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變影響工件的工作性能或變形。

這些少量殘余奧氏體在淬火以后的兩次或三次回火過程中應予以轉(zhuǎn)變完全。這兒順便指出，H13鋼淬火后得到的馬氏體組織為板條M+少量片狀M+少量殘余A。經(jīng)回火后在板條狀M上析出的很細的合金碳化物，

國內(nèi)學者也作了一定工作。

眾所周知，鋼中增加碳含量將提高鋼的強度，對熱作模具鋼而言，會使高溫強度、熱態(tài)硬度和耐磨損性提高，但會導致其韌度的降低。學者在工具鋼產(chǎn)品手冊文獻中將各類H型鋼的性能比較很明顯證明了這個觀點。

通常認為導致鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們在鋼合金化設計時遵循下述原則:在保持強度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強度達1550MPa以上時,含C量在0.3%-0.4%為宜。

H13鋼的強度Rm，有文獻介紹為1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。

對要求更高強度的熱作模具鋼，采用的方法是在H13鋼成分的基礎上提高Mo含量或提高含碳量，這將在后面還會論及，當然韌度和塑性的略為降低是可以預料的。

鉻:鉻是合金工具鋼中最普遍含有的和價廉的合金元素。在美國H型熱作模具鋼中含Cr量在2%~12%范圍。在我國合金工具鋼(GB/T1299)的37個鋼號中,除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。

鉻對鋼的耐磨損性、高溫強度、熱態(tài)硬度、韌度和淬透性都有有利的影響，同時它溶入基體中會顯著改善鋼的耐蝕性能，在H13鋼中含Cr和Si會使氧化膜致密來提高鋼的抗氧化性。

再則以Cr對0.3C-1Mn鋼回火性能的作用來分析，加入<6% Cr對提高鋼回火抗力是有利的，但未能構成二次硬化;當含Cr>6%的鋼淬火后在550℃回火會出現(xiàn)二次硬化效應。人們對熱作鋼模具鋼一般選5%鉻的加入量。

工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強化作用，另一部分與碳結合,按含鉻量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而來影響鋼的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用影響，

如當鋼中含鉻、鉬和釩時，Cr>3%^[14]時，Cr能阻止V4C3的生成和推遲Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C是提高鋼材的高溫強度和抗回火性的強化相^[14]，這種交互作用提高該鋼耐熱變形性能。

鉻溶入鋼奧氏體中增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr一樣是增加鋼淬透性的合金元素。人們習慣用淬透性因子加以表征,一般國內(nèi)現(xiàn)有資料[15]還只應用Grossmann等的資料,

后來Moser和Legat[16,22]的更進一步工作提出由含C量和奧氏體晶粒度決定基本淬透性直徑Dic和合金元素含量確定的淬透性因子(示于圖3中)來計算合金鋼的理想臨界直徑Di,

也可從下式作近似計算: Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)

(1)式中各合金元素以質(zhì)量百分數(shù)表示。由該式，人們對Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影響鋼淬透性有相當明確的半定量了解。