H13模具鋼鑄造工藝研究及熱處理手段

H13鋼是美國牌號，相當于我國的4Cr5MoSiV1鋼，是5%Cr系中的中碳中合金熱作模具鋼，已大量用于熱鍛模具。該鋼具有優(yōu)異的韌性和良好的冷熱疲勞性能，在600℃工作條件下的機械性能與室溫下的機械性能基本相同，適用于制造工作溫度在600℃以下，對韌性和塑性要求較高的模具。

用H13鋼替代5CrNiMo、5CrMnMo制造汽車(chē)連桿、曲軸的鍛模，模具使用壽命有明顯提高，用該鋼制造的鋁合金壓鑄模具和鋁型材擠壓模具的使用壽命也較高。另外，該鋼還可以作塑料模具。目前，該鋼的優(yōu)良性能已在國內得到了廣泛認可，用量已呈上升趨勢。但是，H13鋼的鍛造工藝性能差，其鍛造溫度范圍很窄，只有150-200℃。由于該鋼硬而脆，鍛造時(shí)極易產(chǎn)生裂紋。如果鍛造工藝安排不當，就會(huì )產(chǎn)生廢品。目前我國鍛造此鋼的經(jīng)驗很少，為此經(jīng)我公司有關(guān)工程技術(shù)人員集體討論研究，制定了一套最佳的鍛造工藝方案。盡量減少裂紋產(chǎn)生的可能性，從而降低廢品率。

H13鋼的化學(xué)成分如下：%

C：0.32～0.45，Si：0.80～1.20，Mn：0.20～0.50，Cr：4.75～5.50，Mo：1.10～1.75，V：0.80～1.20，p≤0.030，S≤0.030；

手持式X射線(xiàn)熒光光譜儀可快速辨別H13模具鋼牌號

SPECTRO xSORT與同類(lèi)產(chǎn)品相比，在幾秒鐘時(shí)間內可以提供實(shí)驗室級的分析結果。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的SPECTRO xSORT光譜儀現已能滿(mǎn)足現場(chǎng)連續高強度測量作業(yè)需要。

快速的進(jìn)行合規篩查和測試 SPECTRO

xSORT EDXRF手持式光譜儀，是相關(guān)合規作業(yè)的得力助手。與傳統的同類(lèi)手持式設備相比，xSORT可在有限的工作周期內完成更多次的樣品測試。

靈活的適用于各種類(lèi)型的樣品檢測 

從高分子材料、塑料到金屬合金、需要分析的樣品可以是任何材質(zhì)。使用SPECTRO xSORT光譜儀進(jìn)行點(diǎn)檢作業(yè)可在幾秒鐘內快速獲取檢測結果。只需要稍長(cháng)的檢測時(shí)間就可以對砷，鎘，銅，鉛，汞，或目標污染物進(jìn)行PPM級分析。

精密準確的合格/失效判定

SPECTRO xSORT的安裝十分簡(jiǎn)單且操作效率。操作人員無(wú)需在不同材料間切換檢測方法，也無(wú)需分析時(shí)更無(wú)需復雜的氣體吹掃或真空系統。在進(jìn)行RoHS合規篩選時(shí)，SPECTRO xSORT光譜儀可以將測試結果與存儲的極限值進(jìn)行比較，并給出相應比較結果（高于極限，低于極限或不確定）

H13鋼鍛造工藝研究

從H13化學(xué)成分可以看出，它含有較高的鉻、鉬和釩。它的鉻含量是其它常用模具鋼如5CrNiMo、5CrMnMo鉻含量的4-5倍，它的鉬含量也是5CrNiMo、5CrMnMo鉬含量的4-5倍，H13鋼的釩含量是常用模具鋼如3Cr2W8V釩含量的3-4倍。根據有關(guān)資料介紹，當鉬含量低于0.6%時(shí)，鋼的強度和硬度隨鉬含量的增加而增加，鋼的塑性也隨鉬含量的增加而上升，但當鉬含量高于0.6%時(shí)，鋼的強度和硬度隨鉬含量的增加而增加，而鋼的塑性開(kāi)始隨鉬含量的增加而下降。在一般合金鋼中，釩的含量一般不高于0.3%，若釩含量越高，則鋼的強度、硬度越高，變形抗力越大。因此，該鋼變形困難，并且在鍛造過(guò)程中極易產(chǎn)生裂紋。

一、鍛H13鋼產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾種情況

1、坯料裝爐溫度過(guò)高

該鋼的導熱性能差。如果爐溫過(guò)高，坯料裝爐后，坯料表面與心部溫差大，造成內應力過(guò)大產(chǎn)生裂紋。

2、加熱溫度過(guò)高

當加熱溫度高于1150℃時(shí)，坯料的晶粒易粗大，鍛造時(shí)，受打擊部位由于打擊效應而溫度升高，造成局部晶粒粗大加劇而產(chǎn)生裂紋。

3、終鍛溫度過(guò)低

當鍛造溫度低于900℃時(shí)，此鋼的變形抗力增大，因該鋼硬而脆，強行打擊易產(chǎn)生裂紋。

4、打擊效應 

在鐓粗時(shí)，如果L＜D＜2L（其中D為坯料直徑，L為上砧寬度），則坯料心部受打擊時(shí)間長(cháng)，由于打擊效應，坯料心部溫度升高，心部與其四周的溫差增大，造成內應力過(guò)大而在坯料心部產(chǎn)生弧形裂紋。

5、棱角裂紋

鍛造時(shí)，由于坯料棱角處溫度降低快，使其變形抗力增大，易在棱角周?chē)a(chǎn)生裂紋。

6、鍛后冷卻不當

二、鍛H13鋼產(chǎn)生提高鍛件的成品率應該怎么做 

鍛造后，如果鍛件冷卻速度過(guò)快，鍛件的表面和心部產(chǎn)生的溫差大，由于鍛造后組織應力和溫度應力疊加，造成內應力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋。 

為此，在鍛造工藝上，針對裂紋產(chǎn)生的各種可能性，我們分別采取相應的措施，避免裂紋的產(chǎn)生，提高鍛件的成品率。

1、低溫裝爐

裝爐時(shí)，爐溫要低于500℃。冬季準備加熱的鋼錠要提前48小時(shí)運至室內，待其溫度達到室溫后方可裝爐。

2、嚴格控制加熱溫度

用高溫測溫儀控制，確保加熱溫度不超過(guò)頂溫1150℃。

3、嚴格控制鍛造溫度

用高溫測溫儀控制鍛造溫度在900-1100℃范圍內。在此區間內，該鋼的塑性較好。若坯料溫度低于900℃，要及時(shí)返爐加熱，適當增加鍛造火次。

4、勤翻轉

鍛造時(shí)，對坯料要勤翻轉，避免局部受打擊時(shí)間過(guò)長(cháng)，產(chǎn)生打擊效應。

5、勤倒棱

鍛造時(shí)，對坯料要勤倒棱，盡量減少棱角的數量。

6、鍛后緩冷

鍛后對鍛件采取灰冷的方式進(jìn)行緩慢冷卻。

三、H13模具鋼熱處理

H13模具鋼有較高的韌性、淬透性和耐冷熱疲勞性能，不易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。這些特點(diǎn)也是由H13熱處理工藝決定的。

1、退火工藝

H13模具鋼屬于共析鋼，采用常規退火或等溫球化退火。H13模具鋼的退火工藝為:850～900℃×3～4h，保溫結束后隨爐冷到500℃以下出爐空冷;等溫球化退火藝:845～900℃×2～4h/爐冷+700～740℃×3～4h爐冷，≤40℃/h，≤500℃出爐空冷。H13模具鋼經(jīng)退火處理后，適宜的組織由球狀珠光體和少量粒狀碳化物組成，要求熱處理硬度達到HB192～229，可以獲得較好的加工性能。對于質(zhì)量要求較高的H13鋼模具，還應進(jìn)行防止白點(diǎn)退火。

2、淬火工藝

H13模具鋼的淬火回火工藝可以采用鹽浴爐、真空爐和流動(dòng)粒子爐加熱，模具表面光潔，熱處理變形小，零件壽命長(cháng)。特別是外熱式剛玉流動(dòng)粒子爐保護加熱，吸收了鹽浴爐和真空爐加熱的共同優(yōu)點(diǎn)，很適合熱作模具鋼的熱處理加熱。

H13模具鋼采用鹽浴爐作為加熱設備時(shí)的通用淬火工藝是:400～500℃預熱，650～840℃預熱，1020～1050℃奧氏體化，保溫結束后可視使用性能要求采用空淬、油淬、氣淬或分級淬火，分級溫度可取500～540℃。

3、回火工藝

H13模具鋼淬火后應進(jìn)行2～3次回火，以期獲得所要求的力學(xué)性能。淬火后的模具溫度在低于70℃時(shí)就應盡快回火，這對尺寸較大、形狀復雜的熱作模具尤為重要。同時(shí)，為避免熱作模具回火時(shí)重新產(chǎn)生殘余應力，回火加熱和冷卻應緩慢進(jìn)行。

H13模具鋼的回火工藝應根據熱作模具的工作條件和具體的失效形態(tài)來(lái)確定回火溫度和硬度。一般優(yōu)質(zhì)H13模具鋼大都采用540～650℃×3h高溫回火，以提高模具的韌性和減少殘余奧氏體(Ar)在模具鋼中發(fā)生轉變而引起脆性。