国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析.docx

国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析主要叙述了H13、QR080M. QR090 SUPREME等新型热作模具钢的性能.使用 特点及其热处理工艺技术方法H13钢是应用广泛的第二代中温（＜ 600 D 热作模具钢，在这里不仅描述了H13钢的化学成分及其对钢的组织结构和性能 的影响，还介绍了常规热处理中的退火，淬火和回火工艺;在此基础上又介绍了 热处理新工艺中的高温淬火，双重淬火，控制冷却速度淬火和深冷处理;最后，又 充分地展开了有关H13钢的表面热处理有关内容;与第2代热作模具钢相比， 比QR080M.QR090 SUPREME钢具有①更细的显微组织；②更高的回火稳定性；③更好的热强性；④更高的高温强度和相同的常温力学性能并且具有很好的韧 性.热疲劳性，通用性，特别适用于制作既要耐高温，又需高韧性.高热疲劳 性的热挤压模、热冲模、热锻模、压铸模，尤其适合于粉末压制锻模.关键词：热作模具钢,热处理，模具技术ABOARD NEW TYPES OF HOT -MOLD STEEL AND ITSHEAT TREATMENT TECHNOLOGY METHODAbstractThis paper mainly introduces the property , character and heat treatment technology method of H13 , QRO SOM, QRO 90 SUPREME which are new types of hot ■ mold steel Jn the middle ■ temperature , H13 steel is very useful for many purposes* toughening and principles of physical metallurgy to the analyses in some detail of the chemical compositions of H13 hot work tool steel and the effects of the ones upon the micro structures and properties. Campared with high ・ quality H13 steel, QRO SOM and QRO 90 SUPREME steel have many advantages : finer microstructure , higher tempering stability，more excellent hot ■ strength and hot -hardness , higher high ■ temperature strength and the same normal ・ temperature mechanical properties.Key words : hot ・ mold steel ; heat treatment; die technology0引言模具是机械、冶金、电子、轻工、国防等工业部门的重要工艺装备，是保证 高效率生产、高产品质量和降低生产成本的重要手段。

随着工业技术的迅速发展， 各部门都广泛地采用新的高精度、高效率的模具成型工艺代替传统的切削加工工 艺目前，机械工业约70%的零件采用模具成型工程机械中履带式推土机的链轨 节、挖沟机的铲刀、液压缸中的活塞、液压泵芯、轴承环、螺母、为某些出口挖 掘机配套的斗齿等都是模具成型件不少行业中，模具费用已占产品成本15%〜 30%国外模具工业发展十分迅速美国模具工业产值从1974年的33.68亿美元 发展到1980年的57.26亿美元，平均年增长率为9. 3%;日本从1957年到1981 年模具总产值增长了 66倍，每年以大约20%的速度递增1985年全世界模具工 业产值约为5万亿日元1990年我国合金工钢产量为7. 92万t各国都将模具用钢归入合金工具钢 中，一般合金工具钢中模具用钢约占70%~80%模具钢是用于制造冷作模具和热作模具的材料热作模具钢是制造热作模具 （热锻模、热顶锻模、热挤压模和压铸模等）的金属材料由于热作模具工况条 件非常恶劣，是在非常苛刻的条件下工作，如承受各种应力及金属熔液对模具 工作表面的溶蚀，在工作中反复受到炽热金属的加热和冷却介质（水、油、空气） 冷却的热循环交替作用。

当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温, 表层产生压应力和压应变；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉 应力和拉应变作用，极易产生热疲劳等，因此要求模具材料具有高的热强度、高 温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等总之，要求热 作模具具有良好的综合力学性能，一般采用合金钢制造据保守估计：2005年 国内模具钢消费量至少50万t,其中热作模具钢占13%热作模具是在高温下加压、强迫金属在型腔中流动成型的工具为适应热作 模具恶劣的工作环境，提高使用寿命，要求热作模具钢应具有高的热强度、良好 的耐回火性、高的韧性和塑性、小的热膨胀系数和好的导热性等优异的力学性能 和使用性能第一代热作模具钢主要是5CrNiMo、5CrMnMo和3Cr2W8V钢（化学成分见表 1）从20世纪30年代初开始至今一直得到广泛的应用第二代热作模具钢以 美国的AISIH10. Hll、H12、H13钢系列为代表(其化学成分见表2),尤其以H13 钢最受欢迎第三代热作模具钢是典UDDEHOLM公司研制的UHBQR0 80M和QRO 90 SUPREME钢系列而H13、QRO 80MQRO 90 SUPREME钢被称为20世纪90年代新 型优质热作模具钢，直到21世纪初都是热作模具钢的主选钢种，已在美国、日 本、德国、瑞典等发达国家得到广泛应用。

1 热作樓貝锅的化学成分质■分數化 于 戒 分倒号CSiMnPSCrWMoVNi不大于5CrNiXfo0.50〜0.600.400.50 〜0800.0300.0300.50 〜0800.15 〜0.301.40-1 805CrMnMo0.50-0.600.25-0.601.20 〜1.600.0300.0300.60-0900.15 〜0.303Cr2W8V0.30-0.400.400.400.0300.0302.20 〜0.707.50^9.000.20 〜0.501.40 〜1 80衣2 黃国热作樓曰钢化学股分质■分龜♦牌号化 学 成分CMnCrMoVPSSiWH10035〜0.450.25-0.703.00-3.7523~3.000.25-0.750.030.030.80-1.20Hll033〜0.430.20 〜0.504.75 〜5.501.10-1.600.30-0.600.030.030.80-1.20H120.30~0・400.20 〜0.504.75-5.501.25-1.750.500.030.030.80-1.201.00-1.70H13032〜0.450.20 〜0.504.75-5.501.10 〜1.750.807200.030.030.80-1.201ft界常用■号『紙中田物资出WH.1994第1代热作模具钢主要包括5CrNiMo, 5CrMnMo和3Cr2w8v钢，自20世纪30年代 初在工业中应用后至今仍广为应用，已经积累了丰富的冶炼、锻造、机械加工和 热处理工艺经验；第2代热作模具钢则以美国的AISI H10, Hll, H12, H13钢系列 为代表，尤其以H13钢最受欢迎；第3代热作模具钢是瑞典UDDE-HoLM公司研制 的UHB QRo 80M 和QRo 90SUPREME 钢系列 0。

而H13, QRO 80M, QRo 9SUPREME钢 被称作2世纪90年代新型优质热作模具钢，乃至21世纪初都将成为热作模具的主 选钢种，已在美国、日本、国瑞典等发达国家得到广泛应用.1 H13优质热作模具钢H13钢由于化学成分的优化，含有大量Cr, Mo, V等合金元素，基本上能满足 热作模具所要求的使用性能，是第2代性能优异的中温(< 600C)热作模具钢Hl 3 钢与高韧性热作模具钢5CrNiMo, 5CrMnMo相比，具有更高的热强性、耐热性和淬 透性，因而可取代热强性不足的5CrNiMo, 5CrMnMo钢来制造热锻模以提高使用寿 命；与高热强性热作模具钢3Cr2W8V相比，具有高的韧性和抗热振性，因此，可 以成功地取代因韧性或疲劳性不足引起失效的3Cr2w8V钢来制造热挤压模、热冲 模和压铸模1 .1 H13钢的化学成分的分析H13钢是C- Cr-Mo- Si- V型钢，在世界上的应用极其普遍，同时各国许多 学者对它进行了广泛的研究，并在探究化学成分的改进钢的应用广泛和具有优 良的特性，主要由钢的化学成分决定的下面对H13钢的成分加以分析1)碳 美国AISI H13, UNS T20813, ASTM 的H13 和FED - T- 570 的H13 钢的含碳量都规定为0.32%-0.45%,在所有H13钢中含碳量范围最宽.德国X40CrMoV5 - 1和1.2344的含碳量为0.37%-0.43%,含碳量范围较窄，德国 DIN17350中还有X38CrMoV5- 1的含碳量为0・36%-0. 42%。

日本SKD61的含碳 0・32%-0・42%我国GB/T 1299 和YB/T 094 中4Cr5MoSiVl 和SM 4Cr5MoSiVl 的 含碳量为0.32%-042%和0. 32%-0.45%,分别与SKD61 和AISI H13 相同钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度，按钢中含碳量与淬火钢硬度的关系曲 线可以知道,H13钢的淬火硬度在55HRC左右对工具钢而言，钢中的碳一部分 进入钢的基体中引起固溶强化另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素 结合成合金碳化物对热作模具钢，这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求 它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象从而由均匀分 布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能由此可见, 钢中的含C量不能太低含5%Cr的H13钢应具有高的韧度，故其含C量应保持在形成少量合金C化 物的水平上Woodyatt和Krauss[9]指出在870C的Fe- Cr- C三元相图上，H13 钢的位置在奥氏体A和(A+M3C+M7C3)三相区的交界位置处较好相应的含C量 约0.4%(见图1)图上还标出增加C或Cr量使M7C3量增多，具有更高耐磨性 能的A2和D2钢以作比较。

另外重要的是，保持相对较低的含C量是使钢的Ms点 取于相对较高的温度水平(H13钢的Ms —般资料介绍为340C左右)，使该钢在 淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余A和残留均匀分布的合金C化物组 织，并经回火后获得均匀的回火马氏体组织避免使过多残余奥氏体在工作温度 下发生转变影响工件的工作性能或变形这些少量残余奥氏体在淬火以后的两次 或三次回火过程中应予以转变完全顺便指出，H13钢淬火后得到的马氏体组织 为板条M+少量片状M+少量残余A经回火后在板条状M上析出的很细的合金碳化物 的照片可见图2,国内学者也作了一定工作H13钢是使用最广泛和最具代表性的 热作模具钢种，它的主要特性是：①具有高的淬透性。