H13(热作模具钢).pdf

H13钢属于过共析钢, 采用常规完全退火或等温球化退火(1)H13 钢的完全退火工艺为:850~900e@3~4h,保温结束后随炉冷到500e 以下出炉空冷 ; (2) 等温球化退火工艺:845~900 度×2~4h/炉冷 +700~740度×3~4h/炉冷 ,[40 度/h,[500度出炉空冷 ;(3) 对于质量要求较高的H13钢模具 , 还应进行防止白点退火, 工艺周期较长; (4) 形状复杂的模具, 在粗加工后应进行一次去应力退火:600~650e@2h/炉冷 ;(5) 模具热处理后, 若模具型腔采用磨削!电火花和线切割等方法加工成形会在模具的表面上形成一层厚约10~30Lm的淬火马氏体白亮层, 也称之为 / 异常层 0“ 由于白亮层中的内应力较大, 淬火马氏体本身又较脆 , 磨削时容易在表面产生微裂纹和磨削裂纹, 因而磨削加工后最好能在低于回火温度 50e 以下进行去应力退火, 以消除磨削应力, 并使表面可能形成的淬火马氏体回火韧化大型的 H13钢锻件经常规球化退火处理碳化物组织极不均匀, 存在严重的沿晶碳化物链可通过多次球化退火或奥氏体化快冷( 正火 ) 再球化退火来实现淬火工艺：H13 钢的淬火回火工艺可以采用盐浴炉! 真空炉和流动粒子炉加热, 模具表面光洁, 热处理变形小 , 零件寿命长 “ 特别是外热式刚玉流动粒子炉保护加热, 吸收了盐浴炉和真空炉加热的共同优点, 很适合热作模具钢的热处理加热。

H13钢采用盐浴炉作为加热设备时的通用淬火工艺是:40~500 度预热 (0.5min/mm),650~840e预热 (0.5min/mm) 1020~1050 度奥氏体化 (0.25~0.45min/mm),保温结束后可视使用性能要求采用空淬，油淬，气淬或分级淬火, 分级温度可取500~540 度(0.25min/mm) 对断裂裂韧性，抗热疲劳和抗热磨损要求较高及淬火处理后需要电加工的模具, 为了得到最高的红硬性 , 可采用奥氏体化温度上限对于要求畸变小! 晶粒细 ! 冲击韧性高的模具, 为了得到最好的韧性和防止开裂, 应采用奥氏体化温度下限淬火加热的保温时间的优选, 应保证组织转变的完成和获得所要求的合金元素固溶程度淬火加热保温时间过短, 将降低 H13钢的红硬性及抗回火能力H13钢的淬火温度要比退火温度高,更应该采取措施防止氧化脱碳, 保证加热质量H13钢淬火后组织是: 板条马氏体 +未溶碳化物 +残余奥氏体回火工艺：H13钢淬火后应进行2~3 次回火 , 以期获得所要求的力学性能淬火后的模具温度在低于70e时就应尽快回火, 这对尺寸较大， 形状复杂的热作模具尤为重要同时 , 为避免热作模具回火时重新产生残余应力, 回火加热和冷却应缓慢进行。

H13 钢的回火工艺应根据热作模具的工作条件和具体的失效形态来确定回火温度和硬度“一般优质H13 钢大都采用54~650 度×3h高温回火 , 以提高模具的韧性和减少残余奥氏体(AR) 在模具中发生转变而引起脆性但高温回火易使热作模具发生热磨损和堆塌失效实践证明,H13 钢采用350 度左右的中低温回火后, 心部具有较好的强韧配合和热疲劳性能, 同时也不会出现蓝脆现象中低温回火存在较高量的 AR,对弥补其韧性不足有一定作用AR的存在可使材料在断裂时吸收更多的能量,并改变裂纹扩展方向及裂纹尖端的应力和应变状态, 从而提高钢的韧性值得注意的是 ,H13 钢在 425~520e 内回火时出现二次化的同时会出现第二类回火脆性,显著降低冲击韧性这是为回火时在马氏体板条间析出较大的碳化物, 以及回火快冷AR 转变为马氏体的缘故[4]“ 消除或减轻回火脆性的措施有(1) 应选择冶金质量好! 纯净度高的钢坯来锻造;(2) 在热处理程中, 通过形变热处理或临界区淬火得到锯齿形晶界结构, 细晶粒和减少P,S 杂质的晶界偏析;(3)采用二次回火, 第二次火温度低于第一次回火温度约10e, 保温时间缩短20%~25%, 以减轻回火脆性 ;(4)完全避免在脆性发展区内回火。

H13 钢回火后的最终热处理组织是:回火马氏体 +少量状碳化物 , 低于 600e 回火时仍保持马氏体板条状; 当回火温高于650e 时,马氏体形态会逐渐消失, 转变为回火马氏体, 起 H13钢热强性的严重恶化转一篇有关H13热处理的文章ASTM A681-1984 (H-13) GB 1299-85 (4Cr5MoSiV1)钢挤压模具真空热处理工艺摘要分析了不同真空热处理制度对4Cr5MoSiV1 模具钢的室温硬度、常规力学性能、高温硬度、 高温力学性能及特种性能的影响．用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜和体视显微镜分析了该材料经不同真空热处理后的显微组织和热磨损、热疲劳的表面形貌，从而优选出合理的真空热处理工艺．经工业性生产试验表明，用优选的真空热处理工艺处理的挤压模具，综合性能好，组织均匀致密，耐磨性和热疲劳抗力高，变形小，无氧化、脱碳，模具使用寿命较常规热处理提高2～ 3 倍以上．提高铝挤压模具寿命，不仅应选择性能优良的模具材料，而且应采用先进的热处理工艺与设备． 4Cr5MoSiV1 钢作为铝挤压模具用钢，具有良好的强韧性，高温强度与抗回火稳定性[1] ．如果采用先进的真空热处理技术，可以达到无氧化加热、发挥材料性能优势、提高模具寿命的目的． 但是，目前国内外对4Cr5MoSiV1 钢真空热处理方面的基础工作研究甚少，特别是结合铝挤压模具的特点，研究该钢真空热处理后的组织、性能对模具的影响规律，优选真空热处理工艺制度方面的文献几乎很难找到．为了提高铝合金热挤压模具的质量，提高其使用寿命，我们对4Cr5MoSiV1 钢的真空热处理工艺进行了全面系统的研究，并与常规的热处理工艺进行了对比，以寻求最佳的真空热处理工艺．1 试验材料与试验方法1.1 试验材料试验用钢为国产φ150mm 电炉 +VHD 炉外精炼钢棒， 化学成分见表1．试样及试验模具均取同一炉次钢棒，并经相同方法改锻和预处理．钢棒的原始硬度、预处理后的硬度和球化退火硬度分别为：HB207 ～217;HB237;HB202．表 1 试验用钢4Cr5MoSiv1 的化学成份 % C Cr Mo V Si Mn P S 0.36 4.85 1.40 1.01 1.00 0.35 0.017 0.009 0.32-0.45 4.75-5.5 1.1-1.75 0.8-1.2 0.8-1.2 0.2-0.5 1 时，晶粒长大使K值停止下降甚至增加．在上述三种处理制度（淬火温度）下的KⅠC 值变化不大．回火温度对KⅠC 值的影响， 其趋势与回火温度对ak 值的影响规律相似，断口微观形貌为准解理 +韧窝，详见图4．2.5 淬火、回火温度对显微组织的影响试验结果表明： 4Cr5MoSiV1 钢在 1000℃～1040℃范围内真空淬火，600+580℃回火后的实际晶粒度在八级以上，且细小均匀．只有在1080℃真空淬火后，钢的实际晶粒度开始急剧长大到4～7 级．从钢的实际晶粒度级别来看，1040℃真空淬火， 600+580℃回火为最佳，达 10 级晶粒度．4Cr5MoSiV1 钢经不同温度真空淬火，600℃加580℃回火后的显微组织见图5．图 5 不同温度真空淬火回火后的显微组织金相分析结果表明：4Cr5MoSiV1钢经不同温度真空淬火后的组织均为淬火马氏体+残余奥氏体和少量细小均匀的球状碳化物．随着淬火温度的升高，碳化物数量减少，马氏体板条变粗，晶粒逐渐长大，残余奥氏体量增加．钢的淬火、回火组织为回火马氏体+残余奥氏体和少量细小均匀的球状碳化物．从组织精细角度来看，淬火温度以1020～1040℃，回火温度为600～620℃为宜．3 试验模具挤压结果与分析根据以上试验结果制作的铝型材挤压模具分别在20MN和 25MN油压挤压机上进行试挤，并在相同的挤压条件下与用常规热处理方法处理的模具进行对比试验，结果列于表4 中．表 4 4Cr5MoSiV1 铝型材挤压模对比试验结果模具型号处理方法挤压量 /t 模具状态型材表面备注xx 1# 真空热处理 23.145 继续服役好 分流模xx 2# 真空热处理 18.211 继续服役好 分流模xx 3# 常规热处理 8.346 磨损超差一般分流模xx 1# 真空热处理 12.470 继续服役好 平面模结果表明：经真空热处理的模具，其使用寿命比常规热处理模具使用寿命提高2～ 3 倍以上，型材表面质量也有较大提高[8][9]． 真空热处理模具可连续生产150～200 个锭以上，制品表面稍差时模子工作带仅有轻微划痕，修模十分省力．常规热处理模具在连续挤压50个铸锭时， 制品表面出现凸纹，模具工作带出现严重划沟，修模十分困难，并易发生壁厚超正差，造成模具报废．4 结论（1）4Cr5MoSiV1 钢铝合金挤压模具经真空淬火和回火后，组织均匀致密，韧塑性得到改善，具有良好的综合性能．（2）生产实验表明，与传统的热处理方法相比，经真空热处理的铝合金型挤压模耐磨性好，粘铝少，型材表面光洁且尺寸精密，模具使用寿命可提高2-3 倍．(3) 对于 4Cr5MoSiV1钢铝合金挤压模具来说，建议采用 1040℃真空加热， 气压为 0.113 ～80kPa 真空油淬600+580℃电阻炉回火的热处理工艺．。