H13钢材用途与热处理，模具钢选它要注意啥

H13钢材属于热作模具钢，它的执行标准是GB/T1299 - 2000，其统一数字代号为A20502，牌号是4Cr5MoSiV1 ，合金工具钢简称为合工钢，它是那种在碳工钢的基础之上加入合金元素进而形成的钢种。

化学成分

单位(%)

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;

热处理

淬火:790度+-15度预热

1000度(盐浴)或1010度(炉控气氛)+-6度加热

保温5~15min空冷

550度+-6度回火退火、热加工;

进行塑胶模具处理时，能够达到的硬度范围是HRC48 - 52度，而压铸模具处理的话，达到HRC42 - 46度是比较适宜的。

热处理工艺

1.预先热处理，市场上所供应的H13钢钢材以及模坯，在钢厂之时都已经做好了退火热处理，这确保了具备良好的金相组织，有着适当的硬度，还有良好的加工性，是无需再去进行退火的。然而制造厂进行改锻之后，破坏了原本的组织以及性能，还增加了锻造应力，所以必须要进行重新退火。

等温球化退火的工艺是这样的，先在八百六十摄氏度到八百九十摄氏度的范围对其进行加热，并且保温两个小时，之后将温度降低到七百四十摄氏度到七百六十摄氏度的区间，在此等温四个小时，最后以炉冷的方式，冷到大概五百摄氏度的时候出炉。

2.具有良好韧性要求所需的模具淬火工艺那规范是，加热的这个温度处于1020 到1050℃之间，冷却方式可以是油冷或者空冷，而硬度是54 至58HRC；对于以热硬性作为主要要求的模具而言，其淬火工艺规范为，加热温度设定在1050 到1080℃这个范围，冷却方式是油冷，硬度是56 至58HRC。

推荐的回火温度范围是，530摄氏度到560摄氏度，此时硬度为48HRC至52HRC；还有回火温度是560摄氏度至580摄氏度，硬度则是47HRC到49HRC。

首先，回火得进行两次。然后，当处于500℃回火之时，则存在回火二次硬化峰，此时回火硬度可是最高呢，峰值大概在55HRC左右，然而韧性却是最差的。所以呀，回火工艺最好避开500℃左右这种情况。最后，依据模具的使用需求，在540至620℃这样一个范围呢回火会比较好。

应实行两次预热来进行淬火加热，在哪预热呢，在600到650摄氏度这个区间，还有800到850摄氏度这个范围，这么做是为了啥呢，是为了减少在加热过程当中会产生对的热应力。

3.倘若对 H13 钢实施化学热处理，要是进行气体渗氮或者氮碳共渗的话，能够让模具得到进一步强化，然而其氮化的温度不可以高于回火温度，以此来确保心部强度不会降低，进而提高模具的使用寿命。

特性

有这样一种钢，叫电渣重容钢，它具备高的淬透性，还有强的抗热裂能力，它所含的碳以及钒的量比较高，其耐磨性不错，只是韧性相对而言有所降低，它拥有良好的耐热性，在温度较高的时候，具备较好的强度与硬度，有高的耐磨性以及韧性，具备优良的综合力学性能，还有较高的抗回火稳定性。

用途

用在制作那种冲击载荷比较大的锻模，还有热挤压模，以及精锻模，另外还有铝、铜及其合金压铸模。

硬度分析

钢里所含碳的量能够决定淬火钢的基体硬度，依据钢中含碳量跟淬火钢硬度的关系曲线能够晓得，H13钢的淬火硬度大概在55HRC左右。对工具钢来讲，钢中的一部分碳会进入钢的基体之中从而引发固溶强化。此外的一部分碳将要和合金元素里的碳化物形成元素联合形成合金碳化物。对于热作模具钢而言，这种合金碳化物除了少量残留的之外，还要求它在回火的过程里在淬火马氏体基体之上弥散析出进而产生两次硬化现象。热作模具钢的性能，乃是由均匀分布着的残留合金碳化合物以及回火马氏体的这般组织去予以决定的。由此能够见到，钢里面的含C量是不可以太过低的。

化学成分分析

H13钢属于C-Cr-Mo-Si-V型钢，在全球范围内应用极为普遍，与此同时，众多来自各国的学者针对它展开了广泛研究，并且正在探究化学成分的改进。

钢能够被广泛应用且具备优良特性，这主要是由钢自身的化学成分所确定的。当然了，钢里面的杂质元素是必须要降低的，有相关资料显示，当Rm处于1550MPa这个数值时，材料当中的含硫量从0.005%降低到0.003%，这样会使得冲击韧度提高大概13J。非常明显的是，NADCA 207 - 2003标准作出了规定：优级（premium）的H13钢含硫量要小于0.005%，而超级（superior）的H13钢含硫量应小于0.003%，并且含磷量要小于0.015%。

碳，美国AISI H13、UNS T20813、ASTM（最新版）中的H13以及FED QQ-T-570的H13钢，它们的含碳量都被规定为(0.32~0.45)%，在所有H13钢里，这个含碳量范围是最宽的。德国X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量处于(0.37~0.43)%，其含碳量范围相对较窄。德国DIN17350里还有X38CrMoV5-1，它的含碳量为(0.36~0.42)%。日本SKD 61的含碳量是(0.32~0.42)% ，我国GB/T 1299里4Cr5MoSiV1的含碳量为(0.32~0.42)% ，我国YB/T 094中SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为(0.32~0.45)% ，4Cr5MoSiV1与日本SKD61含碳量相同 ，SM 4Cr5MoSiV1与AISI H13含碳量相同 ，北美压铸协会NADCA 207-90标准之中对H13钢含碳量规定为(0.37~0.42)% ，北美压铸协会NADCA 207-97标准里头对H13钢含碳量都规定为(0.37~0.42)% ，北美压铸协会NADCA 207-2003标准里对H13钢含碳量均规定为(0.37~0.42)%。应当具有高韧度的含5%Cr的H13钢，其含C量要保持在能形成少量合金C化物的水平之上，如此这般。

人人都知道，钢里面增添碳含量会让钢的强度得以提升，对于热作模具钢来讲，会致使高温强度、热态硬度以及耐磨损性有所提高，然而却会造成其韧度下降。学者在工具钢产品手册文献里把各类H型钢的性能进行比较，这很明显证实了这个看法。一般觉得致使钢塑性和韧度降低的含碳量界限是0.4%。因这一缘故，对人们提出了这样的要求，即在进行钢合金化设计的时候，需要遵循下面叙述的原则：第一，在保持强度的前提条件下，要尽可能地去降低钢的含碳量；第二，有相关资料已经提出：当钢的抗拉强度达到1550MPa以上的时候，含C量处于0.3% - 0.4%这个范围是较为适宜的。另外，H13钢的强度Rm，有文献作出了介绍，其在46HRC时为1503.1MPa，在51HRC时为1937.5MPa。

面对要求具备更高强度的热作模具钢，所应用的方式是于H13钢成分的基础层面上，提升Mo含量或者提高含碳量，这一点在后续还会被提及论述，当然，稍微降低韧度以及塑性是能够预先想到的。

铬，合金工具钢里最为普遍所含、价钱实惠的合金元素，在美国，H型热作模具钢里含Cr量处于2%至12%范围，在我国，合金工具钢（GB/T1299）的37个钢号中，除了8CrSi和9Mn2V之外都含有Cr，铬对于钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度以及淬透性均有着有利影响，同时它溶入基体里会显著改善钢的耐蚀性能，在H13钢中含Cr和Si会让氧化膜致密进而提高钢的抗氧化性。再以 Cr 对 0.3C - 1Mn 钢回火性能所起的作用展开分析，加入了 6%的钢在淬火之后，于 550℃进行回火时会呈现出二次硬化效应，人们针对热作钢模具钢通常会选取 5%铬的加入量。

铬在工具钢里，有一部分溶进钢中，起到固溶强化的作用，还有一部分与碳相结合，依据含铬量的高低，以(FeCr)3C、(FeCr)7C3以及M23C6的形式存在，进而对钢的性能产生影响。除此之外，还得考虑合金元素的交互作用所带来的影响，就好比钢里包含铬、钼以及钒的时候，在Cr>3%的情况下，Cr能够阻止V4C3的生成，并且推迟Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C是用来提高钢材高温强度和抗回火性的强化相，这种交互作用提高了该钢的耐热变形性能。

铬若是溶进钢奥氏体里，便会增添钢的淬透性，Cr、Mn、Mo、Si、Ni均如同Cr状况一般，属于能增加钢淬透性的合金元素，具有这样的特性。通常情况下，人们习惯于采用淬透性因子予以表征，一般而言，国内现有的资料仅仅是运用Grossmann等人的资料，随后，Moser和Legat开展的更进一步的工作表明，由含C量跟奥氏体晶粒度所决定的基本淬透性直径Dic以及合金元素含量所确定的淬透性因子（在图3中有所显示）能够用于计算合金钢的理想临界直径Di，并且也能够依据下式进行近似计算：Di = Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1) ，在(1)式当中，各个合金元素是以质量百分数的形式来表示的。依据这个式子，人们对数种元素，也就是Cr元素、Mn元素、Mo元素、Si元素以及Ni元素，它们影响钢淬透性的情况，有着颇为明晰、相当明确的半定量认知。

Cr对钢共析点有着影响，它跟Mn大致是相似的，在约5%的含铬量的这种情况下，共析点的含C量下降到0.5%左右。另外，Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入会更显著地使得共析点含C量降低。基于此能够知道，热作模具钢和高速钢一样属于过共析钢。共析含C量的降低，会增加奥氏体化后组织中以及最后组织中的合金碳化物含量。

钢里面合金C化物的行为，跟它自身的稳定性存在关联，事实上，合金C化物的结构、稳定性，与相应C化物形成元素的d电子壳层以及S电子壳层的电子欠缺程度有关系，随着电子欠缺程度降低，金属原子半径跟着减小，碳和金属元素的原子半径比rc/rm增大，合金C化物从间隙相向间隙化合物转变，C化物的稳定性变弱，其相应的熔化温度以及在A中的溶解温度降低，其生成自由能的绝对值变小，相应的硬度值下降。带有面心立方点阵的 VC 碳化物，其稳定性是高的，大概在 900 到 950℃这个温度范围开始溶解，于 1100℃之上开始大量溶解。而溶解终结温度是 1413℃，它在 500 至 700℃回火历程当中析出，不太容易聚集长大，能够当作钢里的强化相。中等碳化物形成元素 W、Mo 所形成的 M2C 和 MC 碳化物，具备密排以及简单六方点阵，它们稳定性稍微差些，也拥有较高的硬度、熔点还有溶解温度，依旧能够作为在 500 至 650℃范围运用钢的强化相。分别来看,M23C6(像Cr23C6这类),有着复杂立方点阵。其中稳定性更差些，结合强度也比较弱。它的熔点以及溶解温度都相对低些(在1090℃的时候就融入A当中了)。仅仅是在少数耐热钢里经过综合合金化之后，才具备较高稳定性(比如像(CrFeMoW)23C6,能够当作强化相。有着复杂六方结构的M7C3(跟比如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或者Fe2Cr5C3那般),稳定性更是差。它跟Fe3C类碳化物一样特别容易溶解还有析出，有着较高的聚集长大速度，一般情况下不能作为高温强化相。