热处理对H13模具钢的性能影响分析
H13热作模具钢失效分析及热处理工艺
H13热作模具钢失效分析及热处理工艺(2009-04-12 18:42:17)转载标签：杂谈H13钢（4Cr5MoSiV1）是国际上广泛应用的一种空冷硬化型热作模具钢。
H13钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹：而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，因此广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具的制造。
失效分析：由于模具使用厂家的不合理技术要求，往往会造成H13模具早期断裂失效。
常见的造成模具早期失效的H13热作模具钢不合理技术要求有：“表面硬度低芯部硬度高；硬度要求过高；表面硬度高芯部硬度低等。
由化学成分分析表明绝大多数批次H13钢化学成分符合标准，仅少数批次的合金元素含量不足。
在生产实践中经常发现一些钢厂生产的H13化学成分偏析严重，模具厂家又未进行合理的锻造和球化退火，经常造成H13钢在热处理过程中或安装使用时断裂。
（1）硬度偏高造成模具早期断裂（2）模具表层硬度太低，产生模具早期龟裂失效（3）模具表面硬度高，基体硬度低，产生早期龟裂失效热处理：H13钢的临界点：Ac1为853℃；Ac3为912℃；Ms为310℃锻造：先缓慢加热到750℃，在快速加热到1120-1150℃的锻造温度，减少氧化和脱碳；始锻温度为1080-1120℃，始锻温度≥850℃，锻后缓冷，并及时退火。
另外要求锻造比大于4. 退火：H13退火用TTT曲线位于淬火用TTT曲线的左侧，过冷奥氏体的稳定性降低，有利于退火软化处理。
等温退火加热到800℃，保温2h，降温至750℃等温2-4h，炉冷到500℃出炉空冷，硬度为192-229HBS，锻后必须立即进行球化退火。
淬火和回火：淬火前二次预热，1040±10℃淬火，540±10 ℃回火,获得回火马氏体加碳化物组织,硬度HRC46～50 ,可满足热作模具钢的性能要求。
通过改进H13 钢的冶炼方法和合理的锻造工艺来保证模具用材的要求, 适宜的热处理工艺确保H13 钢具有良好的综合力学性能, 正确的使用操作方法更有利于提高其使用寿命。
热处理对H13模具钢的性能影响分析
热处理对H13模具钢的性能影响分析【摘要】本文分析了预备热处理工艺、回火温度及深冷处理对H13模具钢的性能和模具寿命的影响，研究证明，对成分偏析且锻造不足的H13钢，适当提高回火温度可在一定程度上减少带状组织，对该种钢材热处理前进行扩散退火+球化退火预先热处理，能更有效改善其金相组织，较大幅度提高材料的冲击韧度；深冷处理后，残余奥氏体转变为马氏体，同时碳化物分布更加细小、均匀，可进一步提高H13钢的力学性能。
【关键词】热处理；H13；模具寿命1 引言H13钢是一种典型的热作模具钢，具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能及抗热裂能力，是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢，适用于制造压铸模、挤压模、热切边模、热锻模具等。
由于H13钢良好的性价比及工艺性能，目前该钢种已成为国内外应用最广泛的热作模具钢种之一。
为了充分发挥H13 钢的优异性能，钢坯在热处理前都必须严格按工艺要求进行锻造，要求总锻造比≥3，内镦粗比>2，通过多次镦粗和拔长，以达到提高锻件致密度，改变锻件流线方向，改善碳化物的均匀分布状况的目的。
由于冶金品质和锻造工艺没有达标，部分国产H13钢会出现成分偏析、带状组织严重等现象。
用此类材料制造的模具，经常规工艺处理后，常常出现早期失效。
因此，有必要改善热处理工艺。
在此次研究中，通过改进预备热处理及淬火、回火工艺，探讨热处理工艺改进对H13 钢显微结构和力学性能的影响。
2 实验与数据采集实验选用某厂生产的H13钢试样，经测定，其化学成分（质量分数，%）为：0.40C，0.87Si，0.28Mn，0.021S，0.018P，5.0Cr，1.25Mo，0.92V，成分符合GB1299-1985 标准，未经热处理时硬度检查为15HRC，冲击韧度为18.5J/cm2。
金相检验结果显示（见图1），组织中存在严重的成分偏析及带状组织。
将材料制成标准U型缺口试样，放入充有氩气保护气氛的密封石英玻璃管中，在箱式炉中进行加热。
h13模具钢 热处理 硬度
h13模具钢热处理硬度
H13模具钢经过热处理后的硬度取决于其处理规范，包括淬火和回火。
通常，H13模具钢经过淬火处理后，硬度可以达到HRC56-58。
而经过回火处理后，硬度则可以降低到HRC47-49。
如果需要进行更高硬度的处理，可以考虑进行二次回火，其硬度可以达到HRC47-49。
此外，H13模具钢的硬度还与其制造工艺和热处理工艺有关。
例如，经过氮化处理后，其硬度可以提高到HRC50-54。
而在退火状态下，其硬度约为HB245-205。
总体来说，H13模具钢是一种具有优良热稳定性和抗热疲劳性的热作模具钢，适用于制造需要承受较大冲击和摩擦的模具，如锻模、热挤压模和精锻模等。
在选择合适的硬度时，需要根据具体的使用要求和工艺条件来决定。
热处理与锻造工艺对H13热作模具钢组织与性能的影响
热处理与锻造工艺对H13热作模具钢组织与性能的影响H13热作模具钢是模具钢品类中一种重要的钢种,具有良好的热强性、红硬性,较高的韧性、淬透性、抗疲劳和良好的抗高温冲击性能,广泛应用于铝、镁、锌等轻合金的压铸模具、铝合金挤压模具与热锻模具。
热作模具钢在服役过程中,需要承受因冲击、磨损、热疲劳、塑性变形以及急冷急热而产生的应力,若H13热作模具钢在热处理与锻造过程中处理不当,则会导致模具提前失效,造成经济损失或生产事故。
由于金属材料组织的遗传特性会伴随热处理的整个过程,因此,从锻造工艺的始端—电渣钢锭均匀化退火处理开始,系统研究H13热作模具钢热处理与开坯锻造工艺参数对材料组织与性能的影响,揭示热加工工艺对材料性能与组织的影响机理,对指导实际锻造工程具有重要的理论与实践意义。
本文以山东莱锻机械有限公司实际生产H13钢为研究对象,采用Gleeble热压缩实验,并借助数值模拟方法,系统研究了不同的处理工艺对材料组织与性能的影响。
主要研究工作如下:研究了均匀化热处理温度与时间对均匀化效果、组织与冲击性能的影响规律。
对电渣钢锭进行2X3的正交均匀化实验,对均匀化处理后的试样进行锻造、正火、球化退火处理,分析了元素的扩散情况,进行了冲击性能实验,揭示了均匀化温度和时间对材料组织、元素扩散与抗冲击性能的影响规律。
综合考虑实验条件,确定了最优的均匀化退火工艺为1280°C×10h。
本文对经过1280°C×10h均匀化处理的H13钢进行了热压缩实验,获得了变形温度在950～1150℃,变形速率在0.1～10mm/s H13热作模具钢材料的真实应力应变曲线,建立了Arrhenius本构关系模型和热加工图。
所建立的本构关系模型可以较准确地描述H13热作模具钢的高温流变行为。
依据获得的热加工图,在60%变形量下,H13的最佳锻造温度区间是1050～1125°℃,应变速率区间是0.1～0.7s-1。
H13热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进
出，M3P 相在 626.84℃析出[4]。
H13 钢中碳化物以是 M23C6、MC 和 M2C 为主 ，如图
4b、4c、4d 所示结果表明：M23C6 相主要成分是 Cr，Cr 和 Mo
元素的含量随着温度的升高而逐渐降低。M23C6 相中还
（a）
图2
A 样边部的金相组织图
a——放大 500 倍
· 64 ·
（b）
b——放大 1,000 倍
含有少量的 Mn 和 V 元素。当前温度降低至 200℃以下，
Cr 元素的质量分数大约为 70%，Mo 元素的质量分数大约
为 20%。MC 相主要含有 Cr、Mo、V、C 等元素，V 元素占
《模具制造》2024 年第 3 期
·模具材料及热处理技术·
模具材料及热处理技术
H13 热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进
汪
凡
（安徽工业大学冶金工程学院，安徽马鞍山
243032）
【摘要】对H13热作模具钢在其生产加工的过程之中产生的断裂缺陷进行了研究，
而导致淬火开裂。
3 热处理工艺优化
3.1 H13 钢热平衡相组成
将 H13 钢带入 JMatPro 软件计算，得到 H13 热平衡
（a）
图1
（b）
A 和 B 样品中间部位
a——A 样中间部位金相组织(1,000 倍)
b——B 样中间部位金相组织(1,000 倍)
图 2 所示为 A 样品的边部取样样品的 500 倍和 1,000
关键词：H13 钢；断裂；JMatPro；热处理工艺
中图分类号：TG162；TG142
正火温度对H13热作模具钢组织性能的影响
２０２０年１０月第４４卷增刊２ Ｖｏｌ．４４Ｓｕｐｐｌ．２Ｏｃｔ．２０２０收稿日期：２０２０－０７－２０基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＢ０３００４０２）作者简介：韩亚辉（１９９１－），男，博士研究生。
ｈｕｉ１２０６１２ｈａｎ＠１６３．ｃｏｍ通信作者：李长生（１９６４－），男，教授。
ｌｉｃｓ＠ｒａｌ．ｎｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ正火温度对Ｈ１３热作模具钢组织性能的影响韩亚辉，李长生，任津毅，贺 帅，金 鑫，王 煜（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳１１０８１９）摘 要：利用箱式电阻炉在不同温度下（１ ０００，１ ０５０，１ １００，１ １５０℃）对Ｈ１３锻坯试样进行正火处理，并进行了后续等温退火和淬回火处理，研究了正火温度对其显微组织和抗冲击性能的影响。
结果表明：高温正火处理能明显改善Ｈ１３钢的锻态组织；正火温度在１ ０００～１ １００℃时，随正火温度升高，晶粒变得细小均匀，带状偏析和共晶碳化物减少，冲击韧性提高；１ １５０℃正火处理后晶粒发生明显粗化，冲击韧性下降；；Ｈ１３锻件的最佳正火处理温度为１ １００℃。
关键词：Ｈ１３钢；正火处理；晶粒尺寸；带状偏析；心部横向冲击功中图分类号：ＴＧ１４２．４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－３７３８（２０２０）增刊２－００４２－０４Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆＨ１３Ｈｏｔ－Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｅ ＳｔｅｅｌＨＡＮ Ｙａｈｕｉ，ＬＩ Ｃｈａｎｇｓｈｅｎｇ，ＲＥＮ Ｊｉｎｙｉ，ＨＥ Ｓｈｕａｉ，ＪＩＮ Ｘｉｎ，ＷＡＮＧ Ｙｕ（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｒｏｕｇｈｔ Ｈ１３ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（１ ０００，１ ０５０，１ １００，１ １５０℃）ｂｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ ｃｈａｍｂｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅ，ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｉｔｓ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｈ１３ｓｔｅｅｌ ａｔ ｆｏｒｇｅｄ ｓｔａｔｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ １ ０００－１ １００℃，ａｓ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｇｒａｉｎｓ ｂｅｃａｍｅ ｆｉｎｅ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ，ｂａｎｄ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｃａｒｂｉｄｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ａｔ １ １５０℃，ｔｈｅ ｇｒａｉｎｓ ｗｅｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｃｏａｒｓｅｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｈ１３ｆｏｒｇｉｎｇｓ ｗａｓ １ １００℃．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈ１３ｓｔｅｅｌ；ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ；ｂａｎｄｉｎｇ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｃｅｎｔｅｒ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙ０ 引 言Ｈ１３钢作为世界第二代热作模具钢的典型代表钢种之一，由于具有优异的耐磨和抗热疲劳性能而广泛应用于制造铜铝材料的热挤压模和热压铸模［１－２］。
H13模具钢的锻造及热处理
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Ｈ １ ３模 具 钢 的 锻 造 及 热 处 理
王 欣 ， 杨 凌平
１ ． 山东省 东平县技工 学校 （ 山东东平Biblioteka ２ ７ １ ５ ０ ０ ）
美 的。
３ Ｈ１ ３ 模具钢 的锻 造要点
浇铸所 得钢锭 ， 在连续加热 炉中加热 ， 其工艺规
程为 ： 在８ ０ ０ ～ ９ ０ ０ ｃ ｃ预 热 ２ ｈ ， 再升 温至 ｌ ， １ ３ ０ ～ ｉ ， １ ８ ０ ℃
２ Ｈ１ ３ 模 具钢的应 用概 况
． ５ ～ ２ ． ０ ｈ ， 随铸锭大小及头火 、 二道火而定 ， 小锭 随着改革开放 的发展和大量进 口钢材的不断涌 保温 ０ 大锭 及二道 火取 大值 。 出炉 温度 为 人， 在２ ０ 世纪 ８ ０ 年代初 ， 我 国的一些钢厂相继开发 了 及头 火可少 些 ，
两种热作模具H13钢组织和性能研究
两种热作模具H13 钢组织和性能研究摘要：随着现代工业的迅速发展，热作模具在钢铁、汽车、冶金等行业中扮演了越来越重要的角色。
本文重点针对两种热作模具材料H13 钢的组织和性能进行了研究分析。
通过对比两种不同加工方式制备的H13 钢的组织结构和性能进行比较，揭示了不同加工方式对H13 钢微观组织和力学性能的影响，在提高模具的整体性能方面具有一定的借鉴意义。
关键词：热作模具；H13 钢；组织结构；力学性能前言：随着现代工业的发展，热作模具在钢铁、汽车、冶金等行业中的应用越来越广泛。
其中，H13 钢作为一种常见的模具材料，具有优良的高温强度、热疲劳抗力和磨损抗性等特点，被广泛应用于热作模具制造领域。
由于模具在使用过程中经常受到高温、高压等复杂环境的影响，因此模具的组织结构和力学性能对其使用寿命和加工效率有着重要的影响。
本文选取两种常见的加工方式（热处理和过冷处理）对H13 钢进行了研究，比较了不同加工方式对H13 钢的组织结构和力学性能的影响，为热作模具材料的选用和加工提供了一定的参考和借鉴意义。
一、H13 钢的组织结构和性能分析H13 钢是常见的热作模具材料之一，其主要成分为碳、铬、钼、钨、钴等元素。
在制备过程中，通过适当的合金设计和工艺流程控制，可以得到良好的力学性能和高温疲劳抗力。
1、H13 钢的组织结构H13 钢的组织结构主要由马氏体、余铁素和碳化物等组成。
其中，马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织形态，是H13 钢的主要强化相；余铁素则具有较好的延展性和韧性，能够有效缓解马氏体的脆性；碳化物则是钢中主要的强化相之一，能够显著提高钢的硬度和热稳定性。
2、H13 钢的力学性能H13 钢具有良好的高温强度、热疲劳抗力和耐磨性等特点，使其成为热作模具材料的理想选择。
具体的力学性能如下：（1）抗拉强度：H13 钢的抗拉强度为1460MPa，表明其具有很高的强度和韧性，能够承受大的拉伸应力。
（2）屈服强度：H13 钢的屈服强度为1260MPa，是其材料强度的重要参数，直接影响到其在高温环境下的使用寿命和稳定性。
热处理对H13钢组织性能的影响
寸过小，与基体共格崎变不大，硬度值不高；但如果保持时间
过长，特殊碳化物长的过大，又会使硬度降低。通常对于一种
图（６）８刚℃退火＋１０２０咖冷Ｊ｛卒火 图（７）８６０℃退火＋１０２０℃（油冷）
＋２５００Ｃ回火１２０００ｘ
＋５００℃回火５００ｘ
３结论 ４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶｌ钢在１０００—１０５０℃淬火合适，过高、过低的淬
（上接第２９８页） 具轨迹向上多ｆ＃４１： Ｎ８＃２２＝＃１ｌ＊ＴＡＮ［＃３１：
Ｚ向上升（撑１ｌ＋＃１２）后，切点（前后斜面）在Ｙ方向变化值。 Ｚ向上升（＃ｌｌ＋舞１２）后，切点（左右斜面）在Ｘ方向变化值。
Ｎ９群２３＝＃９一舟２２： ＮｌＯ＃２４＝＃１０一＃２１： Ｎ１ｌ ＣＯｌ Ｚ卜一＃５＋＃１１１ Ｆ１０００；
圃
ｔ０００
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１０２０
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淬火温度℃
１０５０
巨圈 图（１）Ｈ１３钢不同温度空冷淬火
ｓ６５
量ｓ８Ｄ 魁 晕５ｓ ５
图（２）Ｈ１３钢不同温度油冷淬火 ２ ＳＥＭ、ＴＥＭ观察与分析 ４ｃｒ５ＭｏＳｉＶｌ钢经１０２０℃淬火后，获得马氏体＋残余奥氏 体＋未溶碳化物组织如图（６）所示，未溶碳化物主要为Ｍｏ、Ｖ 的碳化物，由于这些碳化物固溶温度比较高，因此，只有保证 足够高的淬火温度和足够长的保温时间才能保证充分固溶． 而事实上这些未溶碳化物对回火过程中碳化物的非自发形核 起很大作用。用透射电子显微镜分析发现，淬火温度为１０２０。Ｅ 时，它还是针状与板条状马氏体的混合组织，其中板条状马氏
５００
５ ５０
Ｂ００
６５０
７００
回火温度℃
１３钢不同温度回火后的抗拉强度值曲线
臣三盈
具有二次硬化现象的钢，为了获得最高的硬度值。有一最住的 回火温度范围，而回火时间则随同火温度的增高相应缩短。热 模具钢应避免在出现二次硬化峰的温度范围内同火。而采取 高于二次硬化峰的温度同火。为了使一次回火过程中残余奥 氏体转变产生的马氏体充分回火，一般采用二次到三次回火。
h13模具钢热处理 -回复
h13模具钢热处理-回复H13模具钢热处理H13模具钢是一种常用的工具钢，广泛应用于模具制造和热压铸造领域。
为了提高H13模具钢的硬度和耐磨性，以及延长其使用寿命，热处理是必不可少的工艺。
本文将详细探讨H13模具钢的热处理过程。
第一步：预热热处理的第一步是对H13模具钢进行预热。
预热是将材料加热到适当的温度，以去除内部应力和改善材料的可加工性。
对于H13模具钢，预热温度通常在450至500摄氏度之间。
该温度范围可以减少材料的变形和开裂风险。
预热时间根据材料的厚度而定，通常约为1小时。
第二步：加热预热后，H13模具钢需要进一步加热以达到所需的淬火温度。
淬火是使材料迅速冷却以达到增加硬度和耐磨性的目的。
H13模具钢的淬火温度通常在980至1050摄氏度之间。
材料在这个温度区间保持一定时间，以确保其内部结构达到理想状态。
加热时间和温度的控制是非常关键的，这将直接影响到材料的硬度和性能。
第三步：冷却完成加热后，H13模具钢需要迅速冷却以形成所需的组织结构。
冷却速度对材料的硬度和耐磨性有重要影响。
常用的冷却方法包括水淬、空气冷却和油淬。
水淬是最常用的方法，可以实现快速冷却。
水温和冷却时间的控制非常重要，以避免材料的开裂和变形。
油淬是一种较慢的冷却方法，可提供适度的冷却速度以减少材料的开裂风险。
冷却后，H13模具钢将具有较高的硬度和耐磨性。
第四步：回火冷却后，H13模具钢通常需要进行回火处理以降低其脆性并提高韧性。
回火是将材料加热到较低的温度，并保持一段时间后再冷却。
回火温度和时间的选择取决于所需的硬度和性能。
通常，回火温度在200至600摄氏度之间。
回火在一定程度上会减少材料的硬度，但也会提高其韧性和抗断裂性能，从而增加模具的使用寿命。
综上所述，H13模具钢的热处理是一个复杂的工艺过程，需要经验丰富的工艺师根据具体情况进行控制。
正确的热处理过程可以显著提高H13模具钢的性能和使用寿命，并为模具制造和热压铸造行业提供更高效可靠的工具。
热处理工艺对H13钢组织和力学性能的影响(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
热处理工艺对H13 钢组织和力学性能的影响(1)
比较了H13 钢盐浴分级淬火、盐浴分级淬火+200℃乘以2h 回火、真空高压气淬和真空高压气淬+200℃乘以2h 回火后的力学性能,试验表明, H13 钢真空高压气淬后的力学性能更为优良。
这主要是因为H13 钢盐浴分级淬火后,存在拉应力,而真空高压气淬后存在压应力;同时还与真空淬火具有脱气作用,残留奥氏体较多等因素有关。
研究结果还表明分级淬火后应快速冷却,减少贝氏体量,增加马氏体转变量,抵消部分热应力,有利于减小模具的畸变和提高韧性。
H13 钢是目前国内应用最广泛的压铸模具钢之一,各种文献对它的淬回火
工艺及其力学性能报道很多,但对H13 钢淬火后的性能研究较少。
本文比较了经盐浴分级淬火和真空高压气淬的H13 钢淬火态的力学性能,分析了造成力学性能差异的原因,这对真空高压气淬工艺的实施不无参考价值。
1、试验用钢试验用钢为供货状态圆钢,其化学成分见表1。
2、试验方法
表1H13 钢的化学成分(质量分数,% )
2.1、试样试棒为标准试棒,尺寸小于10 mm 乘以120 mm,每种试验方法用3 件试样。
2.2、试验工艺(1)真空高压气淬1020 ℃乘以40min,充氮气4.5 乘以105Pa,风扇2800r/min;当炉温为80℃时,工件温度为200℃左右,调整风机转速为1200r/min(试样与工件同炉处理, 装炉符合所用设备的要求) 。
(2)盐浴分级淬火1020℃乘以10min, 600℃分级3min,空冷。
(3)低温回火200℃乘以2h,空冷。
H13钢及其热处理
H13钢及其热处理陈杰(中国一拖集团有限公司热处理厂，河南洛阳471000)摘要：通过对热挤压模具钢H13材料以及热处理工艺的研究，我们能够获得有效的方法来满足对使用这种材料的日益增多的要求，更好地满足该种材料模具的使用性能。
关键词：热挤压；模具钢；脱碳敏感性；常规淬火；低温淬火；渗碳；保护气氛淬火0 前言H13钢是一种空冷硬化的铬系热挤压模具钢。
H13是采用美国AISI-SAE统一编号的钢材，系中碳中铬热模具钢。
该钢具有较高的热强度和硬度，尤其在中温(600℃)时具有较高的热强度和硬度，高的耐磨性和韧性，较好的耐冷热疲劳性能。
由于这种钢具有良好的综合机械性能，而越来越广泛地被用于制造模锻锤的锻模、热挤压模具与芯棒、锻造压力机模具、精锻机用模具、镶块以及铝、铜及其合金的压铸模等。
1 材料的基本性能1.1材料的化学成分(见表1)以及合金元素的影响H13属铬系热模具钢，材料中含有大约5%的铬，并加有钼、钨、钒和硅等合金元素。
由于含铬较高，因而有较高的淬透性，加入1%Mo时的淬透性更高。
故尺寸较大的模具淬火时也可以空冷。
铬、硅可以提高钢的耐热疲劳性和抗氧化性，但是硅的存在却增加了材料的脱碳敏感性。
钒可以加强钢的二次硬化效果，增加钢的稳定性。
铬系热作模具钢的韧性、耐热疲劳性都较好，但是由于这种材料中含钨较少，故其回火稳定性低于钨系。
1.2材料的其它性能(见表2)2 材料的热处理方法2.1锻后球化退火该钢锻打后应及时退火。
退火温度为860～880℃。
由于加热到Ac1温度以上，碳化物开始溶解，但又未完全溶解，导致奥氏体的成分极不均匀，在随后的冷却过程中，或以未溶的细小碳化物微粒为核心，或在不均匀奥氏体中碳原子富集处产生新的核心，而均匀地长大形成颗粒状的碳化物。
经过球化退火，可以降低材料的硬度，改善切削加工性，并为以后淬火处理作好组织准备。
退火保温时间取决于工件透烧时间，不宜过长。
冷却速度一般30℃/h，冷至500℃以下出炉空冷。
淬火温度对H13钢性能的影响论文
论文研究背景
一般，H13钢的淬火温度为1050℃左右。 但是如果适当提高淬火温度(如1100℃),在奥氏体晶粒 长大不明显的情况下,由于碳化物溶解加速,奥氏体中 含碳量和合金元素量增加,可提高淬火后的硬度,在随 后回火过程中析出弥散细小的碳化物,这种组织有利于 提高材料的热疲劳性能和回火稳定性,可充分发挥H13 钢的潜力。
论文主要内容
一、试验方法 二、试验结果与分析 三、结论 四、展望
内容（一）概述 试验方法
1.样品制备
板状试样法：热疲劳试样为10X5x30mm,表 面磨削加工后的粗糙度为Ra1.6μm，在宽度 为10mm面的一端中心处,用直径为0.12mm 的钼丝电火花切割一个深1mm的预制裂纹, 如图1所示。
内容（一）概述 试验方法
3.具体工艺处理 550℃×2min/mm预热，800℃×15min/mm预热，最终加 热温度分别选用1030℃、1050℃、1100℃按1min/mm保 温后油淬，600℃×2h两次回火。
内容（二）实验结果与分析
试样经过上述处理后的热疲劳如表1
表1分析：冷热循 环400次和500次 均显示随淬火温 度提高，裂纹长 度减小，裂纹前 的显微硬度提高， 表明提高淬火温 度有利于提高热 疲劳性能。
从图二对比发现，在1100℃淬火后奥氏体晶 粒长大并不明显，说明H13钢的淬火温度提高 到1100 ℃也是可以的。
内容（二）实验结果与分析
用投射电子显微镜分析发现，虽然淬 火温度已经超过正常淬火温度 (1050℃)(50℃)，
H13钢热处理资料
引言近年来, 随着模具工业的迅速发展, 模具钢的发展也极为迅速。
由于工业生产技术的发展和不断出现的新材料, 模具的工作条件日益苛刻, 对模具钢的性能、品质、品种等方面不断地提出了新的要求, 为此,世界各国近年来都积极开发了具有各种特性, 适应不同性能要求新型模具钢。
本文介绍了最具代表性的热作模具钢H13 国内外的应用及其发展.H13 钢原是美国的一种钢种, 它是一种应用比较广泛的热作模具钢, 世界各国都有应用。
在我国一般称作4Cr5MoSiV1 钢。
H13钢的含铬量为4.75%～5.50%。
一般来说, 含5%Cr的钢应具有高韧度, 故其含碳量应保持在形成少量合金碳化物的水平上。
Woodyatt和Krausst指出在870℃的Fe- Cr- C三元相图上, Hl3钢的位置在奥氏体和(A+M3C+M7C3)三相区的交界位置处较好。
相应的含碳量约0.4%[1]。
另外重要的是, 保持相对较低的含碳量是使钢的Ms点趋于相对较高的温度水平(Hl3钢的Ms点一般资料介绍为340℃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奥氏体和残留均匀分布的合金碳化物组织, 较低的含碳量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可达到转变完全[2]。
顺便指出, H13钢淬火后得到的马氏体组织为板条马氏体+少量片状马氏体+少量残余奥氏体。
众所周知, 钢中增加碳含量将提高钢的强度, 对热作模具钢而言, 会使高温强度、热态硬度和耐磨损性提高, 但会导致其韧度降低。
有学者在文献[3]中将各类H型钢的性能比较证明了这个观点。
通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为0.4%。
为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原则: 在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量, 有资料已提出: 在钢抗拉强度达1550MPa以上时, 含C量在0.3%～0.4%为宜[2]。
H13模具钢的热处理实践
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
H13 模具钢的热处理实践
H13 模具钢经过热处理可以获得优良的性能，诸如高强度、红硬性及高的冲击韧性值。
从解析H13 钢的化学成分入手，对选用高温球化退火、淬火及二次回火做了说明，提供了工艺数据，并在结论中给出了生产实践中获得的五条经验。
引言
H13 钢是国际上广泛应用的一种热作模具钢，因为高温下具有良好的冲
击韧性、耐磨性、延展性、热硬性而应用于压铸模、热锻模及挤压模的制造。
本文介绍的是H13 钢改锻后的热处理工艺。
1、钢的化学成分H13 钢是美国国家标准ANS
表1 H13 模具钢的化学成分
Cr 的影响：Cr 能与碳结合形成特殊碳化物，当铬的碳化物固溶于奥氏体中，可以提高过冷奥氏体的稳定性。
当它固溶于马氏体中有助于提高其回火能力，促进二次硬化效应，较多的Cr 主要目的是提高H13 钢的淬透性、高温强度和抗高温氧化能力[2]。
Mo 的影响：Mo 也是碳化物形成元素，在H13 钢中可提高钢的回火稳定性和耐磨性。
Si 的影响：提高钢的强度、硬度及耐回火性，同时弱化热处理炉内氧化
气氛。
V 的影响：降低钢的过热敏感性，提高钢的回火稳定性及二次硬化效
应，弥散分布的碳化钒质点能大大提高钢的耐磨性。
2、热处理工艺选择2.1、临界点热处理温度、冷却方式决定于钢的临界。
热处理工艺对H13芯棒钢组织和性能的影响
热处理工艺对H13芯棒钢组织和性能的影响陆明和;胡平【摘要】研究了感应加热淬火温度、回火温度对H13芯棒钢组织和硬度性能的影响规律.研究结果表明,在1 000～1 060℃的温度范围内,随着淬火温度的升高,芯棒钢材料的硬度逐渐上升,1 060℃后芯棒钢的硬度基本维持在一个稳定水平;随着淬火温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸长大;相同回火温度下细晶组织易于获得回火索氏体组织,粗晶组织易于获得回火托氏体组织;在580 ～700℃范围内,随着回火温度的升高,芯棒钢材料的硬度呈逐渐降低趋势,这主要与组织中马氏体分解、马氏体碳含量降低、位错密度降低和碳化物粗化有关;芯棒要获得相同的硬度水平,当淬火温度升高时,对应的回火温度也相应升高,呈现“高淬高回”的特点;淬火温度均为1 060℃时,580 ～620℃的范围内回火组织为回火托氏体,660 ～700℃的范围内回火组织为回火索氏体.【期刊名称】《宝钢技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P32-36)【关键词】淬火;回火;组织;硬度;芯棒钢【作者】陆明和;胡平【作者单位】宝山钢铁股份有限公司中央研究院,上海201900;宝山钢铁股份有限公司中央研究院,上海201900【正文语种】中文【中图分类】TG151H13钢具有优良的热强性、热疲劳性能、加工性能和性价比,国内外广泛将其作为热作模具钢使用,其热强性、热稳定性和淬透性好于高韧性热作模具钢5CrNiMo 和5CrMnMo,其塑韧性和抗热冲击性好于高热强性热作模具钢3Cr2W8V,适合制作压铸模、热挤压模、高速锤锻模、连轧芯棒等,一般工作温度<700 ℃。
H13钢从美国引进,对应GB/T 1299—2000中牌号4Cr5MoSiV1,属于中碳合金钢、过共析钢,由于其强碳化物形成元素Cr、Mo、V含量较高,是一种空冷硬化钢,一般通过调质热处理工艺对性能(强度、韧性和硬度)进行调控,以满足使用工况对钢的性能匹配的要求。
热处理工艺对H13模具钢组织和性能的影响
热处理工艺对H13模具钢组织和性能的影响热处理工艺对H13模具钢组织和性能的影响HI3模具钢已被广泛用作压铸模、热冲模、热锻和热挤压等热作模具材料，模具的使用环境极其复杂，工作过程中不仅需与高温坯料甚至液态金属直接接触，被反复地加热和冷却，同时还要承受高压冲击的作用。
热作模具的失效形式主要有三种：一是由于高温金属液流动而造成的模腔磨损冲蚀；二是在机械应力和热应力交互作用下而引起的模腔尺寸超差；三是由于冲击载荷和反复的加热-冷却而导致的疲劳裂纹。
因此其对材料的性能要求非常严格，不仅需具备良好的高温强度和冲击韧性，还需具有优良的抗氧化性和耐冷热疲劳性能。
众所周知，金属材料的性能及其组织形态与热处理工艺直接相关，要想充分挖掘H3模具钢的材料特性，研究热处理工艺对H3模具钢组织和性能的影响具有十分重要的意义。
1试验材料及方法1.1试验材料试验用H3模具钢工艺流程为“电炉冶炼-LF炉精炼→ⅥD炉真空精炼→铸锭→ESR电渣重熔→高温扩散退火→30MN油压机锻造成形”锻坯规格830mm宽×250mm厚×3000mm长，墩粗比为2.0，总锻比为5.8.锻后进行等温球化退火后从端部切除200mm余料，再切取1块厚25mm的试片，加工为若干块100mm ×55mm25mm试块，试验用钢的化学成分见表1通过测定，该钢的临界转变温度如下：Ac1845℃，Acm=870℃，M，=270℃，M=105℃。
1.2试验设备试验设备有箱式电阻加热炉2台、硬度计、金相显微镜、美标冲击仪器1.3试验步骤（1）淬火预热和淬火加热分别在两台箱式电阻炉内进行，首先将两台箱式电阻炉升至所规定的温度（2）将100mm×55mm×25mm试样放置在预热加热箱式电阻炉中保温30min（到温装炉）；（3）保温结束后将试样转移至淬火加热的电阻炉中进行淬火温度保温30min（开关炉后，炉温降低，待电阻炉升至规定温度时开始计算保温时间）（4）保温结束后针对样块进行淬火（采用水或油淬方案，水或油温控制在30℃以下）；（5）回火在箱式电阻炉内进行，按照规定的温度对试样进行回火；（6）回火结束后针对试样样块进行硬度检验并记录；（7）将试样加工至美标冲击要求尺寸后进行冲击试验并记录（8）金相组织检验。
H13钢的表面热处理
H13钢的表面热处理--------------------------------------------------------------------------------压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。
其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。
热处理应包括整体工件的热处理和工件的表面改性。
相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福特汽车的推荐标准等。
对H13钢整体热处理和检测十分重要, H13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术（2）PVD涂层技术。
国内外在这两方面进行的研究论文有了发表，但具体工业应用报导不多。
专门从事材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际性会议上以论文形式报导了H13钢表面改性工业应用的实例，同时艾福表面处理技术（上海）有限公司（HEF Shanghai）结合舍福表面处理技术有限公司（TS Shanghai）的实践汇同国外的相关文献（尤其是NADCA 的专家和Case Western Reserve 大学教授的工作）作一定描述。
国内普遍认为，热疲劳发生龟裂损伤和热磨损是热作模具失效的两大主要原因。
这方面，国外的相关文献叙述得十分明确：模具的损坏和限制模具寿命上升的三个机制为：1)液态金属铝的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤。
2)磨损和腐蚀。
3)热疲劳开裂。
其中1)是最重要的失效机制。
他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能显著提高工具钢的模具寿命。
国内有关铝熔损的试验指出，当模具材料硬度为45HRC时，未表面处理的铝熔损率高达54.90％时，当采用盐浴硫氮碳共渗，其熔损率仅为0.10％，当采用盐浴氮碳共渗（软氮化）后在加上PVD处理时，熔损率更明显降低至0.10％。
h13模具钢的热膨胀系数
h13模具钢的热膨胀系数热膨胀系数是材料特性的一项重要参数，它用于描述材料在受热时表现出的尺寸变化。
对于h13模具钢来说，了解其热膨胀系数的特性是非常重要的，因为这将直接影响到模具运行稳定性和使用寿命。
首先，让我们来了解一下h13模具钢的基本特性。
h13模具钢是一种耐磨性能极佳的工具钢，具有较高的硬度、抗热疲劳和抗裂性能。
它可以用于制造各种模具，如塑料注塑模具、压铸模具和热压模具。
由于其优异的性能，h13模具钢在工业制造领域得到了广泛应用。
然而，随着模具使用过程中的温度变化，h13模具钢也会因热膨胀而产生尺寸变化。
热膨胀系数是用来描述这种变化的指标。
简单来说，热膨胀系数就是材料单位长度在温度升高1摄氏度时的长度增量。
对于h13模具钢来说，其热膨胀系数为12.1×10^(-6)/℃。
热膨胀系数的理解对模具设计和应用有着重要的指导意义。
首先，在模具设计阶段，了解h13模具钢的热膨胀系数可以帮助工程师预测并解决可能出现的尺寸变化问题。
在设计模具时，可以根据预计的工作温度和热膨胀系数，合理地选择合适的尺寸和结构，以确保在使用过程中模具能够保持稳定的尺寸和准确的加工精度。
其次，在模具使用过程中，热膨胀系数的了解也可以帮助操作人员更好地控制模具的温度变化。
当温度变化较大时，尤其是在高温环境下，h13模具钢可能会因热膨胀而发生尺寸扭曲、表面变形等问题。
因此，及时监测和调整模具的温度是非常重要的。
通过控制模具的工作温度，可以有效地降低热膨胀带来的不利影响，保证模具的使用寿命和加工精度。
同样重要的是，对热膨胀系数的了解也可以帮助工程师选择合适的热处理工艺。
h13模具钢经过热处理后可以获得更高的硬度和强度，但同时也会增加热膨胀系数。
因此，在选择热处理工艺时，不仅要考虑到材料的机械性能，还要考虑到其热膨胀系数的变化。
通过合理地选择热处理工艺，可以在兼顾材料硬度和热膨胀系数的基础上，实现模具的最佳性能和最长使用寿命。
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热处理对H13模具钢的性能影响分析
【摘要】本文分析了预备热处理工艺、回火温度及深冷处理对H13模具钢的性能和模具寿命的影响，研究证明，对成分偏析且锻造不足的H13钢，适当提高回火温度可在一定程度上减少带状组织，对该种钢材热处理前进行扩散退火+球化退火预先热处理，能更有效改善其金相组织，较大幅度提高材料的冲击韧度；深冷处理后，残余奥氏体转变为马氏体，同时碳化物分布更加细小、均匀，可进一步提高H13钢的力学性能。
【关键词】热处理；H13；模具寿命
1 引言
H13钢是一种典型的热作模具钢，具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能及抗热裂能力，是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢，适用于制造压铸模、挤压模、热切边模、热锻模具等。
由于H13钢良好的性价比及工艺性能，目前该钢种已成为国内外应用最广泛的热作模具钢种之一。
为了充分发挥H13 钢的优异性能，钢坯在热处理前都必须严格按工艺要求进行锻造，要求总锻造比≥3，内镦粗比>2，通过多次镦粗和拔长，以达到提高锻件致密度，改变锻件流线方向，改善碳化物的均匀分布状况的目的。
由于冶金品质和锻造工艺没有达标，部分国产H13钢会出现成分偏析、带状组织严重等现象。
用此类材料制造的模具，经常规工艺处理后，常常出现早期失效。
因此，有必要改善热处理工艺。
在此次研究中，通过改进预备热处理及淬火、回火工艺，探讨热处理工艺改进对H13 钢显微结构和力学性能的影响。
2 实验与数据采集
实验选用某厂生产的H13钢试样，经测定，其化学成分（质量分数，%）为：0.40C，0.87Si，0.28Mn，0.021S，0.018P，5.0Cr，1.25Mo，0.92V，成分符合GB1299-1985 标准，未经热处理时硬度检查为15HRC，冲击韧度为18.5J/cm2。
金相检验结果显示（见图1），组织中存在严重的成分偏析及带状组织。
将材料制成标准U型缺口试样，放入充有氩气保护气氛的密封石英玻璃管中，在箱式炉中进行加热。
淬火前组织等级参照ISODISC标准评定；带状组织等级参照1984年冶金、机械部高碳铬轴承钢临时供货协议YJZ84评定。
3 试验采用的工艺及结果对照
试验工艺及结果见表1，各工艺得到的组织见图2。
将表1 中的工艺3、4 应用于铝合金压铸模（452mm x 312mm x 170mm），编号分别为A、B，另一执行常规热处理工艺的同样的模具，编号为C。
4 讨论
4.1 带状偏析对模具寿命的影响
H13钢原材料为经过球化退火处理的球化组织，组织中粒状碳化物严重偏聚及沿晶界网状析出。
在碳化物聚集区域，碳及合金元素的含量比较高，Ms点较低，回火稳定性较高，经常规工艺淬火后残留奥氏体较多且回火未能使其转变，因此出现含有残留奥氏体及回火不足马氏体组织的带状组织，见图2a中白色区所示，带状等级为5级，属于最严重级别。
4.2 预备热处理的作用
不同热处理工艺下试样性能的测试结果如表3所示。
可以看出，工艺3# 和5# 对模具材料热处理之前都进行了“扩散退火+球化退火”的预备热处理，与未经过预备热处理的试样相比，在相同的淬火回火热处理工艺条件下，进行了预备热处理的试样的冲击韧度有显著提高。
通过对H13钢重新进行高温扩散退火，可以在一定程度上减轻原有退火态中的碳化物不均匀分布，而后再进行热处理，则能在较大程度上消除带状组织，如图2（c）、（d）所示，因此材料的冲击韧度得到较大提高。
4.3 回火温度的影响
H13 钢经常规工艺处理后，由于存在回火不足的带状组织，因此测出的冲击韧度甚至比未经处理的原材料的还低。
提高回火温度能促使残留奥氏体转变及马氏体回火过程，冲击韧度提高。
630?C回火，带状组织全部消除（图2d），冲击值最大，但由于其它部位过分回火，出现回火索氏体，硬度明显减小，降低耐磨性。
回火时的组织转变，通常描述为淬火马氏体弥散析出ε碳化物成为回火马氏体；随着温度的升高，碳化物的不断集聚长大及α-Fe 的再结晶程度，分别得到回火托氏体和回火索氏体。
在此过程中，碳化物始终呈均匀分布的颗粒状。
但是，成分偏析的H13钢长时间保温或提高回火温度，都会出现网状碳化物析出的组织遗传现象。
4.4 深冷处理的作用
深冷处理主要可以使原来粗大的马氏体板条发生碎化，细化组织。
本实验采用深冷处理的结果同样得到了由回火托氏体和弥散细小碳化物组成的金相组织。
测试结果证明，与未经深冷处理的试样相比，深冷处理显著提高了模具材料的硬度，但冲击韧度有所降低。
这可能是因为在进行深冷处理时，淬火后的大量残余奥氏体转变为马氏体，会产生较大的相变应力，可能在淬火组织中产生显微裂纹，这些显微裂纹在冲击载荷作用下发生低能量扩展，从而引起冲击韧度下降。
5 结论
（1）对成分偏析的H13钢，经常规热处理会出现回火不足及残留奥氏体带状组织，热疲劳性能降低，使模具出现早期热疲劳破坏。
（2）适当提高回火温度，可消除H13钢的带状组织，但最好进行扩散退火及球化退火预先热处理。
（3）H13 钢长时间保温或回火温度过高易出现网状碳化物组织遗传现象。
参考文献：
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[2]蔡美良.新编工模具钢金相热处理[M].北京：机械工业出版社，2000.。