H13钢及其热处理

1. 2 材料的其它性能 (见表 2)
表 2 材料性能
Table 2 Prperties of the material
临界点
Ac1 Ac3
A r1
A r3
Ms
Mf
近似值 / ℃ 860 915 775 815 340 215
收稿日期 : 2007 - 12 - 06 作者简介 :陈 杰 (1974 - ) ,男 ,工程师 ,主要从事热处理技术与质量工作
联系电话 : 13525998175; E - mail: chenjie7404@163. com
第 4期
陈 杰 : H13钢及其热处理
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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 。
通过表 5我们可以看出 ,采用 60滴 /m in的煤油 滴量是比较合适的 。工件保温时间由工件尺寸大小 决定 。工艺曲线如图 7。
图 6 回火硬度曲线 (1020℃油淬 ,两次回火 ) Fig. 6 Tempering - hardness curves
由于合金元素钼 、铬的作用 ,形成明显的二次硬 化效应 。H13钢经淬火高温回火 ( 500～600 ℃)后 , 在回火马氏体基体上弥散分布着回火时析出的可产 生明显二次硬化作用的 M2 C、MC 型碳化物 ,强韧性 得到大 大提 高 , 抗拉 强度可 达 2000 M Pa /m2 ,δ为 10% ～15% ,具有良好的综合机械性能 。根据模具 的使用性能以及对硬度的要求 ,一般采用的回火温 度为 580 ℃。回火时间视工件尺寸而定 ,一般不应 当少于 2 h。回火工艺如表 4。
2. 2 去应力退火 为了消除锻后因冷速较快而产生的残余应力以
稳定尺寸 ,避免引起变形 、开裂 ,可以采用一次补充 去应力退火 。去应力退火温度为 730 ～750 ℃。温 度在 Ac1 以下 ,没有重结晶过程 ,不能细化钢的晶粒 和组织 。但经过去应力退火后 ,不但可以消除或降 低因锻轧而存在的内应力 ,而且降低了硬度 ,便于切 削加工 。退火后应缓慢冷却 ,以免产生新的应力 ,一 般可以随炉冷却 ,冷至 300 ℃以下出炉空冷 。
参考文献 [ 1 ] 李泉华.《热处理技术 400句解析 》. 机械工业出版社 ,
北京 , 2002: 457 - 463. [ 2 ] 王笑天主编. 西安交通大学《金属材料学 》. 机械工业出
版社 ,北京 , 1991: 142 - 146.
The Study of H13 Steel and Its Hea t Trea tm en t
CHEN J ie
(Heat Treatment Factory, YTO Group Corporation, Luoyang Henan 471000, China) Abstract: Through the research of hot extrusion die steel H13 m aterials and heat treatment p rocess, W e have obtained effective ways to use these materials to meet the p rperty requests in different use. Key words: hot extrusion die steel; decarbonization sensitivity; conventional quenching; low temperature quenching; carburizing atmosphere quench p rotection
元素 C
Si
Mn
Cr
Mo
V 其它
含量
0. 32～ 0. 42
0. 80～ 1. 20
≤0. 40
4. 50～ 5. 50
1. 20～ 1. 50
0. 80～ 1. 10
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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
图 2 去应力退火工艺曲线 Fig. 2 Stress relief annealing p rocess curve
2. 3 退火后硬度和组织 (见表 3) 2. 4 常规淬火
H13钢中由于合金元素 Si的存在 ,增大了脱碳
Байду номын сангаас
H13材料具有良好的淬透性 , 油冷完全可以满 足要求 。油温控制在 20～60 ℃, 冷至 200 ℃左右出 油 ,使其 冒青烟 而不 着 火 。淬 火 后 硬 度 最 高 可 达 HRC 58～59。 2. 5 低温淬火
在实际生产中 ,我们还采用了低温淬火工艺 ,也 取得了较为理想的效果 。采用低温淬火不但可以减 少模具的变形和内应力 ,而且有利于减少模具的开 裂现象 ,提高模具的使用寿命 。模具在油淬后高温
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热处理技术与装备
第 29卷
回火过程中 ,剩余的奥氏体转变为马氏体 。另外 ,由 于合金元素钒 (V )的作用 , 加强了二次硬化现象 ,未 溶碳化物较多 ,因而高温回火后硬度反而提高 ,并且 低温淬火和常规淬火二者硬度相当 。采用低温淬 火 ,不但可以细化晶粒 ,而且在保证模具硬度的条件 下 ,强韧性得到提高 ,改善了模具的使用性能 。低温 淬火温度一般为 950～960 ℃,保温时间比常规淬火 保温时间长 。
H13钢淬火温度与硬度 、晶粒度关系如图 3。
表 3 退火后硬度和组织
Table 3 Hardness and structure after annealing
硬度
未退火
退火后
dHB /mm HB dHB /mm HB
2. 75 500 ≥3. 9 ≤241
组织
未退火
退火后
索氏体或 球状珠光体 +
工艺曲线如图 5。
2. 7 渗碳炉保护气氛淬火 由于 H13材料中存在合金元素硅 , 脱碳敏感性
较大 。对于尺寸较大的模具 ,为了防止模具表面脱 碳 ,我们在生产中采用了渗碳炉保护加热淬火 ,也取 得了较好的效果 。我们利用一台 u - 75 渗碳炉 ,通 过控制煤油的滴入量来进行保护 。实验结果如表 5。
图 7 渗碳保护淬火工艺曲线 Fig. 7 Carburizing p rotection quenching technology curve
3 结论 H13钢经热处理后 ,具有良好的综合机械性能 ,
完全可以满足对模具的内在质量要求 。另外 ,模具 表面如果经过渗氮或氰化后 ,更能够提高模具的使 用寿命 ,满足生产的要求 。
表 4 回火工艺参数
Table 4 Parameters of tempering p rocess
回火目的
回火温度 / ℃ 加热设备 冷却 回火后 /HRC
消除应力和降低硬度
580
空气炉 空气 47～49
3 通常采用两次回火 , 第二次回火温度比第一次低 20 ℃。
图 5 低温淬火工艺曲线 Fig. 5 Low temperature quenching technology curve
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 A ISI - 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 。
马氏体
少量碳化物
图 1 球化退火工艺曲线 Fig. 1 Annealing technology curve
图 3 硬度 、晶粒度与淬火温度的关系 Fig. 3 The relationship between grain sie, hardness
and temperature quenching
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 。
球化退火工艺曲线如图 1。
敏感性 ,因此淬火加热时一般采用盐浴或真空加热 。 同时 ,由于钢中含有较多的合金元素 ,淬火加热前需 预热 ,一般预热温度 830～850 ℃。
表 5 实验结果
Table 5 Experiment results
煤油滴量 淬火后硬 /HRC 表面 深磨后
60滴 /m in 51～52 49～51 90滴 /m in 64 49～52
630 ℃回火后硬度 /HRC 深磨后
结论
44 ～46
表面未增碳
46 ～47
表面增碳
2. 6 回火 淬火后模具需及时回火 。回火硬度曲线如图 6。
去应力退火工艺曲线如图 2。
根据模具所要求的性能以及对硬度 、晶粒度的 要求 ,推荐的淬火加热温度为 1020～1050 ℃。预热 保温时间一般为加热保温时间的 2倍 。工艺曲线见 图 4。
图 4 常规淬火工艺曲线 Fig. 4 Conventional quenching technology curve
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 。
表 1 材料的化学成分 (质量分数 , % ) Table 1 Chem ical composition (ω, % )
第 29卷第 4期 2008年 8月
·工艺研究 ·
热处理技术与装备 RECHUL I J ISHU YU ZHUANGBE I
Vol. 29, No. 4 Aug. , 2008
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 中图分类号 : TG162. 8 文献标识码 : B 文章编号 : 1673 - 4971 (2008) 04 - 0044 - 03