热作模具钢中几个知识点的浅谈

上海大学2010 ～2011学年冬季学期研究生课程考试

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课程名称：现代模具材料及其表面处理技术课程编号：101101921论文题目: 热作模具钢中几个知识点的浅谈

研究生姓名: 尹学号: 10721

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热作模具钢中几个知识点的浅谈

尹学炜

上海大学材料科学与工程学院，上海

摘要：通过这门文献课，在自己动手翻译文献、做PPT和演讲，以及同学的演讲，课堂上的讨论，特别是老师的点评，使得作者对模具钢材料的各方面，如成分的影响机制、热处理、表面处理等有了更为深入的了解，对一些研究方法、测试手段有了一定的认识。本文中，作者主要侧重热作模具钢方面，介绍了合金元素对热作模具钢的影响，以及热作模具钢中碳化物的影响、热疲劳性能和热稳定性性能的相关研究。

关键词：H13钢；热作模具钢；热疲劳；热稳定性

The description of several knowledge

points on hot die steel

Yin Xuewei

（School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai）Abstract：Through this literature course, by translated literature my own, prepare PPT and give lectures, and after listen to other students presentations, class discussions, especially after the teacher's comments ,I have a more in-depth understanding on the hot die steel, such as composition, heat treatment, surface treatment as well as some research methods, testing methods. In this paper, the authors focus on hot die steel, make the introduction of alloy elements on the impact of hot work die steel, and the impact of carbide, thermal fatigue properties and thermal stability properties of the related research on hot die steel.

Keywords：H13 steel；hot die steel；thermal fatigue；Thermal-stability

一、引言

1.1热作模具钢

热作模具是指对加热到再结晶温度以上的金属材料进行压力加工的模具。

根据工作条件，热作模具可分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。

按所含合金元素总量，可分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢及高合金热作模具钢。

根据模具钢的性能特点，又可分为以下几类。

（1）高韧度热作模具钢。有5CrMnMo、5CrNiMo及H11钢等，适宜制作一般的锻造模具，如锤锻模。

（2）高热强性热作模具钢。有3Cr2W8V、GR、Y4、HM1钢等。适宜制作热挤压模、压铸模。

（3）强韧性兼备的热作模具钢。有H13、HM3、4Cr5W2SiV及基体钢012Al、ER8钢等，适宜制作热锻模、热挤压模、热冲压模等。

此外，按照合金元素还可以分为钨系热作模具钢、铬系热作模具钢、铬钼系

热作模具钢和铬钨钼系热作模具钢等。

1.2热作模具钢工作条件及其对性能的要求

热作模具在工作中既受力的作用，又受温度的作用，从而使模具的工作条件复杂化，对模具材料的要求也较高。

（1）在室温及工作温度下具有能满足服役条件的力学性能，如较高的高温强度和硬度、良好的韧性和耐磨性等。

（2）在工作时应具有良好导热性、优良的耐热疲劳性、高的热稳定性，以及较好的抗氧化性能。

（3）模具材料应具有较好的热磨损性和热熔损性。

（4）具有良好的加工工艺性能（包括可加工性、热处理、工艺性、锻造性等）。

总之，热作模具钢的选择应根据模具的生产条件和工作条件的需要，结合模具的基本性能和相关因素综合考虑。

下面根据我个人在文献阅读课上经老师或同学讲解了解到的，以及自己在查阅、翻译文献和做PPT中遇并通过各种途径解决的问题展开论述。

二、合金元素

文献课上，讲得最多的为H13钢。根据老师讲解以及查相关资料。H13钢是美国AIS/SAE标准钢材牌号，属于热作模具钢，其化学成分见表1。

表1 H13钢的化学成分(wt％）

table 1 Chemical composition of H13 steel (wt%)

C Si Mn Cr Mo V W

0.32~0.45 0.80~1.2 0.25~0.5 4.75~5.50 1.1~1.75 0.8~1.2 -

H13相当于国产钢4Cr5MoSiV1钢，根据碳化物形成元素进行分类，H13钢属于铬钼类钢。

为了提高H13热作模具钢的性能，研究人员通过调整优化合金成分来到达目的，当前H13钢成分优化改进的两种趋势：（1）低Si高Mo的合金优化途径；（2）加入Nb微合金化的方法，Nb的适量加入（0.07%）可以起到细化晶粒、提高热稳定性、热疲劳性能的作用。

潘晓华等[1]指出到，Si 的固溶使铁素体基体的点阵常数变小，使点阵常数缩小的固溶合金元素具有较有效的强化作用。Si也为提高回火抗力的有效元素。Si也为提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加回火稳定性。另外，Si虽然不推迟ε碳化物的生成，但它可固溶于ε碳化物，并提高其稳定性，延迟ε→θ转变。另外，Si易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能比纵向性能差，也使钢的脆性转折温度升高；Si 还具有促进钢的脱碳敏感性；但Si有利于高温抗氧化性的提高。

另外，潘晓华等还在文中分析了碳、铬、锰、钼、钒在H13钢中的存在形式和作用。

对于Nb 元素在热作模具钢中的研究，上海大学陈英伟、吴晓春等人，在在H13 钢的基础上采用了降Si 增Mo 降V 的合金化思路进行了合金成分调整，同时加入了适量的Nb 元素，设计出的新钢种SDH8Nb 钢。上海大学吴晓春等[2]对SDH8Nb 钢的淬回火组织中进行了3DAP 的分析，发现C、Cr、Mo、V 合金元素都发生了偏聚，而唯独Nb 没有聚集，较均匀的分布在基体中，这说明