H13模具鋼鑄造工藝研究及熱處理手段

H13鋼是美國牌號，相當(dāng)于我國的4Cr5MoSiV1鋼，是5%Cr系中的中碳中合金熱作模具鋼，已大量用于熱鍛模具。該鋼具有優(yōu)異的韌性和良好的冷熱疲勞性能，在600℃工作條件下的機(jī)械性能與室溫下的機(jī)械性能基本相同，適用于制造工作溫度在600℃以下，對韌性和塑性要求較高的模具。

用H13鋼替代5CrNiMo、5CrMnMo制造汽車連桿、曲軸的鍛模，模具使用壽命有明顯提高，用該鋼制造的鋁合金壓鑄模具和鋁型材擠壓模具的使用壽命也較高。另外，該鋼還可以作塑料模具。目前，該鋼的優(yōu)良性能已在國內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可，用量已呈上升趨勢。但是，H13鋼的鍛造工藝性能差，其鍛造溫度范圍很窄，只有150-200℃。由于該鋼硬而脆，鍛造時極易產(chǎn)生裂紋。如果鍛造工藝安排不當(dāng)，就會產(chǎn)生廢品。目前我國鍛造此鋼的經(jīng)驗很少，為此經(jīng)我公司有關(guān)工程技術(shù)人員集體討論研究，制定了一套最佳的鍛造工藝方案。盡量減少裂紋產(chǎn)生的可能性，從而降低廢品率。

H13鋼的化學(xué)成分如下：%

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；

手持式X射線熒光光譜儀可快速辨別H13模具鋼牌號

SPECTRO xSORT與同類產(chǎn)品相比，在幾秒鐘時間內(nèi)可以提供實驗室級的分析結(jié)果。經(jīng)過優(yōu)化的SPECTRO xSORT光譜儀現(xiàn)已能滿足現(xiàn)場連續(xù)高強(qiáng)度測量作業(yè)需要。

快速的進(jìn)行合規(guī)篩查和測試 SPECTRO

xSORT EDXRF手持式光譜儀，是相關(guān)合規(guī)作業(yè)的得力助手。與傳統(tǒng)的同類手持式設(shè)備相比，xSORT可在有限的工作周期內(nèi)完成更多次的樣品測試。

靈活的適用于各種類型的樣品檢測 

從高分子材料、塑料到金屬合金、需要分析的樣品可以是任何材質(zhì)。使用SPECTRO xSORT光譜儀進(jìn)行點檢作業(yè)可在幾秒鐘內(nèi)快速獲取檢測結(jié)果。只需要稍長的檢測時間就可以對砷，鎘，銅，鉛，汞，或目標(biāo)污染物進(jìn)行PPM級分析。

精密準(zhǔn)確的合格/失效判定

SPECTRO xSORT的安裝十分簡單且操作效率。操作人員無需在不同材料間切換檢測方法，也無需分析時更無需復(fù)雜的氣體吹掃或真空系統(tǒng)。在進(jìn)行RoHS合規(guī)篩選時，SPECTRO xSORT光譜儀可以將測試結(jié)果與存儲的極限值進(jìn)行比較，并給出相應(yīng)比較結(jié)果（高于極限，低于極限或不確定）

H13鋼鍛造工藝研究

從H13化學(xué)成分可以看出，它含有較高的鉻、鉬和釩。它的鉻含量是其它常用模具鋼如5CrNiMo、5CrMnMo鉻含量的4-5倍，它的鉬含量也是5CrNiMo、5CrMnMo鉬含量的4-5倍，H13鋼的釩含量是常用模具鋼如3Cr2W8V釩含量的3-4倍。根據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)鉬含量低于0.6%時，鋼的強(qiáng)度和硬度隨鉬含量的增加而增加，鋼的塑性也隨鉬含量的增加而上升，但當(dāng)鉬含量高于0.6%時，鋼的強(qiáng)度和硬度隨鉬含量的增加而增加，而鋼的塑性開始隨鉬含量的增加而下降。在一般合金鋼中，釩的含量一般不高于0.3%，若釩含量越高，則鋼的強(qiáng)度、硬度越高，變形抗力越大。因此，該鋼變形困難，并且在鍛造過程中極易產(chǎn)生裂紋。

一、鍛H13鋼產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾種情況

1、坯料裝爐溫度過高

該鋼的導(dǎo)熱性能差。如果爐溫過高，坯料裝爐后，坯料表面與心部溫差大，造成內(nèi)應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋。

2、加熱溫度過高

當(dāng)加熱溫度高于1150℃時，坯料的晶粒易粗大，鍛造時，受打擊部位由于打擊效應(yīng)而溫度升高，造成局部晶粒粗大加劇而產(chǎn)生裂紋。

3、終鍛溫度過低

當(dāng)鍛造溫度低于900℃時，此鋼的變形抗力增大，因該鋼硬而脆，強(qiáng)行打擊易產(chǎn)生裂紋。

4、打擊效應(yīng) 

在鐓粗時，如果L＜D＜2L（其中D為坯料直徑，L為上砧寬度），則坯料心部受打擊時間長，由于打擊效應(yīng)，坯料心部溫度升高，心部與其四周的溫差增大，造成內(nèi)應(yīng)力過大而在坯料心部產(chǎn)生弧形裂紋。

5、棱角裂紋

鍛造時，由于坯料棱角處溫度降低快，使其變形抗力增大，易在棱角周圍產(chǎn)生裂紋。

6、鍛后冷卻不當(dāng)

二、鍛H13鋼產(chǎn)生提高鍛件的成品率應(yīng)該怎么做 

鍛造后，如果鍛件冷卻速度過快，鍛件的表面和心部產(chǎn)生的溫差大，由于鍛造后組織應(yīng)力和溫度應(yīng)力疊加，造成內(nèi)應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋。 

為此，在鍛造工藝上，針對裂紋產(chǎn)生的各種可能性，我們分別采取相應(yīng)的措施，避免裂紋的產(chǎn)生，提高鍛件的成品率。

1、低溫裝爐

裝爐時，爐溫要低于500℃。冬季準(zhǔn)備加熱的鋼錠要提前48小時運至室內(nèi)，待其溫度達(dá)到室溫后方可裝爐。

2、嚴(yán)格控制加熱溫度

用高溫測溫儀控制，確保加熱溫度不超過頂溫1150℃。

3、嚴(yán)格控制鍛造溫度

用高溫測溫儀控制鍛造溫度在900-1100℃范圍內(nèi)。在此區(qū)間內(nèi)，該鋼的塑性較好。若坯料溫度低于900℃，要及時返爐加熱，適當(dāng)增加鍛造火次。

4、勤翻轉(zhuǎn)

鍛造時，對坯料要勤翻轉(zhuǎn)，避免局部受打擊時間過長，產(chǎn)生打擊效應(yīng)。

5、勤倒棱

鍛造時，對坯料要勤倒棱，盡量減少棱角的數(shù)量。

6、鍛后緩冷

鍛后對鍛件采取灰冷的方式進(jìn)行緩慢冷卻。

三、H13模具鋼熱處理

H13模具鋼有較高的韌性、淬透性和耐冷熱疲勞性能，不易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。這些特點也是由H13熱處理工藝決定的。

1、退火工藝

H13模具鋼屬于共析鋼，采用常規(guī)退火或等溫球化退火。H13模具鋼的退火工藝為:850～900℃×3～4h，保溫結(jié)束后隨爐冷到500℃以下出爐空冷;等溫球化退火藝:845～900℃×2～4h/爐冷+700～740℃×3～4h爐冷，≤40℃/h，≤500℃出爐空冷。H13模具鋼經(jīng)退火處理后，適宜的組織由球狀珠光體和少量粒狀碳化物組成，要求熱處理硬度達(dá)到HB192～229，可以獲得較好的加工性能。對于質(zhì)量要求較高的H13鋼模具，還應(yīng)進(jìn)行防止白點退火。

2、淬火工藝

H13模具鋼的淬火回火工藝可以采用鹽浴爐、真空爐和流動粒子爐加熱，模具表面光潔，熱處理變形小，零件壽命長。特別是外熱式剛玉流動粒子爐保護(hù)加熱，吸收了鹽浴爐和真空爐加熱的共同優(yōu)點，很適合熱作模具鋼的熱處理加熱。

H13模具鋼采用鹽浴爐作為加熱設(shè)備時的通用淬火工藝是:400～500℃預(yù)熱，650～840℃預(yù)熱，1020～1050℃奧氏體化，保溫結(jié)束后可視使用性能要求采用空淬、油淬、氣淬或分級淬火，分級溫度可取500～540℃。

3、回火工藝

H13模具鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行2～3次回火，以期獲得所要求的力學(xué)性能。淬火后的模具溫度在低于70℃時就應(yīng)盡快回火，這對尺寸較大、形狀復(fù)雜的熱作模具尤為重要。同時，為避免熱作模具回火時重新產(chǎn)生殘余應(yīng)力，回火加熱和冷卻應(yīng)緩慢進(jìn)行。

H13模具鋼的回火工藝應(yīng)根據(jù)熱作模具的工作條件和具體的失效形態(tài)來確定回火溫度和硬度。一般優(yōu)質(zhì)H13模具鋼大都采用540～650℃×3h高溫回火，以提高模具的韌性和減少殘余奧氏體(Ar)在模具鋼中發(fā)生轉(zhuǎn)變而引起脆性。