热作模具钢h13热处理工艺,H13模具钢的热处理实践
前言
H13钢是一种广泛应用于世界各地的热模具钢。由于高温环境具有良好的断裂韧性、耐磨性、可塑性和热硬度,用于制造压铸模具、热锻模具和挤压模具。本文分享了H13钢改锻后的热处理方法。
H13 钢是美国国家标准ANSI钢号,相当于中国GB/T1299里的4Cr5MoSiv1。H13钢含有Cr、Mo、Si、V 等合金成分[1],见表1,除非Si原素不产生渗碳体,Cr、Mo、V三种原素与碳融合产生独特的渗碳体,这种独特的渗碳体可以提高钢的耐回火性。
表1 H13磨具钢的化学成分
Cr的影响:Cr能与碳融合产生独特的渗碳体,当铬的渗碳体固体溶解在马氏体中时,能提高过冷奥氏体的稳定性。当它们固溶于奥氏体时,进一步提高其淬火水平,促进二次硬化效果。更多CR的主要目的是提高H13钢的切削性能和持续的高温强度和抗高温氧化水平[2]。
Mo的影响:Mo是渗碳体产生的原素,可以提高H13钢的回火稳定性和耐磨性。
Si的影响:提高钢的强度、强度和耐回火性,同时减弱热处理设备中的氧化气氛。
V的影响:降低钢的超温敏感性,提高钢的回火稳定性和二次硬化效果,弥漫碳化钒质量分布可进一步提高钢的耐磨性。
热处理温度和散热方式取决于钢的临界值变化点和等温过程变化图。1)H13 钢零界点:Ac1,850~885 ℃,Ac3:910 ℃。2)制冷变化零界点:Ar1,700℃;Ar3,820 ℃;Ms,335 ℃。3)奥氏体化环境温度:1 010 ℃
为及时处理H13钢铸钢件,改进机构,细化晶粒,降低强度,有利于机械加工,应进行退火处理。H13 合金成分较多,加热变化较慢,因此不能使用基本淬火,而应使用持续高温进行应力退火,使金属渗碳体产生均匀的颗粒状体,获得细颗粒状铁素体机构。连续高温去应力退火环境温度应略高于钢加热零界点环境温度Ac1。在此条件下进行隔热有利于保存不溶性渗碳体质点系。在制冷过程中,这种质量点系统可以成为粒状组织能源,以确保获得对称的小颗粒机构。
在去应力退火的制冷过程中,需要解决相变点Ar区域的等温过程,促进细颗粒状铁素体的产生,有利于渗碳体聚集成小颗粒,从而降低强度,有利于机械加工。
H13钢切削性能好,不到150 油淬可实现mm厚零件的对称硬度。但由于钢中含有Mn、Si原素容易引起空气氧化和渗碳。在生活实践中,建议使用盐奶浴、可控气氛热处理工艺、热处理加工等,也可使用覆盖层或材料进行防渗碳维护。
淬火温度选择1 030 ℃ 可获得54~555的强度 HRC,超出1 040 ℃晶体逐渐生长。因此,强烈推荐热处理温度范畴1 030~1 040 ℃。同时要特别注意发布时Ac3的急冷 之上20~30 ℃(950~980 ℃)减少应力,从而减少干裂。
为及时处理和提高H13铸钢件高温环境的延展性,必须进行高温回火。采用H13钢中合金成分较好的耐回火气和二次硬化效果,选用二次淬火可提高产品寿命。回火温度(580±20℃获得47~52强度 HRC。淬火机构为回火马氏体和少量颗粒状渗碳体。
H13钢具有良好的红硬度、持续的高温延展性和耐热疲劳性。为保证热处理工艺的质量,生产过程中应注意以下几个方面:
1)原材料检测:需要检查宏观经济缺陷,尽快发现焊瘤、核心缩松、伸缩、表面裂纹等缺陷。
2)铸钢件锻造后,应随炉冷却或冷却,并及时退火。
3)由于H13钢易于空气氧化和渗碳,锻造模坯的剩余量应尽可能增加,以防止热处理后变软。
4)磨具维修必须在低温退火后进行再热处理,以免造成干裂。
5)实际操作应严格按照安全操作规程进行热处理。
[1] 赵昌盛。模具钢及热处理手册[M].北京:2008年机械工业出版社: 337.
[2] 美国金属学会. 金属材料指南[M]. 第九版。北京: 机械工业出版社,1991:127-128.