H13模具鋼的熱處理實踐
H13模具鋼經(jīng)過熱處理可以獲得優(yōu)良的性能，諸如高強度、紅硬性及高的沖擊韌性值。從解析H13鋼的化學(xué)成分入手，對選用高溫球化退火、淬火及二次回火做了說明，提供了工藝數(shù)據(jù)，并在結(jié)論中給出了生產(chǎn)實踐中獲得的五條經(jīng)驗。
引言
H13鋼是國際上廣泛應(yīng)用的一種熱作模具鋼，因為高溫下具有良好的沖擊韌性、耐磨性、延展性、熱硬性而應(yīng)用于壓鑄模、熱鍛模及擠壓模的制造。本文介紹的是H13鋼改鍛后的熱處理工藝。
1、鋼的化學(xué)成分
H13 鋼是美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI鋼號，相當(dāng)于中國GB/T1299中的4Cr5MoSiV1。H13鋼中有Cr、Mo、Si、V 等合金元素[1]，見表1，除了Si元素不形成碳化物，Cr、Mo、V三種元素均會與碳結(jié)合形成特殊碳化物，這些特殊碳化物將會提高鋼的耐回火性。
表1 H13模具鋼的化學(xué)成分
Cr的影響：Cr能與碳結(jié)合形成特殊碳化物，當(dāng)鉻的碳化物固溶于奧氏體中，可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性。當(dāng)它固溶于馬氏體中有助于提高其回火能力，促進(jìn)二次硬化效應(yīng)，較多的Cr主要目的是提高H13鋼的淬透性、高溫強度和抗高溫氧化能力[2]。
Mo的影響：Mo也是碳化物形成元素，在H13鋼中可提高鋼的回火穩(wěn)定性和耐磨性。
Si的影響：提高鋼的強度、硬度及耐回火性，同時弱化熱處理爐內(nèi)氧化氣氛。
V的影響：降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的回火穩(wěn)定性及二次硬化效應(yīng)，彌散分布的碳化釩質(zhì)點能大大提高鋼的耐磨性。
2、熱處理工藝選擇
2.1、臨界點
熱處理溫度、冷卻方式?jīng)Q定于鋼的臨界轉(zhuǎn)變點與等溫轉(zhuǎn)變圖。1)H13 鋼臨界點：Ac1，850~885 ℃，Ac3：910 ℃。2)冷卻轉(zhuǎn)變臨界點：Ar1，700℃;Ar3，820 ℃;Ms，335 ℃。3)奧氏體化溫度：1 010 ℃
2.2、退火
為了對H13鋼鍛件消除應(yīng)力、改善組織、細(xì)化晶粒、降低硬度、便于機加工，需要進(jìn)行退火處理。H13 合金元素較多，加熱時轉(zhuǎn)變較慢，故不能用常規(guī)退火而應(yīng)采用高溫球化退火，使合金碳化物形成均勻的粒狀體，得到細(xì)粒狀珠光體組織。高溫球化退火溫度應(yīng)稍高于鋼的加熱臨界點溫度Ac1，在該溫度下進(jìn)行保溫，有利于保留未溶碳化物質(zhì)點，到冷卻過程中這些質(zhì)點即可成為粒狀組織的晶核，保證得到均勻細(xì)小的粒狀組織。
球化退火的冷卻過程中應(yīng)該在相變點Ar區(qū)域等溫處理，促使細(xì)粒狀珠光體形成并有助于碳化物聚集為細(xì)小顆粒，從而降低硬度，便于機加工。
2.3、淬火
H13鋼具有良好的淬透性，對小于150 mm厚的零件油淬能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的硬度。但因鋼中含有Mn、Si元素容易引起氧化與脫碳。在生產(chǎn)實踐中，建議采用鹽浴、可控氣氛熱處理、真空熱處理等，也可以用覆蓋物或涂料進(jìn)行防脫碳保護(hù)。
淬火溫度選擇1 030 ℃ 能獲得硬度54~55 HRC，超過1 040 ℃晶粒開始長大。故推薦熱處理溫度范圍1 030~1 040 ℃。同時應(yīng)特別注意出爐時應(yīng)預(yù)冷至Ac3 以上20~30 ℃(950~980 ℃)以減小應(yīng)力集中，從而避免開裂。
2.4、回火
為了消除應(yīng)力并提高H13鍛件高溫下的韌性必須進(jìn)行高溫回火。利用H13鋼中合金元素良好的耐回火性和二次硬化作用，采用二次回火可提高模具壽命�；鼗饻囟�(580±20)℃獲得硬度47~52 HRC。回火后的組織為回火馬氏體和少量粒狀碳化物。
3、結(jié)論
H13鋼在熱處理后具有良好的紅硬性、高溫韌性及抗熱疲勞性。為了確保熱處理的質(zhì)量，生產(chǎn)中應(yīng)注意如下幾點：
1)原材料的檢驗：需做宏觀缺陷檢查，及時發(fā)現(xiàn)諸如夾渣、中心縮孔、折疊、表面裂紋等缺陷。
2)鍛件鍛后應(yīng)隨爐冷卻或緩冷，并及時進(jìn)行退火處理。
3)因H13鋼易氧化脫碳，故鍛模坯應(yīng)適當(dāng)增加加工余量以免淬火后發(fā)生軟點。
4)模具返工必須進(jìn)行低溫退火后方能重新淬火以免造成開裂。
5)熱處理過程中應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行操作。
