上海金琪尔特殊钢有限公司
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H13
H13是热作模具钢，执行标准GB/T1299—2000。；牌号4Cr5MoSiV1；合金工具钢简称合工钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。其中合工钢包括：量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、冷作模具钢、热作模具钢、无磁模具钢、塑料模具钢。
C0.32~0.45，
Si0.80~1.20，
Mn0.20~0.50，
Cr4.75~5.50，
Mo1.10~1.75，
V0.80~1.20，
p≤0.030，
S≤0.030；
H13模具钢用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模；铝、铜及其合金压铸模。
系引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。其性能、用途和4Cr5MoSiV钢基本相同，但因其钒含量高一些，故中温（600度）性能比4Cr5MoSiV钢要好，是热作模具钢中用途很广泛的一种代表性钢号。
H13模具钢板 宽度（210-610）*厚度（6-80） 热轧
H13模具钢管 外径（6-219）*壁厚（0.5-25）
H13模具钢锭 电渣锭0.35T 0.5T 0.75T 1.0T
1.5T 1.8T 2.0T 2.2T 2.8T （3.0-8.0）T
（交货状态：布氏硬度HBW10/3000（小于等于235））
淬火：790度±15度预热
1000度（盐浴）或1010度（炉控气氛）±6度加热
保温5~15min空冷
550度±6度回火退火、热加工；
电渣重熔钢，该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，该钢含有较高含量的碳和钒，耐磨性好，韧性相对有所减弱，具有良好的耐热性，在较高温度时具有较好的强度和硬度，高的耐磨性和韧性，X良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。
钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度，按钢中含碳量与淬火钢硬度的关系曲线可以知道,H13模具钢淬火硬度在55HRC左右。对工具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热作模具钢,这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象。从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能。由此可见，钢中的含C量不能太低。
1.预先热处理 市场上供应的H13钢钢材和模坯，在钢厂都已作好退火热处理，保证了具有良好的金相组织，适当的硬度，良好的加工性，无需再进行退火。但制造厂进行改锻后破坏了原来的组织和性能，增加了锻造应力，必须进行重新退火。
等温球化退火工艺为：860～890℃加热保温2h，降温到740～760℃等温4h，炉冷到500℃左右出炉。
2.淬火及回火 要求韧性好的模具淬火工艺规范：加热温度1020～1050℃，油冷或空冷，硬度54～58HRC；要求热硬性为主的模具淬火工艺规范、加热温度1050～1080℃，油冷，硬度56～58HRC。
推荐回火温度：530～560℃，硬度48～52HRC；回火温度560～580℃；硬度47～49HRC。
回火应进行两次。在500℃回火时，出现回火二次硬化峰，回火硬度zui高，峰值在55HRC左右，但韧性zui差。因此，回火工艺应避开500℃左右为宜。根据模具的使用需要，在540～620℃范围内回火较好。
淬火加热应进行两次预热（600～650℃，800～850℃），以减少加热过程产生热应力。
3.化学热处理 H13钢若进行气体渗氮或氮碳共渗可使模具进一步强化，但其氮化温度不应高于回火温度，以保证心部强度不降低，从而提高模具的使用寿命。
H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢,在世界上的应用极其普遍,同时各国许多学者对它进行了广泛的研究,并在探究化学成分的改进。钢的应用广泛和具有X良的特性,主要由钢的化学成分决定的。当然钢中杂质元素必须降低,有资料表明,当Rm在1550MPa时,材料含硫量由0.005%降到0.003%,会使冲击韧度提高约13J。十分明显,NADCA 207-2003标准就规定:XX(divmium)H13钢含硫量小于0.005%,而XX(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。下面对H13钢的成分加以分析。
碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM（zui新版）的H13和FED QQ-T-570的H13钢的含碳量都规定为（0.32~0.45）%，是所有H13钢中含碳量范围zui宽的。德国X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量为（0.37~0.43）%，含碳量范围较窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1的含碳量为（0.36~0.42）%。日本SKD 61的含碳量为（0.32~0.42）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分别与SKD61和AISI H13相同。特别要指出的是：北美压铸协会NADCA 207-90、207-97和207-2003标准中对H13钢的含碳量都规定为（0.37~0.42）%。
含5%Cr的H13钢应具有高的韧度，故其含C量应保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相图上,H13钢的位置在奥氏体A和（A+M3C+M7C3）三相区的交界位置处较好。相应的含C量约0.4%。图上还标出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2钢以作比较。另外重要的是,保持相对较低的含C量是使钢的Ms点取于相对较高的温度水平(H13钢的Ms一般资料介绍为340℃左右)，使该钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余A和残留均匀分布的合金C化物组织，并经回火后获得均匀的回火马氏体组织。避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。这些少量残余奥氏体在淬火以后的两次或三次回火过程中应予以转变完全。这儿顺便指出，H13钢淬火后得到的马氏体组织为板条M+少量片状M+少量残余A。经回火后在板条状M上析出的很细的合金碳化物，国内学者也作了一定工作。
模具钢大致可分为：冷轧模具钢、热轧模具钢和塑料模具钢三类，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。
冷轧模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具用钢，按其所制造具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80%以上，铬是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢，zui高铬质量分数可达13%，并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，zui高可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。
热轧模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的作用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢，碳质量分数在0.30%~0.60%，属于亚共析钢，也有一部分钢由于加入较多的合金元素（如钨、钼、钒等）而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。
塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理变形小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。
1.冷作模具钢
（1）分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。
◆W组即水淬工具钢，有11个钢种，7个碳素工具钢，含碳量从0.7%-1.3%。
◆O组即油淬冷作模具钢（俗称油钢），有4个钢种，含碳量在0.85%-1.55%，
◆A组即空淬中合金冷作模具钢，有9个钢种，含碳量从0.5%-2.25%。
◆D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0.9%-2.5%。
◆S组即耐冲击工具钢，有7个钢种，含碳量0.4%-0.6%。
用于冷作模具还有高速钢（HSS组）和X高速钢（SHSS组），钴基硬质合金和钢结硬质合金（HA组），粉末钢和工程陶瓷（PIM组），碳钨工具钢（F组），特殊用途工具钢（L组）。
（2）冷作模具钢的选用
冷作模具钢的主系列是高硬冷作类，主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具，硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具，硬度低于HRC60-62，主要用S类和部份A类和zui普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模，如汽车外型冲压件，主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。
*高速钢和X高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。德荣金属主要是有高的"抗压强度/硬度"比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。
*粉末模具钢有X良的耐磨寿命，硬度不大高HRC60-62，应用相当多。
*碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。
2.热作模具钢
美国热作模具钢分二大类：
（1）热作模具钢和XX热强合金。热作模具由于在有温度的条件下工作，要求材料具有热强性和热耐磨性，为了保证模具的使用寿命模具要冷却，热冷交替模具会出现龟裂，即热疲劳裂纹，所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。
（2）按热强性排列的主系列进行选材:低合金调质模具钢（6G，6F2，6F3）→中铬热作模具钢（H11、H12、H13）→钨热作模具钢（H21，H22）。
非标准的热作模具钢：例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时，可以选择6H1，6H2。
当要求模具以热作耐磨性为主时，可以选择D2，D4→M2，M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的，但其热疲劳性（即冷热抗疲劳裂纹）很差，不能在急模具钢冷急热状态下使用。
3.塑料模具钢
美国是zui早在工具钢中列出塑料模具X钢的X，以P来表示为主，共分为五类。
◆渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯部X低碳可使淬火时变形量zui小。
◆调质型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。
◆中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L2和S7，O1和A2也有应用。这一类的特点是：
（1）基本属二次硬化金钢，500-600oC时的热强性好。
（2）含铬较高，大气腐蚀性好。
（3）淬透性极好，适用于大模块。
◆不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。
◆时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。互益金属有两种，一种是P21低碳Ni-A1时效钢；另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。
塑料模具钢的选用
*薄壁的塑料箱体，生产批量在小于10万件时，用P20，P21预硬态（HB250～300），腐蚀性较强时用414L。
*高寿命的普通塑料模，用P6或P20，经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大时，可用O1，S7。腐蚀性较强时用420。
*非高温的热固性模用P6，P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。
*高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性
