H13模具钢

H13模具钢

1退火工艺

H13钢属于过共析钢，采用常规完全退火或等温球化退火。?H13钢的完全退火工艺为:850~900?×3~4h，保温结束后随炉冷到500?以下出炉空冷;?等温球化退火工艺:845~900?×2~4h/炉冷+700~740?×3~4h炉冷，?40?/h，?500?出炉空冷;?对于质量要求较高的H13钢模具，还应进行防止白点退火，工艺周期较长;?形状复杂的模具，在粗加工后应进行一次去应力退火:600~650?×2h炉冷;?模具热处理后，若模具型腔采用磨削、电火花和线切割等方法加工成形，会在模具的表面上形成一层厚约10~30μm的淬火马氏体白亮层，也称之为“异常层”。由于白亮层中的内应力较大，淬火马氏体本身又较脆，磨削时容易在表面产生微裂纹和磨削裂纹，因而磨削加工后最好能在低于回火温度50?以下进行去应力退火，以消除磨削应力，并使表面可能形成的淬火马氏体回火韧化。

H13钢经退火处理后，适宜的组织由球状珠光体和少量粒状碳化物组成，要求热处理硬度达到HB192~229，可以获得较好的加工性能。

2淬火工艺

H13钢的淬火回火工艺可以采用盐浴炉、真空炉和流动粒子炉加热，模具表面光洁，热处理变形小，零件寿命长。特别是外热式刚玉流动粒子炉保护加热，吸收了盐浴炉和真空炉加热的共同优点，很适合热作模具钢的热处理加热。 H13钢采用盐浴炉作为加热设备时的通用淬火工艺是:400~500?预热，650~840?预热，1020~1050?奥氏体化，保温结束后可视使用性能要求采用空淬、油淬、气淬或分级淬火，分级温度可取500~540?。

在H13钢热处理加热过程中，首先采用400~840?的两段预热，然后再升至奥氏体化温度。两段预热的目的是为了避免过快的加热会在模腔内形成的温度梯度所引起的应力导致模具的畸变，还可有效地促进奥氏体均匀化。H13钢的奥氏体化温度为1020~1050?，实际淬火温度依据模具的工作条件、结构形状、制造工艺和性能要求来确定，主要是考虑既要保证奥氏体中溶有足够的碳和合金元素，以得到高的硬度和红硬性，又保证奥氏体晶粒尺寸小于ASTM9，以获得足够的韧性。因此，对断裂韧性、抗热疲劳和抗热磨损要求较高及淬火处

理后需要电加工的模具，为了得到最高的红硬性，可采用奥氏体化温度上限;对于要求畸变小、晶粒细、冲击韧性高的模具，为了得到最好的韧性和防止开裂，应采用奥氏体化温度下限。淬火加热的保温时间的优选，应保证组织转变的完成和获得所要求的合金元素固溶程度。淬火加热保温时间过短，将降低H13钢的红硬性及抗回火能力。H13钢的淬火温度要比退火温度高，更应该采取措施防止氧化脱碳，保证加热质量。

H13钢淬火时可采用空淬、气淬、油淬或者500~540?分级淬火。对于要求高强韧性的模具，要用高的淬冷速度以抑制碳化物的沿晶析出和出现上贝氏体，提高其强韧性和回火抗力。但冷却速度必须控制在不出现淬火开裂和畸变的允许范围内。

H13钢淬火后组织是:板条马氏体+未溶碳化物十残余奥氏体。

3回火工艺

H13钢淬火后应进行2~3次回火，以期获得所要求的力学性能。淬火后的模具温度在低于70?时就应尽快回火，这对尺寸较大、形状复杂的热作模具尤为重要。同时，为避免热作模具回火时重新产生残余应力，回火加热和冷却应缓慢进行。 H13钢的回火工艺应根据热作模具的工作条件和具体的失效形态来确定回火温度和硬度。一般优质H13钢大都采用540~650?×3h高温回火，以提高模具的韧性和减少残余奥氏体(A)在模具中发生转变而引起脆性。但高温回火易使热作模具发生热磨损和堆塌失效。r

实践证明，H13钢采用350?左右的中低温回火后，心部具有较好的强韧配合和热疲劳性能，同时也不会出现蓝脆现象。中低温回火存在较高量的A，对弥补其韧性不足有一定作用。r

A的存在可使材料在断裂时吸收更多的能量，并改变裂纹扩展方向及裂纹尖端的应力和应r

变状态，从而提高钢的韧性。“残余奥氏体增韧”是热处理理论的新发展。

值得注意的是，H13钢在425~520?内回火时出现二次硬化的同时会出现第二类回火脆性，显著降低冲击韧性。这是因为回火时在马氏体板条间析出较大的碳化物，以及回火快冷时A转变为马氏体的缘故。消除或减轻回火脆性的措施有:?应选择冶金质量好、纯净度高r

的钢坯来锻造;?在热处理过程中，通过形变热处理或临界区淬火得到锯齿形晶界结构，细化晶粒和减少P、S杂质的晶界偏析;?采用二次回火，第二次回火温度低于第一次回火温度约10?，保温时间缩短20~25%，以减轻回火脆性;?完全避免在脆性发展区内回火。

H13钢回火后的最终热处理组织是:回火马氏体+少量粒状碳化物，低于600?回火时仍保持马氏体板条状;当回火温度高于650?时，马氏体形态会逐渐消失，转变为回火马氏体，引起H13钢热强性的严重恶化。因此说，H13钢是一种性能优异的中温(<600?)热作模具钢。

相关文献还指出H13钢的传统热处理制度可以进一步优化，以使工模具的性能得到最大化的提高，从而提高工模具的寿命。 (1)真空热处理

经真空热处理的工模具可防止表面氧化、脱碳和有净化表面的作用，此外，还有脱脂和脱气的作用。因此，真空热处理可改善工模具的热处理质量，减少热处理变形，真空热处理后的工模具还有硬度分布均匀，质量稳定可靠，提高工模具的使用寿命。此外真空热处理可简化工艺(可实现淬火后少加工或无加工工艺，降低加工成本，可快速加热和快速冷却，节省时间，可实现全过程自动化及无公害操作等特点。近年来工模具的真空热处理已成为热处理新工艺的一个重要发展倾向。

(2)高温淬火

H13钢淬火工艺试验:550?×2min/mm+800?×15min/mm预热，最终加热温度分别选用1030?、1050?、1100?，按1min/mm保温后油淬，600?×2h两次回火。通过对H13钢的高温淬火与常规淬火后的热疲劳和力学性能的比较，表明:?适当提高H13钢的淬火温度，可以提高σ、σ以及热疲劳性能和回火稳定性;?当淬火温度达到1100?时，奥氏体s0.2

晶粒并没有明显长大，淬火组织是针状和板条状马氏体的混合组织。

(3)控制冷却速度淬火

国外应用HIT法(high impact---value treatment process)，采用特殊的冷却控制方法，以防止开裂和最大限度地减少热处理变形。实践证明，H13钢以不同冷却速度淬火，回火到HRC46硬度后的冲击韧性相差可达10倍;当淬火冷却速度达到100?/min以上时，才能获得最高的韧性。随着模具材料硬度的提高，其影响也越大。

(4)深冷处理

深冷处理是采用液态氮为冷却剂(-196?)，利用汽化潜热的快速冷却方式，将淬火后的模具冷至 -120? 以下，并保持适当时间。H13钢实施深冷处理的目的有:?残余奥氏体几乎可以全部转变成马氏体;?组织细化并可析出微细碳化物;?耐磨性比未深冷处理的模具高2~7倍，比普通冷处理( 0 ~ -100? )的模具高1~3倍;?这还是一种稳定模具尺寸的工艺方法。

(5)锻造余热淬火+高温回火代替传统的球化退火

工模具钢于900~850?终锻后置于920士10?的炉子中停留20min后油冷，接着进行720士10?保温1.5h空冷的高温回火。之后再进行常规的热处理。此种方法处理得到工模具碳化物颗粒细小、圆整、均匀分布，奥氏体晶粒细化，奥氏体成分均匀，淬火马氏体组织细化，板条状马氏体的比例增加，从而使工模具钢的强度和韧性显著提高，从而可延长使用寿命。

(6)分级淬火

H13钢具有高的淬透性，在空冷条件下即能获得马氏体组织，但在800~600?缓冷或冷

却速度不够时有二次碳化物沿晶界析出的倾向，会增加模具脆性。因此为了获得最满意的使用寿命，大型复杂的压铸模工作零件采用分级淬火工艺，并在370?左右的盐浴中冷却，直到模具零件各部位的温度均匀，然后取出空冷，冷却到80?左右要立即回火。

还可把高温加热和分级淬火结合起来。该工艺方法是采用1080?加热保温后，在560?盐浴中分级冷却一定时间后油冷，然后560?×2h两次回火。采用上述工艺后，金相组织为回火马氏体加弥散合金碳化物，硬度为54HRC，强韧性兼顾，使用寿命提高。