H13模具钢的热处理工艺及组织-等温转变曲线_连续冷却曲线_淬火回火后的组织

H13模具钢的热处理工艺和组织

等温转变曲线，连续冷却曲线

H13模具钢回火后的组织

H13最初是美国的热作模具钢牌号，在中国被称为4Cr5MoSiV1，缩写为: 家用H13，目前是使用最广泛的热作模具钢. H13钢之所以被广泛使用，是因为它具有高的淬透性，高的韧性，良好的切削性能，较小的热处理变形，并具有抵抗高温下软化的能力. H13钢具有出色的耐热裂性，能够在工作场所进行水冷. 以下是东莞市宏超模具技术技术中心组织和编辑的国产H13模具钢的热处理工艺和组织（包括: 等温转变曲线，连续冷却曲线和调质后组织）.

家用H13（4Cr5MoSiV1）模具钢的等温转变曲线如上图所示（测试钢的化学成分为: WC = 0.40％，WMn = 0.40％，WSi = 1.50％，WCr = 5.00％ ，WMo = 1.35％，WV = 1.10％）. 国产H13模具钢的连续冷却曲线如下图所示（图中的Ar为残余奥氏体量）.

将家用H13模具钢通过高温加热进行奥氏体化后，在约800°C的温度下缓慢冷却，二次碳化物沿晶体沉淀. 过冷奥氏体在400℃〜600℃时极为稳定，可在此温度区域进行分级淬火，应选择下限温度. 当加热温度低且冷却速率慢时，贝氏体也会出现在淬火组织中. 淬火加热温度超过1070°C后，油冷直径200 mm的工件时通常不会出现贝氏体.

家用H13模具钢中的大多数碳化物是M23C6型碳化铬，少量是MC型碳化物. 当钢加热到1050℃〜1070℃时，M23C6碳化物急剧溶解，加热到1100℃时基本溶解，因此最佳奥氏体化温度应在1020℃〜1080℃的温度范围内选择. 从1070°C开始加热，奥氏体晶粒将显着生长.

Hongchao研究表明，对于需要热硬度的模具，应选择1050℃〜1080℃进行加热. 油冷却后，硬度可达到54〜57HRC，晶粒尺寸约为9级. 结构为细针状马氏体+不溶性碳化物+残余奥氏体，马氏体针的长度为1.5〜2级，不溶性碳化物为点状，数量不多，有时为块状或粒状亚稳共晶碳化物，结构如下左图所示.

Hongchao的实际应用证明，对于要求良好韧性的模具，可以选择1020℃〜1050℃进行加热. 油冷却淬火后，硬度为53-56 HRC，晶粒尺寸约为9-10，组织细密. 针和隐针的马氏体+溶解碳化物+残余奥氏体. 马氏体针的长度约为1级. 碳化物很多，但它们仍然是点状的. 在特殊情况下，可以选择加热到1100℃，油冷淬火后的硬度可以达到58HRC左右，此时达到了淬火硬度的最大值，晶粒长大到约8个等级，晶界清晰可见，马氏体针长约4层，成排排列. 碳化物的数量非常少. 该组织如右图所示.

淬火加热应该预热两次，冷却可以是空气冷却，油冷却或分步冷却. 分类冷却的分类温度优选选择较低，例如350°C至500°C，并且还可以选择在500°C至560°C的分类温度. 空气冷却或高于500℃的分段冷却是在冷却过程中容易在过饱和奥氏体中引起碳化物沉淀，并且在模具的中心出现更多的贝氏体，并且在高温回火过程中发生贝氏体脆性. 这两个后果都可能使模具变脆，而模具失误分析需要以上两项.

国产H13模具钢的回火温度应高于500℃h13模具钢回火，低于650℃. 530℃的回火组织为回火马氏体+回火的钙钛矿，仍保持针状形态，如下左图所示（在1050℃加热，油冷淬火和在530℃回火后，回火两次，持续1.5h.

国产H13模具钢在630℃回火后的组织为回火钙钛矿+回火索氏体，针状形态基本消失. 结构如右上图所示（加热到1050℃，油冷并淬火，回火后630℃，回火1.5h）. 在500℃回火时，出现二次回火硬化峰，回火硬度最高h13模具钢回火，峰值在55 HRC左右，韧性最差. 因此，回火过程和低温化学热处理应避免在500℃左右，以550℃〜650℃回火为宜，应进行两次回火.

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