h13模具钢的特点和选择

1. 压铸模具和H13国产有色金属压铸模具通常使用H13热作模具钢. 热作模具是指使加热到再结晶温度以上的金属或合金塑性变形并压模液态有色金属以制造零件的模具. 压铸模具用钢作为有色金属通常应满足以下条件: （1）可以使用高淬透性，冷却强度较小，热处理变形较小的介质进行热处理； （2）高的抗热龟裂性和抗热疲劳性使模具由于冷和热冲击而难以形成裂纹，并且所形成的裂纹不易于传播以避免模具失效. （3）具有较高的耐热软化性和高温耐磨性，使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性； （4）具有很高的抗液态金属焊接（焊接）和化学腐蚀的能力. 它的特点是在中国熔融液态金属的熔化损失. 为了满足这些高温强度和高韧性的要求，还具有较高的高温硬度和耐磨性，主要由钢的化学组成决定，一般使用碳含量（0.35〜0.45％）并含有Cr，W，合金元素例如M0和V，合金元素总量在6％到25％之间. 在美国，热作模具钢分为三种: 铬热作模具钢，钨热作模具钢和钼热作模具钢，均以H命名. 它们分别为H10〜H19，H21〜H26和H42. ，H43 [1]. 目前用于铝合金压铸模具的钢种通常是H13钢，属于第一类.

国内钢号为4Cr5M0SiVl. 过去，中国使用的3Cr2W8V钢的热疲劳性和韧性不足. H13钢的碳含量低于0.5％. 美国AISI H13，UNS T20813，ASTMA681（最新版本）和FED QQT-570的H13的H13钢的碳含量指定为（0.32〜0.45）％，这是所有H13钢中最宽的碳含量范围. 我国GB / T1299和YB / T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢的碳含量分别为（0.32-0.42）％和（0.32-0.45）％. 德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1.2234钢的碳含量为（0.37〜0.43）％，且碳含量范围相对较窄[2]. 北美压铸协会标准NADCA 207-90规定，中高档H13钢的碳含量为（0.37〜0.42）％. 铬和其他碳化物形成元素共同为钢提供了高淬透性和良好的抗软化性，因此可以在空冷条件下将其淬硬. 在6 barN2气体的真空处理下，可以将其直径160mm硬化[3]. 但是，铬的添加会增加碳化物的不均匀性，导致钢中出现亚稳态的共晶碳化物. 现在，在中国，可以使用高碳铬轴承钢的相关标准对此类碳化物进行总体评估[4].

增加铬含量有利于增加材料的热强度，但不利于韧性. 建议在材料中添加钼和钨，[5]，当（1 / 2W + M0）的量大于1％时，在500°C以上回火时，该材料仍将获得更高的硬度. 二次硬化能力. H13钢的二次硬化能力不是很明显，请参见数据[1]. 增加V的含量，例如将V的含量从0.4％（SKD6，相当于H11）增加到1％，从而提高H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性，并且V也增加耐水洗. 这是为了提高耐侵蚀性（1）. 此外，在钢中添加形成M6C和MC型碳化物的W，M0，V，Nb和其他元素可以细化奥氏体晶粒，并在溶解奥氏体效应后的回火过程中引起二次硬化. 添加Cr形成的碳化物为M23C6型，在1100℃下奥氏体化时基本溶解（全部溶解奥氏体的温度为1160℃），决定了H13钢的最佳奥氏体. 体温为1020〜 1080℃[6]. 含Cr热作模具钢的Si含量为0.80〜1.20％，仅H19钢的Si含量为0.20〜0.50％. 除固溶强化作用外，增加钢中的硅含量还可以提高钢的高温抗氧化性，最高可达800°C（1475°F）. 但是，硅不利于韧性的提高.

H13钢的开发现已进入低Si和高M0的第二阶段（第一阶段的开发是提高H13钢的材料和热处理水平）. 人们逐渐认识到低Si的影响主要包括: 减少材料的偏析和改善宏观结构的均匀性；减少凝固过程中液/固界面上成分的过冷度，改善晶体的微观结构和奥氏体晶粒的细化；提高钢的韧性及其抗热裂纹的能力，并降低高温疲劳裂纹的生长速率和高温蠕变裂纹的生长速率；延迟了钢的贝氏体转变. 同时，M0的量增加到约3％. 日本低Si，高M0的SKD61的成分范围为: C（0.30至0.40％），Si（0.05至0.30），Cr（4.9至5.5％），M0（2.0至3.5％）和V（0.50〜） 1.20％）. 对应于低Si和高M0的德国钢号为1.2367，其组成为C 0.40％，Si 0.40％，Cr 4.95％，M03.0％和V0.9％. 将M0的含量增加到3.0％可以提高钢的淬透性，防止奥氏体晶界碳化物的析出并延缓贝氏体的转变. 提高回火强度和韧性；提高高温强度和高温蠕变强度；提高抗热裂性. 关于贝氏体转变的延迟，有数据报道，在3 bar（约3atm）的气体淬火后，610×203×500mm的H13组件在芯和表面的贝氏体分别为70％和40％，而低Si对应的高M0SKD61钢仅占2％和1％[7].

这对于延长模具的使用寿命非常有益. 中国新型的热作模具钢3Cr3M03VNb的M0含量也为3％（范围为2.70至3.20％），Si含量≤0.60％. 其优异性能的一个原因也应归因于低Si和高M0. 2. H13钢表面改性压铸模具的使用寿命取决于许多因素: 模具设计的合理性，模具材料的正确选择，模具加工和热处理工艺的合理正确的配方，当然，它还应涉及模具的使用条件和维护. 其中，模具材料的质量和热处理是非常重要的关键因素. 热处理应包括整个工件的热处理和工件的表面改性. 相关标准主要包括北美压铸协会，法国汽车制造商协会，德国钢铁协会，材料协会和压铸协会的标准，以及通用汽车和福特推荐的标准. 对于H13钢的整体热处理和检查非常重要，我们将进行特别讨论. H13钢锻造模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面: （1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术；（2）PVD涂层技术. 关于这两个方面的研究论文已经发表，但是关于特定工业应用的报道很少. 专门从事材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际会议上报道了H13钢表面改性的工业应用实例. 同时，IFF表面处理技术（上海）（HEF上海）与Shefford合并. 表面处理技术（TS上海）的实践被国外相关文献（特别是NADCA专家和Case Western Reserve University教授.

在中国，热疲劳导致的裂纹损坏和热磨损是导致热作模具失效的两个主要原因. 在这方面，国外相关文献非常清楚: 模具损坏和限制模具寿命提高的三种机理是: 1）液态金属铝的焊接（焊接）和化学腐蚀损坏. 2）磨损和腐蚀. 3）热疲劳裂纹. 其中，1）是最重要的故障机制. 他们提出，使用铁素体氮碳共渗和离子氮化可以显着延长工具钢的工具寿命. 国内对铝熔点的测试表明，当模具材料的硬度为45HRC时，未表面铝的熔融损耗率高达54.90％. 当使用盐浴硫-氮碳共渗时，熔损率仅为0.10％. 在使用盐浴进行氮碳共渗（软氮化）并添加PVD处理后，熔损率显着降低至0.10％. 这说明H13钢的表面改性效果非常明显. 解决H13钢表面改性问题的最佳方法是在模具材料的表面上覆盖一层硬膜，以使其不被铝合金熔体润湿. 同时，涂覆的硬质膜还使模具材料的表有耐腐蚀性. HEF集团在汽车转向操作系统铝合金工件压铸模具的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）上沉积3μm厚的CERTESS SD涂层，其硬度可达到4000〜4500HV，使用温度可达到800℃还可以抵抗铝合金的粘结，使用寿命提高到100,000倍，是不经过沉积处理的挺杆的6〜7倍.

D. 科罗拉多矿业大学（CSM）的Zhong和JJ Moore提出了如何获得这种不被液态金属润湿的硬膜的方法[8]多层优化涂膜的结构是: H13模具基材的表面改性，例如铁素体氮碳共渗或离子氮化； ②50〜100nm附着力中间层（Ti或Cr）； ③通过压铸操作调整基材和涂层之间的中间残余热应力梯度层，可以通过有限元模拟方法确定，他们认为这取决于所选的工作硬化层. 当工作层为Al 2 O 3层时，该中间过渡层为Ti-Al-N梯度层. ④工作涂层，不能用液态金属或玻璃润湿. 对于铝合金的压铸，可以使用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3. 相应的多层结构膜的总厚度在5至8μm之间. 为了通过PVD技术在模具零件上获得高质量的涂层，应该依靠高性能的设备和优化的工艺参数. 该设备最好具有以下技术要求: ①涂层温度低； ②良好的涂层性能； ③涂层均匀沉积； ④采用增强电离率技术； ⑤精确的涂料成分控制； ⑥一定的沉积速率； ⑦可以进行多层复合涂层； ⑧可获得纳米结构涂层； ⑨具有PVD和CVD工作模式； coating可以在涂层时进行蚀刻以获得最佳涂层质量.

法国HEF集团开发并应用等离子体增强磁控溅射（PEMSTM）技术来精确控制涂层沉积过程. 应用PEMSTM技术可以达到最高的涂层理论密度. 因此，HEF集团的真空镀膜设备和技术处于世界领先地位. 综上所述，HEF设备和技术的主要优点是: 1）可以独立控制离子的流量和能量，以获得最高的密度和性能的涂层； 2）独特的OES系统用于等离子体波长测量，以实和聚合物材料的涂层加工； 7）一台设备同时具有PVD和PACVD处理模式，为客户提供全面的技术升级支持. 法国HEF集团已通过爱夫表面处理技术（上海）投资在上海谢福德表面处理技术（上海松江）引进了两个系列的PVD / PACVD设备. 可以使用CrN，CrxNY，TiN，TiBN，TiCNN，TiALN和类金刚石DLC膜h13模具钢怎么分辨，它们还具有独特的特征，可在通过液态硫氮碳共渗或液态氮碳共渗进行PVD涂层之前对H13钢基材进行表面改性，称为Sursulf / Arcor技术或Tufftride / Tenifer（由其德国子公司Durferrit提供，该公司于2001年并入HEF集团）.

相关介绍可以在本期广告和今年“模具工程”的第四篇论文中找到. 3结论1）H13钢是一种热加工模具钢，具有很高的韧性和抗热裂性，在世界范围内具有很强的韧性和通用性. 许多场合用于制造铝合金压铸模具. 2）H13钢的国产等级为4Cr5M0SiVlh13模具钢怎么分辨，目前正朝着低Si和高M0的方向发展. 3）H13钢的表面改性主要包括铁素体氮碳共渗或硫氮碳共渗和物理气相沉积硬膜. 更好的方法是这些方法的合理组合.

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