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      铝挤压模具用H13模具钢及制造品质控制
      发布时间:[2022/03/15]

      H13模具钢材是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℃) 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,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。该钢具有高的淬透性和抗热裂能力;碳和钒的含量较高,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,优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。

      1、H13 钢的化学成分 (质量分数/%)

      C 0.32~ 0.45

      Si 0.80~ 1.20

      Mn 0.20~ 0.50

      Cr 4.75~5.50

      Mo 1.10~ 1.75

      V 0.80~ 1.20

      P≤0.03

      S≤ 0.025

       

      2、H13钢中主要元素的作用

      Si:Si是对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素,仅次于磷,但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性。一般都将硅限制在钢脱氧需要的范围内。如果将Si作为合金元素加入钢中,其量一般不小于0.40%。Si也是提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在铁素体中的扩散速度,使回火时析出的碳化物不易聚集,增加回火稳定性。另外,Si易使钢呈现带状组织,使钢的横向性能比纵向性能差,也使钢的脆性转折温度升高。Si还具有促进钢的脱碳敏感性,但Si有利于高温抗氧化性的提高。

      Mn:Mn可以改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状。同时它与S有较大的亲合力,可以避免在晶界上形成低熔点的硫化物FeS,而以具有一定塑性的MnS存在,从而消除硫的有害影响,改善钢的热加工性能。Mn具有固溶强化作用,从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度,虽然其固溶强化效果不及碳、磷和硅,但其对钢的延展性几乎没有影响。在铁素体-珠光体型钢中Mn是唯一可使屈服强度增加又使冷脆转变温度变化最小的合金元素。

      Cr:Cr在钢中可形成铬的碳化物,能提高钢的高温强度和耐磨性,使C曲线右移,提高钢的淬透性和回火稳定性。Cr和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力,所以H13钢在空冷条件下能够淬硬。在6bar N2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度,致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物,这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定。铬含量的提高有利于增加材料的热强度,但对韧度不利。

      Mo:Mo也是碳化物形成元素,和Cr一样,可提高钢的高温硬度和淬透性。此外,Mo还可细化晶粒,减小回火脆性。

      V:V 比 Cr 和 Mo 更容易形成碳化物,极少溶入铁的固溶体中。钒的碳化物使钢具有良好的热硬性,并可细化晶粒,提高钢的耐磨性。

       

      3 H13钢的热处理工艺

      3.1 退火

      为了对H13钢锻件消除应力、改善组织、细化晶粒、降低硬度、便于机加工,需要进行退火处理。H13合金元素较多,加热时转变较慢,故不能用常规退火而应采用高温球化退火,使合金碳化物形成均匀的粒状体,得到细粒状珠光体组织。高温球化退火温度应稍高于钢的加热临界点温度 Ac1,在该温度下进行保温,有利于保留未溶碳化物质点,在冷却过程中这些质点即可成为粒状组织的晶核,保证得到均匀细小的粒状组织。球化退火的冷却过程中应该在相变点 Ar 区域等温处理,促使细粒状珠光体形成并有助于碳化物聚集为细小颗粒,从而降低硬度,便于机加工。

      3.2 淬火

      H13 钢具有良好的淬透性,对小于 150 mm 厚的零件油淬能够实现均匀的硬度。但因钢中含有Mn、Si 元素容易引起氧化与脱碳,在生产实践中,建议采用盐浴、可控气氛热处理、真空热处理等,也可以用覆盖物或涂料进行防脱碳?;?。淬火温度选择 1030℃能获得 54~55HRC 硬度,超过 1040℃晶??汲ご?。故推荐热处理温度范围1030~1040℃。同时应特别注意出炉时应预冷至Ac3 以上 20~30℃ (950~980℃)以减小应力集中,从而避免开裂。

      3.3 回火

      为了消除应力并提高H13锻件高温下的韧性必须进行高温回火。利用H13钢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

      寿命?;鼗鹞露龋?80±20)℃获得47~52HRC 硬度?;鼗鸷蟮淖橹鼗鹇硎咸搴蜕倭苛W刺蓟?。

      4 H13钢的发展趋势

      4.1 H13 钢在成分上的发展趋势

      在改善H13钢的成分方面,目前国际上的趋势是向低Si高Mo方向发展[3]。

      低Si含量的作用有:(1)减轻V形或Λ形偏析;(2)使宏观组织均匀化;(

      3)细化微观凝固组织的树枝晶;(4)减少凝固时凝固界面上的成分过冷;(

      5) 减少共晶碳化物;(6) 细化奥氏体结晶;(7)提高塑性和韧度;(8)减小高温疲劳裂纹扩展速度;(9) 减低蠕变裂纹扩展速度;(10) 淬火冷却抑制贝氏体转变;(11)提高抗热裂性。Si量降低带来的不足是切削性能降低。

      高Mo的优点有:(1)提高淬透性,抑制晶界碳化物的析出和贝氏体转变;(

      2) 提高回火抗力;(3)提高高温强度和高温蠕变强度;(4)提高抗热裂能力;(5)提高韧度;(6)使共晶碳化物细化和碳化物分布均匀。关于抑制贝氏体转变:对 610mm×203mm×500mm 的 H13 ??榫?3bar N2气淬后心部和表面的贝氏体量达 70%和 40%,而对低 Si 高 Mo 的 SKD61钢相应仅有2%和1%。这对模具使用寿命提高十分有利。

      4.2 H13 钢在表面改性方面的发展趋势关于 H13 钢的表面改性问题, 主要归结为三大类:一是通过对H13表面进行渗层处理达到优化性能,统称为表面低温化学热处理;二是通过高能束表面处理来达到改善 H13 钢性能; 三是其它表

      面处理方法。

      5 铝挤压模具品质控制

      5.1 模具钢材冶金质量的控制

      模具钢材的冶金质量是模具性能的基本保障。无论后续的处理和操作再好,都无法从根本上改变模具的综合性能。因此,根据铝挤压模具使用状况,应对 H13 钢的冶金质量提出一系列严格的要求,制定挤压模具钢材供货标准,其中包括几何尺寸、表面质量、显微组织等各方面的控制标准和检测方法,为采购的钢材提供有力保障。TT8413优质国产模具钢

      5.2 模具制造品质的控制

      模具是保证产品的形状、尺寸和精度的基本工具,是产品内、外表面质量的最重要的因素之一。 合理的模具结构在一定程度上可控制产品的内部组织和力学性能,合理的模具设计和精确的制作能大大提高模具使用寿命,提高生产率、降低能耗。首先,模具设计人员根据模具使用的条件,如挤压机台大小、模具外形尺寸、模具总装配厚度、 铝棒大小、挤压材质、焊合及表面要求等合理设计模具的各项结构要素。在满足模具强度和制造工艺要求的前提下,采用标准化(系列化)的模具外形尺寸,以减少设计与制造工作量,提高模具的通用性和互换性。??壮叽绲纳杓?,一般采用“名义尺寸+修正值”来计算。根据以往生产经验,对不同类型的产品总结了不同的修正值。然后,模具制造者根据设计图纸的各项技术要求,合理编制加工工艺,确保模子外形、??壮叽缇?、形位精度、定径带和阻碍系统的加工精度。此外,采用先进的模具热处理设备,严格执行模具热处理工艺制度,保证模子的硬度符合设计要求。模具的品质管控一直贯穿着模具的整个制造过程,每一个工序都必须进行自检和来料检查,既减

      少了品质异常的发生,也使问题得到有效及时的解决。模具在出货之前,还必须进行全检,并形成出厂检验报告,确保模具质量合格才出厂。

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