H13模具钢热处理工艺和组织-等温转变曲线_连续冷却曲线_淬火回火后的组织

H13模具钢热处理工艺和组织
等温转变曲线、连续冷却曲线
H13模具钢淬火、回火后的组织

H13原是美国的一个热作模具钢钢种，在我国称为4Cr5MoSiV1，简称：国产H13，它是目前应用最广泛的一种热作模具钢。H13钢之所以被广泛应用，是因为它具有高的淬透性、高的韧性、良好的切削加工性能、热处理变形小、在较高温度下具有抗软化能力，H13钢具有优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷。以下是东莞市弘超模具科技有限公司技术中心整理编辑的有关国产H13模具钢的热处理工艺和组织（包括：等温转变曲线、连续冷却曲线以及淬火、回火后的组织）。
国产H13(4Cr5MoSiV1)模具钢的等温转变曲线如上面题图所示（试验钢的化学成分为：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分别如下图所示（图中Ar为残留奥氏体量）。

国产H13模具钢经高温加热奥氏体化后，在800℃左右缓冷，有二次碳化物沿晶析出。过冷奥氏体在400℃~600℃极为稳定，可以在这个温区分级淬火，分级淬火温度宜取下限温度。加热温度低，冷却速度慢时，还会在淬火组织中出现贝氏体。淬火加热温度超过1070℃后，直径为200mm的工件油冷淬火时一般不会出现贝氏体。
国产H13模具钢中的碳化物大部分是M23C6型铬的碳化物，还有少量是MC型碳化物。将钢加热到1050℃~1070℃时，M23C6碳化物急剧溶解，加热到1100℃时基本溶完，因此最佳奥氏体化温度应选择在1020℃~1080℃温区为宜。从1070℃加热开始，奥氏体晶粒将明显长大。
弘超研究表明，对于要求热硬性为主的模具，应选取1050℃~1080℃加热，油冷淬火后硬度可达54~57HRC，晶粒度为9级左右。组织为细针马氏体+未溶碳化物+残留奥氏体，马氏体针长为1.5~2级，未溶碳化物呈点状，数量不多，有时有块状或颗粒状亚稳定共晶碳化物，组织见下面左图所示。
 

弘超实际应用证明，对于要求韧性较好的模具，可选取1020℃~1050℃加热，油冷淬火后硬度为53~56 HRC，晶粒度为9~10级左右，组织为细针和隐针马氏体+来溶碳化物+残留奧氏体，马氏体针长为l级左右，碳化物较多，但仍呈点状。在特殊情况下，可选取1100℃加热，油冷淬火后硬度可达58HRC左右，此时到达淬火硬度的极大值，晶粒已长大到8级左右，晶粒界清晰可见，马氏体针长达4级左右，并成排分布，碳化物数量已很少，组织如上面右图所示。

淬火加热应先经两次预热，冷却可采用空冷、油冷，也可采用分级冷却。分级冷却的分级温度最好选择低些，例如350℃~500℃，也有选择在500℃~560℃分级的。空冷或在500℃以上分级冷却容易使过饱和奥氏体在冷却过程中析出碳化物，而在模具中心出现较多的贝氏体，在高温回火时出现贝氏体脆性，这两种后果都可使模具变脆，在作模具失效分析时上述两项是必检内容。
国产H13模具钢的回火温度以高于500℃、低于650℃为宜。530℃回火的组织为回火马氏体+回火屈氏体，仍保持针状形态，如下面左图所示（经1050℃加热、油冷淬火、530℃回火后的组织，回火两次1.5h）。
 

国产H13模具钢经630℃回火后的组织为回火屈氏体+回火索氏体，针状形态基本消失，组织如上面右图所示（经1050℃加热、油冷淬火、630℃回火后的组织，回火两次1.5h）。在500℃回火时，出现回火二次硬化峰，回火硬度最高，峰值为55 HRC左右，但韧性最差。因此，回火工艺以及低温化学热处理，都要避开500℃左右，而在550℃~650℃回火比较适宜，回火应进行两次。

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司技术中心
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