H13鋼是世界上廣泛使用的熱作模具鋼。該鋼具有良好的熱強度、韌性和淬火性。廣泛應用于熱鍛模、銅鋁合金壓鑄模等生產領域。它是當今世界上使用最廣泛的熱作模具鋼之一。眾所周知，電渣重熔冶煉工藝正在改進H13模具鋼的質量有重要作用，但由于種種原因目前國產H13鋼最常見的生產工藝仍然是傳統(tǒng)的電爐冶煉。與電渣重熔冶煉相比，電爐冶煉工藝的優(yōu)點是可以節(jié)省20%~30%的生產成本。因此，如果通過合理的鍛造工藝和熱處理工藝，可以在一定程度上提高電爐鋼的質量、性能和使用壽命，將帶來更高的經濟效益。因此，一些人系統(tǒng)地研究了不同的鍛造比較電爐冶煉生產H對13鋼的組織和機械性能的影響，并對其規(guī)律進行總結和分析，對傳統(tǒng)電爐鋼的生產和發(fā)展具有較大的參考價值。
撫順鋼廠常規(guī)生產的試驗材料H13電爐鋼錠，上直徑410mm，下口直徑330mm，單向熱鍛拔長后，鍛造比分別為2、4、6、10，830℃球化退火小于30~40℃/h慢慢降溫到500℃鋼錠的化學成分見表1。
表1 試驗鋼的化學成分(質量分數(shù)) %
成分
C
Mn
Si
S
P
Ni
Cr
V
Mo
Cu
含量
0.415
0.42
1.13
0.0025
0.021
0.16
4.98
0.99
1.32
0.12
在鋼錠心部和直徑1/4的邊緣切割樣品，觀察鋼錠橫向不同部位的鑄造組織；鋼錠退火后，切6個標準，10個垂直不同位置mm×10mm×55mm夏比V型缺口沖擊試樣采用JB30B沖擊試驗機測量淬火和回火的沖擊性能，觀察其斷口形狀，測量淬火和回火不同部位的硬度和組織差異。質量調節(jié)沖擊樣品的熱處理工藝為1030℃保溫30min后油冷淬火，600℃×2h回火兩次。用4%硝酸酒精腐蝕金相樣品LEICA MEF4M光學顯微鏡和S-4300冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）對顯微組織進行觀察分析；鋼中非金屬夾雜物的評級標準采用GB/T10561-2005。為保證實驗數(shù)據及其變化規(guī)律的準確性，本試驗使用的所有材料均爐鋼錠，退火淬火工藝完全一致。
H13模具鋼熱處理工藝
1.市場上提供的預熱處理 H13鋼和模坯在鋼廠進行退火熱處理，確保金相組織良好，硬度適當，加工性好，無需退火。但廠家改鍛后破壞了原有的組織和性能，增加了鍛造應力，必須重新退火。
等溫球化退火工藝為860~890℃加熱保溫2h，降溫到740～760℃等溫4h，爐冷到500℃左右出爐。
2.淬火和回火 模具淬火工藝規(guī)范要求韌性好：加熱溫度1020~1050℃，油冷或空冷，硬度54~58HRC；模具淬火工藝規(guī)范要求熱硬度為主，加熱溫度為1050~1080℃，油冷，硬度56~58HRC。
回火溫度為530~560℃，硬度48～52HRC；回火溫度560～580℃；硬度47～49HRC。
回火應進行兩次。在500℃回火時出現(xiàn)回火二次硬化峰，回火硬度最高，峰值55HRC但韌性最差。因此，回火工藝應避免500℃左右為宜。根據模具的使用需要，在540~620℃范圍內回火較好。
淬火加熱應預熱兩次(600~650℃，800～850℃），減少加熱過程中產生的熱應力。
3.化學熱處理 H13鋼氣體氮或氮碳共滲可進一步加強模具，但其氮化溫度不應高于回火溫度，以確保心臟強度不降低，從而提高模具的使用壽命。
結果表明，在相同的鍛造比下H13電爐鋼的橫向沖擊明顯小于縱向，鋼錠的橫向、縱向邊緣到心臟的沖擊越來越差；不同的鍛造對橫向沖擊影響不大，縱向沖擊隨著鍛造比的增加而增加。研究表明，單向熱鍛拔長不能有效提高鋼的橫向止裂性能；電爐H熱作模具鋼的鍛造比控制在4~6范圍內比較合適。
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