H13温锻模具的使用硬度及热处理工艺

孤鸿踏雪

请教各位模具（材料、锻造、热处理）专家
   用H13制作温锻模具（用于齿轮精锻），其设计和处理硬度在什么范围寿命最长？其热处理方法与一般锻造模具或其它材料的锻造模具有无不同？有何不同？

湘寒月

H13钢属于过共析钢,采用常规完全退火或等温球化退火
(1)H13钢的完全退火工艺为:850~900e@3~4h,保温结束后随炉冷到500e以下出炉空冷;
(2)等温球化退火工艺:845~900度×2~4h/炉冷+700~740度×3~4h/炉冷,[40度/h,[500度出炉空冷;(3)对于质量要求较高的H13钢模具,还应进行防止白点退火,工艺周期较长;
(4)形状复杂的模具,在粗加工后应进行一次去应力退火:600~650e@2h/炉冷;(5)模具热处理后,若模具型腔采用磨削!电火花和线切割等方法加工成形会在模具的表面上形成一层厚约10~30Lm的淬火马氏体白亮层,也称之为/异常层0"由于白亮层中的内应力较大,淬火马氏体本身又较脆,磨削时容易在表面产生微裂纹和磨削裂纹,因而磨削加工后最好能在低于回火温度50e以下进行去应力退火,以消除磨削应力,并使表面可能形成的淬火马氏体回火韧化。
大型的H13钢锻件经常规球化退火处理碳化物组织极不均匀,存在严重的沿晶碳化物链可通过多次球化退火或奥氏体化快冷(正火)再球化退火来实现
淬火工艺：
H13钢的淬火回火工艺可以采用盐浴炉!真空炉和流动粒子炉加热,模具表面光洁,热处理变形小,零件寿命长"特别是
外热式刚玉流动粒子炉保护加热,吸收了盐浴炉和真空炉加热的共同优点,很适合热作模具钢的热处理加热。
H13钢采用盐浴炉作为加热设备时的通用淬火工艺是:40~500度预热(0.5min/mm),650~840e预热(0.5min/mm) 1020~1050度奥氏体化(0.25~0.45min/mm),保温结束后可视使用性能要求采用空淬，油淬，气淬或分级淬火,分级温度可取500~540度(0.25min/mm)。
对断裂裂韧性，抗热疲劳和抗热磨损要求较高及淬火处理后需要电加工的模具,为了得到最高的红硬性,可采用奥氏体化温度上限对于要求畸变小!晶粒细!冲击韧性高的模具,为了得到最好的韧性和防止开裂,应采用奥氏体化温度下限。淬火加热的保温时间的优选,应保证组织转变的完成和获得所要求的合金元素固溶程度。淬火加热保温时间过短,将降低H13钢的红硬性及抗回火能力。H13钢的淬火温度要比退火温度高,更应该采取措施防止氧化脱碳,保证加热质量。
H13钢淬火后组织是:板条马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体。
回火工艺：
H13钢淬火后应进行2~3次回火,以期获得所要求的力学性能。淬火后的模具温度在低于70e时就应尽快回火,这对尺寸较大，形状复杂的热作模具尤为重要。同时,为避免热作模具回火时重新产生残余应力,回火加热和冷却应缓慢进行。H13钢的回火工艺应根据热作模具的工作条件和具体的失效形态来确定回火温度和硬度"一般优质H13钢大都采用54~650度×3h高温回火,以提高模具的韧性和减少残余奥氏体(AR)在模具中发生转变而引起脆性。但高温回火易使热作模具发生热磨损和堆塌失效。实践证明,H13钢采用350度左右的中低温回火后,心部具有较好的强韧配合和热疲劳性能,同时也不会出现蓝脆现象。中低温回火存在较高量的AR,对弥补其韧性不足有一定作用。AR的存在可使材料在断裂时吸收更多的能量,并改变裂纹扩展方向及裂纹尖端的应力和应变状态,从而提高钢的韧性。
值得注意的是,H13钢在425~520e内回火时出现二次化的同时会出现第二类回火脆性,显著降低冲击韧性。这是
为回火时在马氏体板条间析出较大的碳化物,以及回火快冷AR转变为马氏体的缘故[4]"消除或减轻回火脆性的措施有(1)应选择冶金质量好!纯净度高的钢坯来锻造;(2)在热处理程中,通过形变热处理或临界区淬火得到锯齿形晶界结构,细晶粒和减少P,S杂质的晶界偏析;(3)采用二次回火,第二次火温度低于第一次回火温度约10e,保温时间缩短20%~25%,以减轻回火脆性;(4)完全避免在脆性发展区内回火。H13钢回火后的最终热处理组织是:回火马氏体+少量状碳化物,低于600e回火时仍保持马氏体板条状;当回火温高于650e时,马氏体形态会逐渐消失,转变为回火马氏体,起H13钢热强性的严重恶化。

tanwei282

谢谢版主！很好的回帖！学习无止境

tanwei282

版主！还有一事不明 用350的中温回火后 再580回火 那这种350稳定残奥的工艺的效果不就是没有了吗？

wangzux

H13用于齿轮精锻寿命不是很好！热疲劳是早期失效的主要现象。

孤鸿踏雪

H13用于齿轮精锻寿命不是很好！热疲劳是早期失效的主要现象。
wangzux 发表于 2011-5-21 19:37

    能否解释一下具体原因？你认为哪种材料用于齿轮精锻模具的材料更好？

shenjinliang

谢谢版主！学习无止境!

湘寒月

回复 6# 孤鸿踏雪


    4Cr3Mo3W4VNb (GR)高寿命热作模具钢

（1）模具钢的特性  4Cr3Mo3W4VNb钢代号为GR，是一种热作模具钢，高速锤锻模用高热强钢，该钢的热强性、热硬性、耐磨性、耐冷热疲劳性能、锻造性能，以及切削加工等性能均良好，该钢的淬火加热温度范围宽，过热敏感性能低，淬透性较高。

（2）供货状态  退火态。

（3）化学成分（质量分数，%）  C 0.37～0.47、Si≤0.50、Cr 2.50～3.50、Mo 2.00～3.00、W 3.50～4.50、V 1.00～1.40、Nb 0.10～0.20。

（4）物理性能

①参考临界点温度Ac1=912℃。

②温度21～215℃/21～318℃/21～400℃/21～500℃/21～610℃/21～700℃/21～824℃，线（膨）胀系数8.3×10-6℃-1/10.6×10-6℃-1/11.3×10-6℃-1/11.7×10-6℃-1/12.1×10-6℃-1/12.2×10-6℃-1/12.3×10-6℃-1。

（5）热加工规范  加热温度1150℃，始锻温度≥900℃，锻后砂冷。

（6）退火规范  （850±10）℃×3h，随炉降温，（720±10）℃×4h，炉冷到温度≤550℃，出炉空冷。

（7）等温退火规范  （850±10）℃×（2～3）h，随炉冷却，（720±10）℃×（4～6）h，再缓冷至温度600℃，出炉空冷，退火后硬度170～220HBS。

（8）低温淬火、回火规范  经（1160±10）℃×（12～15）s/mm加热保温后，油冷淬火，第一次回火温度630℃±10℃，保温时间2h后空冷，第二次回火温度600℃±10℃，保温时间2h。

（9）模具淬火、回火规范  淬火温度1150～1200℃，油冷淬火，第一次回火温度600℃±10℃，保温时间1～2h，第二次回火温度580℃±10℃，保温时间1～2h，两次回火后均空冷，对形状复杂的模具可回火3次。

（10）高温淬火、回火规范  淬火温度1200℃，油冷却。回火温度630℃、600℃，各回火1次，空气冷却，回火硬度53～57HRC。

（11）GR钢典型应用举例

①可用于轴承内圈、钢球热镦模，气门热镦模，汽车齿轮高速锻模，紫铜热挤压模，自行车曲柄滚锻模等。

②该钢还适用于制造浅型腔中小锻模，工作温度600～700℃。

③也可用于铜合金热挤压模具。

④通常该钢使用寿命比3Cr2W8V提高3～4倍。

⑤广泛用于压力机热锻模、热挤压模、压铸模等各种热作模具。

wangzux

回复 6# 孤鸿踏雪


    8楼说的材料是比较好的，还有HM1也可以，做这类模具寿命比H13高很多，一般都有3-4倍，比3Cr2W8V好不少。

湘寒月

回复 9# wangzux


     HM1新型热作模具钢
    （1）模具钢的特性 3Cr3Mo3W2V代号HM1，1970年代研制的HM1钢，在热稳定性、抗热疲劳性等方面均有所提高，该钢种已纳入GB 1299—85的国家标准模具钢号，它具有良好的抗热疲劳性能、抗回火稳定性能和良好的冶炼、锻造、热处理及机械加工工艺性能，是国内综合性能优良、符合我国资源条件的高强韧性热作模具新钢种，在高温性能方面明显优于H13钢。
    该钢主要用做热作模具钢。钢具有良好的热塑性，容易锻造成型，开裂倾向低，但因含有钼，要注意加热温度和保温时间，避免严重脱碳和使用时产生早期失效。该钢具有优良的强韧性、较高热强性、耐磨性、回火稳定性、耐冷热疲劳性能，冷热加工性能好，工作温度700℃以上，该钢通用性强。
    （2）供货状态 退火态。
    （3）典型化学成分（质量分数，%） C 0.32～0.42、Si 0.60～0.90、Mn≤0.65、P≤0.03、S≤0.03、Cr 2.80～3.30、W 1.20～1.80、Mo 2.5～3. 0、V 0.80～1.20。
    （4）物理性能
    ①临界点温度（近似值） Ac1=850℃，Ac3=930℃，Ar1=780℃，Ar3=835℃，Ms=373℃。
    ②线（膨）用系数：室温到600℃，α=12×10-6K-1。
    ③热导率：λ=62.59W/（m•K）。
    （5）热加工规范 加热温度1150～1180℃，始锻温度1120～1150℃，终锻温度≥850℃，灰冷或堆冷，冷却后应及时进行退火。
    （6）普通等温球化退火规范 （870±10）℃×（2～4）h，降温到温度（730±10）℃×（4～6）h，炉冷到≤550℃，出炉空冷，退火后硬度207～255HBS。
    （7）钢坯成批等温球化退火规范 （850～870）℃×（3～4）h，炉冷到（740～760）℃×（4～5）h，再缓冷至≤600℃，出炉空冷，硬度≤229HBS，共晶网状碳化物≤2级。
    （8）快速球化退火规范 温度850℃，保温时间40s/mm，炉冷到温度1060～1080℃，保温20s/mm，油冷。
    再将模具钢升至温度860～920℃，保温时间60s/mm，随炉冷至≤500℃，出炉空冷，退火硬度≤229HBS。
    （9）淬火、回火规范 淬火温度1050℃，硬度52～55HRC，≥10级的细晶粒，回火温度600℃，回火2次，每次1.5h，空冷，硬度51～55HRC。
    抗拉强度σ0.2为600MPa，屈服强度σb为725MPa，伸长率δ5为13.0%，断面收缩率φ为60%，冲击韧性值αku为57J/cm2。
    （10）HM1钢典型应用举例
    ①适用于高温、高负荷、急热急冷条件下的压力机锻模、轴承热锻凹模、成型滚锻模。
    ②高强度和高热强钢的精密锻造模。
    ③铝和铜合金压铸模、热挤压模具等，使用寿命可比3Cr2W8V提高1～4倍。
    ② 适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高2～3倍。

湘寒月

杨工，我找了一篇2011年2月热作模具钢好论文，一种新型的热作模具钢RJD钢。在精锻方面比H13和8407都强

wangqinghua196

回复 11# belldou


    此主题是杨工出的考题，杜工当真了啊！

湘寒月

回复 12# wangqinghua196


    我是一个热处理玩家，给我考题我就会尽量找到答案，实际中碰到问题我也如此。

wangqinghua196

回复 13# belldou


      热处理境界已经到了玩家的地步了！

liumin257

回复 11# belldou


    杜工，资料在这啊，呵呵，我没做过H13钢的热处理，正想学的呢……

孤鸿踏雪

回复  belldou


    此主题是杨工出的考题，杜工当真了啊！
wangqinghua196 发表于 2011-5-24 19:17

我可是真心求助，绝无出考题之意。

孤鸿踏雪

回复 11# belldou


    这个上传附件的格式存在问题，下载以后尽是一些生僻古怪的字，看不明白什么意思。

湘寒月

谢谢杨工，我刚才压缩上传了。

masheng999

各位大家：你们讨论的H13模具热处理，但我看了好多的文章，你们只说温度，而升温速度及保温时间，几乎只字不提，各位大家，弱弱的问一句，这样会不会有误导的嫌疑？而这些数据却又是模具钢热处理方面最为重要的数据，是大家都保留还是其它什么原因？既然是论坛，我想应该是资源共享、数据共享的地方，如果大家不知道或大家数据不一样这都没关系，但只说温度却没有时间支持，无疑纸上谈兵，有意义吗？分段预热温度随便打开个网页都能查到，这个大家都知道，但升温速度？分段保温时间？有哪几个人敢说？大家在这里你分析，我分析了半天，有什么意思吗？吹捧不解决实际问题，如果真的做过，把这些数据拿出来，那没人敢小看你，但坐在那，凭脑瓜子想象。。。。。。呵呵，本人口直，无法得罪各位大家，言语有不到之处，望凉！还是睡觉去吧！

taorbshi

masheng999 发表于 2013-7-3 11:09
各位大家：你们讨论的H13模具热处理，但我看了好多的文章，你们只说温度，而升温速度及保温时间，几乎只字不 ...

楼主的标题很好，很不错。看完了各楼说法也没有看出正点性的话。作温锻H13材料的模具硬度多少为好？热锻硬度多少为好？各个厂家都有自己的认识，在材料韧性能够保证的前提下硬度高一些好，这是大家认可的。温锻统一一个硬度，热锻规定一个硬度，难以做到。据我知道，热锻模具硬度就不相同，大型，形状复杂硬度低一些，36-42HRC；形状简单：齿坯等46-52HRC.硬度的取舍还跟工况、设备有关。我想，就一定条件下，提出最佳硬度的说法是可行的。