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1、H13熱作模具鋼的化學(xué)成分及其改進(jìn)和發(fā)展的研究潘曉華朱祖昌（艾福表面處理技術(shù)（上海）有限公司，上海工程技術(shù)大學(xué)）摘要:應(yīng)用鋼的強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)和金屬學(xué)原理的相關(guān)理論,本文相當(dāng)詳盡地分析了H13鋼的化學(xué)成分及其對鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響,同時闡明了近年來國內(nèi)外對H13鋼成分的改進(jìn)和發(fā)展方面的工作,旨在促進(jìn)人們能更進(jìn)一步開展開發(fā)、制造和處理H13鋼的研究。關(guān)鍵詞:H13鋼,化學(xué)成分,顯微組織,工具鋼設(shè)計(jì)OntheChemicalCompositionofH13HotWorkToolSteelandIt’sDevelopmentPANXi
2、aohua,ZHUZuchangAbstract:InthispapertheauthorsapplyrelativetheoriesofalloysteeldesignforstrengtheningandtougheningandprinciplesofphysicalmetallurgytotheanalysesinsomedetailofthechemicalcompositionsofH13hotworktoolsteelandtheeffectsoftheonesuponthemicrostructuresandp
3、roperties.Inthenextplaceweexplaintheimprovementanddevelopmentonthechemicalcompositioninrecentyears.Thepurposeisinordertobetterpromptaninvestigationintothedevelopment,manufactureaswellasheattreatmentofH13steel.Keyword:h13steel,chemicalcomposition,microstructure,tools
4、teeldesign1．前言熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性能等。在美國,熱作模具鋼分為三種：鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼,都冠以H字母,分別表示為H10~H19、H21~H26和H42、H43等。其中前兩種鋼的含碳量在(0.30~0.50)﹪范圍,后種鋼的含碳量在(0.50~0.70)﹪范圍內(nèi),三種鋼的Cr、W、Mo和V合金元素的總含量在(6~25)﹪范圍。H13鋼是使用最廣泛和最具代表性的熱作模具鋼種,它的主要特性是[1]：（1）具有高的淬透性和
5、高的韌性；（2）優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；（3）具有中等耐磨損能力，還可以采用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度，但要略為降低抗熱裂能力；（4）因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差；（5）在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高于540℃（1000℉）硬度出現(xiàn)迅速下降（即能耐的工作溫度為540℃）；（6）熱處理的變形??；（7）中等和高的切削加工性；（8）中等抗脫碳能力。更為令人注意的是,它還可用于制作航空工業(yè)上的重要構(gòu)件。航空及宇航工業(yè)發(fā)展要求其構(gòu)件采用具有高強(qiáng)度、高韌度和高屈強(qiáng)比的材料,人們已經(jīng)知道[2],鋼鐵材
6、料要能與鈦合金相競爭,其拉伸強(qiáng)度必須達(dá)到1600～1700MPa,其斷裂韌度KIC≥125MPa√m的水平。對飛行器,隨飛行速度與音速的比值(稱為馬赫數(shù),Ma,)的增加,要求構(gòu)件能承受500℃或更高溫度的能力,為此須采用具有二次硬化能力的鋼材。人們正是從熱作模具鋼受到啟發(fā),將之作為一種超高強(qiáng)度鋼加以應(yīng)用和開展相當(dāng)類型的超高強(qiáng)度鋼的研究。本文將結(jié)合鋼的強(qiáng)韌化理論和金屬學(xué)原理來對H13鋼的化學(xué)成分進(jìn)行分析,并闡明目前在國際上其發(fā)展的概況。由于篇幅所限,關(guān)于本文中涉及的更詳盡技術(shù)資料可以登陸我們公司網(wǎng)站www.hefchina.co
7、m.cn搜索。2.H13鋼的化學(xué)成分的分析H13鋼是C-Cr-Mo-Si-11V型鋼,在世界上的應(yīng)用極其普遍,同時各國許多學(xué)者對它進(jìn)行了廣泛的研究,并在探究化學(xué)成分的改進(jìn)。鋼的應(yīng)用廣泛和具有優(yōu)良的特性,主要由鋼的化學(xué)成分決定的。當(dāng)然鋼中雜質(zhì)元素必須降低,有資料表明,當(dāng)Rm在1550MPa時,材料含硫量由0.005%降到0.003%,會使沖擊韌度提高約13J[2]。十分明顯,NADCA207-2003標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定:優(yōu)級(premium)H13鋼含硫量小于0.005%,而超級(superior)的應(yīng)小于0.003%S和0.015%P
8、。下面對H13鋼的成分加以分析。2．1碳：美國AISIH13，UNST20813，ASTM（最新版）的H13和FEDQQ-T-570的H13鋼的含碳量都規(guī)定為（0.32~0.45）%，是所有H13鋼中含碳量范圍最寬的。德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為（0.3
