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H13鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響
H13鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響
1、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(guó),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鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響）
H13鋼是使用*廣泛和*具代表性的熱作模具鋼種,它的主要特性是：
（1）具有高的淬透性和高的韌性；
（2）優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)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(lái)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?。?br /> （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,鋼鐵材料要能與鈦合金相競(jìng)爭(zhēng),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(duì)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(kāi)展相當(dāng)類型的超高強(qiáng)度鋼的研究。（H13鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響）
2、H13鋼的化學(xué)成分的分析
H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應(yīng)用極其普遍,同時(shí)各國(guó)許多學(xué)者對(duì)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(shí),材料含硫量由0.005%降到0.003%,會(huì)使沖擊韌度提高約13%。十分明顯,NADCA207-2003標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定:優(yōu)級(jí)(premium)H13鋼含硫量小于0.005%,而超級(jí)(superior)的應(yīng)小于0.003%S和0.015%P。下面對(duì)H13鋼的成分加以分析。
碳：美國(guó)AISI H13，UNST20813，ASTM（*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*寬的。德國(guó)X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為（0.37~0.43）%，含碳量范圍較窄，德國(guó)DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為（0.36~0.42）%。日本SKD61的含碳量為（0.32~0.42）%。我國(guó)GB/T1299和YB/T094中4Cr5MoSiV1和SM4Cr5MoSiV1的含碳量為（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISIH13相同。特別要指出的是：北美壓鑄協(xié)會(huì)NADCA207-90、207-97和207-2003標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)H13鋼的含碳量都規(guī)定為（0.37~0.42）%。
鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。對(duì)工具鋼而言，鋼中的碳一部分進(jìn)入鋼的基體中引起固溶強(qiáng)化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合成合金碳化物。對(duì)熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外，還要求它在回火過(guò)程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生兩次硬化現(xiàn)象。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來(lái)決定熱作模具鋼的性能。由此可見(jiàn)，鋼中的含C量不能太低。
含5%Cr的H13鋼應(yīng)具有高的韌度，故其含C量應(yīng)保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,H13鋼的位置在奧氏體A和（A+M3C+M7C3）三相區(qū)的交界位置處較好。相應(yīng)的含C量約0.4%，具有更高耐磨性能的A2和D2鋼以作比較。另外重要的是,保持相對(duì)較低的含C量是使鋼的Ms點(diǎn)取于相對(duì)較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹為340℃左右)，使該鋼在淬冷至室溫時(shí)獲得以馬氏體為主加少量殘余A和殘留均勻分布的合金C化物組織，并經(jīng)回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過(guò)多殘余奧氏體在工作溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變影響工件的工作性能或變形。這些少量殘余奧氏體在淬火以后的兩次或三次回火過(guò)程中應(yīng)予以轉(zhuǎn)變完全。（H13鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響）

      

編       輯：日加金屬制品（上海）有限公司技術(shù)部

題       目：H13鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響
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