高性能热作模具钢-h13模具钢的特性与选用

高性能热作模具钢-h13模具钢的特性与选用

H13钢的表面改性

在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢，钨热作模具钢和钼热作模具钢，均称为H。它们是H10?H19，H21?H26和H4 H43[1]。用于铝合金压铸模具的钢种是H13钢，属于**类。

家用钢种为4Cr5M0SiVl。过去，在中国使用较多的3Cr2W8V钢的热疲劳和韧性不足。

通常认为，热疲劳裂纹和热磨损是热作模具失效的两个主要原因。在这方面，国外相关文献非常清楚：模具的损坏和限制模具寿命增加的三种机理是：液态金属铝的焊接和化学侵蚀损坏。 磨损和腐蚀。 热疲劳裂纹。

其中***重要的故障机制。他们提出，使用铁素体氮碳共渗和离子氮化可以显着提高工具钢的工具寿命。国内对铝熔损的实验表明，当模具材料的硬度为45HRC时，未经表面处理的铝熔损率高达5 90％，而使用盐浴硫氮碳氮共渗时，其熔损率仅为 0。10％时，在添加PVD处理后使用盐浴碳氮共渗（软氮化）时，熔体损失率显着降低至0。10％。可以看出，H13钢的表面改性效果非常明显。

H13钢的碳含量为0。5％以下。

美国AISI H13，UNS T，ASTMA681***新版本）H13钢和FED QQ-T-570 H13的碳含量指定为（0。32?0。45％），这是所有H13钢中***宽的碳含量范围。

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层），可以使用有限元模拟方法确定。 他们认为这取决于所选的工作硬化层。 当工作层为Al 2 O 3层时，中间过渡层为Ti-Al-N梯度层。 工作涂料。，可以使用液态金属或玻璃不润湿，压铸铝合金，CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3。

相应的多层结构膜的总厚度为5至8μm。

（3）具有较高的耐热软化性和高温耐磨性，使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性；

铬和其他碳化物形成元素共同为钢提供了高淬透性和良好的抗软化性，因此可以在空冷条件下对其进行淬硬。在6 barN2气体真空处理的条件下，可硬化直径为160mm[3]。但是，铬的添加将增加碳化物的不均匀程度，这将导致钢中的亚稳态共晶碳化物。 目前，在中国，可以根据高碳铬轴承钢的相关标准对此类碳化物进行评估[4]。

铬含量的增加有利于提高材料的热强度，但不利于韧性。有人提出将钼和钨添加到材料中[5]，当（1 / 2W + M0）的量超过1％时，在500°C以上回火时材料仍将获得更高的硬度。 二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不是很明显，参见数据[1]。增加V的含量，例如V的数量从0开始。4％（SKD6，相当于H11）增加到1％，从而提高了H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性。 同时，V还增加了抗水冲洗的能力。 实际上，它提高了抗水侵蚀和磨损的能力。）[1]。

此外，在钢中添加W，M0，V，Nb和其他形成M6C和MC碳化物的元素可以细化奥氏体晶粒，并且在溶解于奥氏体后的回火过程中还会引起二次硬化。影响。

加入Cr形成的碳化物为M23C6型，在1100℃下奥氏体化时基本溶解（所有溶解奥氏体的温度为1160℃），这将决定H13钢的***佳奥氏体体温在此范围内。 1020?1080℃[6]。

一种设备同时具有PVD和PACVD处理模式，为客户提供技术升级的全面支持。

法国HEF集团开发并应用了等离子增强磁控溅射（PEMSTM）技术，以精确控制涂层的沉积过程。使用PEMSTM技术可以达到***高的涂层理论密度。因此，HEF集团的真空镀膜设备和技术处于世界**地位。

综上所述，HEF设备和技术的主要优点是：

含Cr热作模具钢的Si含量均为0。80?20％，仅H19钢的Si含量为0。20到0。50％。

除固溶强化作用外，增加钢中的硅含量还可以提高钢的高温抗氧化性，***高可达800°C（1475°F）。但是，Si不利于韧性的提高。现在，H13钢的开发正进入低Si和高M0的第二阶段（**阶段的开发是提高H13钢的材料和热处理水平）高性能热作模具钢。

人们逐渐认识到低Si的影响主要包括：减少材料的偏析并改善宏观结构的均匀性； 减少固化过程中液/固界面上组分的过冷； 改善晶体的微观结构和奥氏体晶粒的细化；钢的韧性及其抗热裂纹的能力，并降低高温疲劳裂纹的增长率和高温蠕变裂纹的增长率； 延迟了钢的贝氏体转变。同时，M0的量增加到约3％。 低Si高M0在日本的SKD61的成分范围是：C（0。30到0。40％），Si（0。05?0。30），Cr（9至5％），M0（0至5％）和V（0。50-20％）。低Si和高M0的相应德国钢号为2367，其成分为C 0。40％，Si 0。40％，Cr 95％，M0 0％和V0。9％。 M0的量提高到0％，则使钢的淬透性提高，防止奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体转变；提高回火抗力和韧度；提高高温强度和高温蠕变强度; 提高抗热裂性。关于延缓贝氏体转变，有资料报导：对610×203×500mm的H13模块经3 bar（约3atm）气淬后心部和表面的贝氏体量达70％和40％，而对低SiHigh M0SKD61钢分别仅为2％和1％[7]。

这对于提高模具的使用寿命非常有益。中国一种新型的热作模具钢3Cr3M03VNb的M0也是3％（范围70?20％），Si的含量≤0。60％的低性能和高M0也是其出色性能的原因之一。

H13热作模具钢被广泛用于家用有色金属压铸模具中。所谓的热作模具是指使加热到再结晶温度以上的金属或合金塑性变形并压模液态有色金属以制造零件的模具。

中国的GB / T1299和YB / T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1的碳含量为（0。32?0。42）％和（0。32?0。45）％。

德国DIN X40CrM0V5-1和WNr 2344钢的碳含量为（0。37?0。碳含量范围狭窄[43]％[2]。北美压铸协会标准NADCA 207-90将高级H13钢的碳含量指定为（0。37?0。42）％。

排空时加热，充分而迅速地除去水分，以获得高质量，高效的沉积效果；

H13模具钢1。2344模具钢，1。2367模具钢，1。2379模具钢，SKD61模具钢，Cr12MoV模具钢

（2）具有较高的抗热裂性和抗热疲劳性，使模具不易形成裂纹，不易传播因冷，热引起的裂纹，避免了模具故障。

***低加工温度可达到80°C，可用于几乎所有材料的涂层加工，包括铝合金和聚合物材料；

（1）淬透性高，可使用冷却强度低，热处理时热处理变形少的介质；

低压，高真空均匀轰击可大大降低锐角效应；

解决H13钢表面改性问题的***佳方法是在模具材料的表面覆盖一层硬膜，以防止铝合金熔体润湿它。 同时，涂覆的硬质膜还赋予了模具材料表面耐腐蚀性。HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸成型模具中的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）表面沉积3μm厚的CERTESS SD涂层，其硬度可达4000?4500HV，使用温度可达800℃它也可以抵抗铝合金的粘附，使用寿命增加到100,000倍，是未经沉积处理的挺杆的6到7倍。

（4）对液态金属的焊接和化学腐蚀损害具有很高的抵抗力。 它的特点是在中国熔融液态金属的熔化损失。

要达到高温强度和高韧性以及高温硬度和耐磨性的这些要求，主要取决于钢的化学成分和中等碳含量（0。35?0。45％）和含有Cr，W，M0和V的合金元素。 合金元素的总含量为6％至25％。

***特的OES系统用于测量等离子体波长，以实现对涂层成分的精确控制。

东锜模具钢厂采用大型设备：电弧炉+精炼炉+真空脱气+电渣炉+锻造。

通过PVD技术在模具工件上获得高质量的涂层，应取决于可以***佳选择的高性能设备和工艺参数。该设备优选具有以下技术要求：较低的涂层处理温度； 良好的涂层性能； 均匀的涂层沉积； 增强的电离速率技术； 精确的涂料成分控制； 一定的沉积速率； 能够多层复合涂层; 可获得纳米结构涂层； PVD和CVD工作模式； 涂层时可被蚀刻以获得***佳涂层质量。

对于如何获得不被液态金属润湿的硬质薄膜，科罗拉多矿业大学（CSM）的D。

钟和J.J.

Moore等。[8]提出，多层优化涂膜的结构为：***先对H13模具基体的表面进行改性，例如采用铁素体氮碳共渗或离子渗氮。 50?100nm键合中间层，如Ti或Cr； 中间梯度层，可调节由压铸操作在基材和涂层之间引起的热残余应力

得到的所有硬质涂层均具有纳米级（≤20nm）结构；

压铸模具的使用寿命取决于许多因素：模具设计的合理性，模具材料的正确选择，模具加工和热处理工艺的合理正确的配方，当然还有模具的使用条件和维护高性能热作模具钢。 其中，模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应包括整个工件的热处理和工件的表面改性。相关标准主要是北美压铸协会，法国汽车工业协会，德国钢铁协会，材料协会和压铸协会的标准，以及通用汽车和福特推荐的标准。

H13钢的整体热处理和测试非常重要，我们将分别进行讨论高性能热作模具钢。

作为有色金属，压铸模具用钢通常应满足以下条件：

可以***立控制离子的流量和能量，以获得***高密度和性能的涂层；

H13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性主要表现在以下两个方面：（1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术；（2）PVD涂层技术。关于这两个方面的研究论文已经在国内外发表，但是关于特定工业应用的报道很少。专门研究材料表面改性技术的法国HEF集团在一些国际会议上以论文的形式报告了H13钢表面改性工业应用的实例。 同时，HEFShanghai与Shefu Surface结合了TS Shanghai Co.的实践。，Ltd. 用相关的外国文献（特别是NADCA专家和凯斯西储大学教授的著作）进行描述。

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原文标题：高性能热作模具钢-h13模具钢的特性与选用