关于H13用于热锻模之我见

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-1-17 10:56:35

　　　　　　　　　关于H13模具钢的锻造及热处理
   1．H13模具钢简介
　　 H13是美国牌号的模具钢，是一种中碳中合金的热作模具钢，其成分约与日本的SKD61和瑞典一胜百ASSAB8407相当，我国与之相对应的牌号为4Cr5MoV1Si，但国产的4Cr5MoV1Si模具钢虽然主加合金元素大体上与上述几种国外牌号相当，其含碳量范围在0.32~0.42％之间，而国外进口的类似钢中含碳量基本上控制在0.39~0.40％之间，同时，限于我国的国情和钢铁冶炼水平，国产的4Cr5MoV1Si热作模具钢，其内在品质是无法与上述几种进口牌号的模具钢相媲美的。
   2．H13模具钢的应用概况
　　随着改革开放的发展和大量进口钢材的不断涌入，在上世纪80年代初，我国的一些钢厂相继开发了牌号为4Cr5MoV1Si模具钢，算是对进口的同类牌号热模钢的回应。
　　但自从这种模具钢在我国问世以来，不少业界人士夸大它的作用，大有淘汰3Cr2W8V的趋势，实际上4Cr5MoV1Si和3Cr2W8V各有所长。例如，在高温机械性能（高温强度和硬度）方面，在550~650℃时，4Cr5MoV1Si优于3Cr2W8V，但在650~700℃时，3Cr2W8V就明显优于4Cr5MoV1Si；对于热疲劳抗力而言，4Cr5MoV1Si热应变较分散，便于发展成龟裂，而3Cr2W8V则相反，热应变较集中，便于主裂纹扩展。
　　4Cr5MoV1Si作为一种新型热作模具钢，在我国刚问世的一段时期，主要用于铝合金的压铸模，而且在应用方面，与3Cr2W8V相比较，显示了明显的优势，但在用于热锻模方面，其优势就不像是业界人士（尤其是钢材供应商）所夸大的那么优秀。
3．H13模具钢的锻造要点
　　浇铸所得钢锭，在连续加热炉中加热，其工艺规程为：在800~900℃预热2小时，再升温至1130~1180℃保温0.5~2.0小时，随铸锭大小及头火、二道火而定，小锭及头火可少些，大锭及二道火取大值。出炉温度为1140~1190℃。
　　钢锭加热后即上锤锻造，先锤成比钢材尺寸大10mm的方坯。钢锭上锤后先用快锤轻打，再重锤慢打的方法，上铁量要均匀，每次进给量为砧子宽的1/3~1/2为宜。压下量要均匀，发现裂口要及时刻掉，以防扩大。钢坯要倒棱角10~20mm，分块端部要切齐。锻后需经退火、酸洗和研磨。
　　红坯要及时退火，入炉温度应＞400℃，其退火工艺为：升温到860±10℃，保温4小时，然后以60~80℃/时速度缓冷，到低于550℃时出炉空冷。
　　退火后进行酸洗，其目的是暴露缺陷。然后用研磨的方法清除其表面所有缺陷。
　　从钢坯到锻材间又需要加热及锻造，但钢坯的加热温度要比钢锭低20~30℃。锻后需进行红退火，其退火工艺为：以每小时60~80℃的速度升温到860±10℃时，保温2小时，然后再以40~60℃的速度/时速度冷却到740±10℃，再保温4小时，然后以40~60℃的速度/时速度冷却，到低于550℃时出炉空冷。退火后仍需用酸洗暴露其缺陷，并通过研磨清除干净，检验合格后方可使用。
   4．H13模具钢的热处理概论
　　4Cr5MoV1Si用于制造压铸模时，其淬火温度常在1020~1040℃之间选择，冷却介质为油或空气（空冷淬火只适用于几何尺寸较小的模块），淬火油温控制在20~80℃，冷却到室温，淬火后硬度为56~58HRC
　　其回火工艺为：通常采用两次回火，第二次回火温度应比第一次低20℃。由于压铸模使用硬度在45~50HRC范围寿命为宜，所以，其回火温度推荐用560~580℃，用盐浴炉或空气炉加热保温2小时，然后空气冷却，回火后硬度一般在47~49HRC范围。
　　4Cr5MoV1Si用于制造热锻模时，其淬火温度常在1060~1080℃之间选择，冷却介质为油或空气（空冷淬火只适用于几何尺寸较小的模块），淬火油温控制和淬火后硬度为56~58HRC，其回火温度应根据设计要求的硬度来选择。根据4Cr5MoV1Si的合金化特点，该材料具有回火二次硬化特点，其二次硬化的峰值硬度对应的回火温度为500℃左右，随着所选择的淬火温度的提高，其峰值硬度所对应的回火温度稍稍向左（低）偏移。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-1-17 11:01:59

关于H13热锻模频繁失效之疑问：
　 1）模坯锻造是否有正规合理的锻造工艺？
　　　2）模具锻坯是否按上述要求进行退火、酸洗和研磨、以充分暴露和清除缺陷？
　　　3）模具淬火工艺（包括预热、升温速度的控制、冷却介质温度变化情况和控制、冷却后是否及时回火等）是否符合或接近上述要求？
　　　4）模具淬火加热时是否有防氧化脱碳措施，淬火回火，并经精加工后，在投入使用时，表面是否遗留一定的厚度的脱碳层？
　　　5）锻模使用前是否经过正确而充分的预热？
　　　6）锻造一定数量的产品后，模具是否经过必要的间歇，以进行自然降温（以免连续工作时间太长而导致模具温度上升过度，从而而导致模具整体软化）？
　　　7）模具使用过程是否进行正确的润滑和冷却？

沧海一声笑 · 发表于 2013-1-17 18:17:21

杨工：那么H13用做热锻模时，在加热至1060--1080度经保温后是直接淬火冷却还是需要预冷处理？

天边的白云 · 发表于 2013-1-17 18:35:16

我的乖乖，想象不到那会是一种什么样的人间地狱场景

独语斜阑 · 发表于 2013-2-17 22:37:46

我们的热锻模选用的是H13钢，1030°油淬，550°回火两次，硬度一般在52--54HRC之间。

搬运工 · 发表于 2013-3-3 21:11:42

独语斜阑发表于 2013-2-17 22:37

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我们的热锻模选用的是H13钢，1030°油淬，550°回火两次，硬度一般在52--54HRC之间。 ...

使用寿命情况？

lilianghai · 发表于 2013-3-5 12:55:39

H13做齿轮精锻模总感觉耐磨性，红硬性没3CR2W8V材料好，不知道坛里有没有人试过德国进口1.2367材料？

小小丑 · 发表于 2013-3-6 09:18:01

lilianghai 发表于 2013-3-5 12:55 H13做齿轮精锻模总感觉耐磨性，红硬性没3CR2W8V材料好，不知道坛里有没有人试过德国进口1.2367材料？ ...

H13红硬性不如3CR2W8V这个在很久前已经是定论了。
两者的疲劳性能假如做到一样，区别在于H13抵抗裂纹扩展功大，3CR2W8V抵抗裂纹萌生功大。换句话来讲就是，同样的应力H13容易出现裂纹，即使出现了裂纹也不容易扩展。3CR2W8V不容易出现裂纹，如果出现了，会很快扩展。造成这种差别的主要原因是强度和塑性不一样，韧性本来就是强度和塑性的综合反应嘛。
个人意见，不足为凭。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-3-6 09:44:31

lilianghai 发表于 2013-3-5 12:55

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H13做齿轮精锻模总感觉耐磨性，红硬性没3CR2W8V材料好，不知道坛里有没有人试过德国进口1.2367材料？ ...

可以看看这个http://www.rclhome.net/forum.php ... =1867&fromuid=8附件83

lilianghai · 发表于 2013-3-8 16:05:37

刚刚下午听客户说，3CR2W8V材料用于热锻20CR材料。在使用当中用石墨水冷却，3CR2W8V材料硬度会自然上升，难道是2次硬化现象？红了又硬？

一般热锻模和1000多度的工件接触，硬度会自然下降的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-3-9 11:05:30

lilianghai 发表于 2013-3-8 16:05

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刚刚下午听客户说，3CR2W8V材料用于热锻20CR材料。在使用当中用石墨水冷却，3CR2W8V材料硬度会自然上升，难 ...

热锻模工作一段时间后，模具工作位置的温度一定在升高，但升高到什么程度，不可一概而论，这要看锻模本身的冷却方式，以及锻模一次工作多长时间（多少模次），所以，向您所讲的，因为喷洒石墨粉剂，就会导致模面硬度升高，不大可能。

lilianghai · 发表于 2013-3-16 13:36:49

孤鸿踏雪发表于 2013-3-9 11:05

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热锻模工作一段时间后，模具工作位置的温度一定在升高，但升高到什么程度，不可一概而论，这要看锻 ...

楼主，很想知道你们公司H13热精锻齿轮模具的使用寿命，我们这边一般使用3CR2W8V和HD，大概能锻1万多模，大部分以磨损为主。H13也使用过，就是模齿不够耐磨，易软化变形。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-3-16 14:06:00

lilianghai 发表于 2013-3-16 13:36

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楼主，很想知道你们公司H13热精锻齿轮模具的使用寿命，我们这边一般使用3CR2W8V和HD，大概能锻1万多模， ...

惭愧，我们的H13热精锻齿轮模具，是属于济南汇九精密锻造有限公司的业务范畴，我了解的很有限，知道它的寿命很有限，所以我在这个主题所发表的个人观点正是基于分公司所遭遇的问题所提出的。

至于，某一种模具的实际使用寿命，影响因素很多，并不仅仅取决于模具的材料和热处理方法。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-3-16 14:08:38

lilianghai 发表于 2013-3-16 13:36

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楼主，很想知道你们公司H13热精锻齿轮模具的使用寿命，我们这边一般使用3CR2W8V和HD，大概能锻1万多模， ...

关于模具的寿命问题，建议您看看这个http://www.rclhome.net/forum.php ... =1867&fromuid=8帖子

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-3-16 14:10:20

lilianghai 发表于 2013-3-16 13:36

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楼主，很想知道你们公司H13热精锻齿轮模具的使用寿命，我们这边一般使用3CR2W8V和HD，大概能锻1万多模， ...

您还可以看看这个http://www.rclhome.net/forum.php ... =7157&fromuid=8附件中的《模具寿命及影响因素》

跋涉者 · 发表于 2013-4-16 18:52:54

沧海一声笑发表于 2013-1-17 18:17

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杨工：那么H13用做热锻模时，在加热至1060--1080度经保温后是直接淬火冷却还是需要预冷处理？ ...

肯定是要预冷后淬火的。否则、、、、

hangwen · 发表于 2013-6-29 16:11:48

孤鸿踏雪发表于 2013-3-16 14:08
关于模具的寿命问题，建议您看看这个http://www.rclhome.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1867&fromuid ...

插一句，请问，如果制作的工件为滚剪刃，要求剪切不锈钢钢板时，热变形量小且工作温度般在500度左右，H13和3Cr2W8V这两种材质哪种更适宜？

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-6-29 16:25:55

hangwen 发表于 2013-6-29 16:11
插一句，请问，如果制作的工件为滚剪刃，要求剪切不锈钢钢板时，热变形量小且工作温度般在500度左右，H13 ...

惭愧，对您所讲的滚剪刃却乏了解，既然工作温度在500度左右，孤以为选择H13比较合适。但由于滚剪刃的工作条件不同于锻模，所以在热处理强韧性要求的侧重点上，应该有所不同

hangwen · 发表于 2013-6-29 16:38:25

本帖最后由潇潇暮雨于 2013-6-30 10:44 编辑

孤鸿踏雪发表于 2013-6-29 16:25
惭愧，对您所讲的滚剪刃却乏了解，既然工作温度在500度左右，孤以为选择H13比较合适。但由于滚剪 ...

我公司现在的H13总是会在热处理时出现一两片像捏面包时产生的撕裂状裂纹，原因一直无法排查，它的出现率也不多，但每次都会有，少则一片，多则3片，很让人头疼

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-6-29 16:51:32

hangwen 发表于 2013-6-29 16:38
我公司现在的H13总是会在热处理时出现一两篇像捏面包时产生的撕裂状裂纹，原因一直无法排查，它的出现率 ...

你们使用的滚剪刃设计的技术要求是什么？现在采用什么设备热处理，工艺情况可否做个介绍？

另外，像你所讲的产品缺陷是否做过分析？硬度？金相组织正常吗？

hangwen · 发表于 2013-6-29 17:07:23

孤鸿踏雪发表于 2013-6-29 16:51
你们使用的滚剪刃设计的技术要求是什么？现在采用什么设备热处理，工艺情况可否做个介绍？

...

滚剪刃，技术要求主要表现在平面度和平面与轴向的垂直度上，然后是热剪切能力，也就是指工作温度在500度，热处理现在就是空气电炉，油淬，淬火工艺选择和高速钢类似

潇潇暮雨 · 发表于 2013-6-29 17:25:59

hangwen 发表于 2013-6-29 17:07
滚剪刃，技术要求主要表现在平面度和平面与轴向的垂直度上，然后是热剪切能力，也就是指工作温度在500度 ...

既然有热处理要求，对硬度或其它性能指标没有明确提出？

hangwen · 发表于 2013-6-30 10:41:58

潇潇暮雨发表于 2013-6-29 17:25
既然有热处理要求，对硬度或其它性能指标没有明确提出？

硬度有的，56——58HRC，要求剪切钢板不能起毛边，

潇潇暮雨 · 发表于 2013-6-30 10:46:05

hangwen 发表于 2013-6-30 10:41
硬度有的，56——58HRC，要求剪切钢板不能起毛边，

个人觉得，如果真的达到这个硬度，就不应该“出现一两片像捏面包时产生的撕裂状裂纹”。

建议对“产生撕裂状裂纹”的产品进行全面检测（包括硬度合金相组织）

hangwen · 发表于 2013-7-1 08:53:53

潇潇暮雨发表于 2013-6-30 10:46
个人觉得，如果真的达到这个硬度，就不应该“出现一两片像捏面包时产生的撕裂状裂纹”。

...

已取样，取样发现裂纹深度币想象中的要浅很多，纵深有7mm，总厚度38mm。

ZJ_HT虞子训 · 发表于 2013-7-30 14:38:01

是不是硬度太高了？

戀`_祢`·.呗 · 发表于 2013-9-12 20:35:12

杨工您好！请问这个为什么要经过两次回火？
例如：我用540度回火两次，每次3个小时，一共6个小时；另一种是我直接用540保温6个小时。
请问这两者之间会有什么区别？组织？硬度？还是为了好调整硬度而经过两次回火！
谢谢您！

戀`_祢`·.呗 · 发表于 2013-9-12 20:35:50

独语斜阑发表于 2013-2-17 22:37
我们的热锻模选用的是H13钢，1030°油淬，550°回火两次，硬度一般在52--54HRC之间。 ...

您好！请问为什么要经过两次回火？

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-9-13 07:11:06

本帖最后由孤鸿踏雪于 2013-9-13 07:12 编辑

戀`_祢`·.呗发表于 2013-9-12 20:35
杨工您好！请问这个为什么要经过两次回火？
例如：我用540度回火两次，每次3个小时，一共6个小时；另一种是 ...

这个问题，以前作为一个专题讨论过，你可以找点时间到【普通热处理】或【新手之路】翻翻帖子，便于你了解更多的信息。

我在这里只能这样回答，你不妨这样做个反思：你一日三餐的饭集中在一顿把它吃了如何？

独语斜阑 · 发表于 2013-9-18 00:54:24

戀`_祢`·.呗发表于 2013-9-12 20:35
您好！请问为什么要经过两次回火？

杨工对你的问题已经作了精辟的回复，很是赞同，在此不多作解释了。

小小丑 · 发表于 2013-9-26 08:02:36

hangwen 发表于 2013-6-30 10:41 硬度有的，56——58HRC，要求剪切钢板不能起毛边，

H13要求56HRC，技术要求或许不太合理。
热处理撕裂状裂纹或许和偏析，甚至是锻造缺陷造成的。
根据描述，个人认为这个工件要求热强性稍高，倾向于选择3CR2W8V 。
另，热处理和高速钢的做法类似让人无法确定具体工艺与操作，假如和高速钢600－800℃分级淬火类似，足以造成致命缺陷。
个人意见，不足为凭。

张荣 · 发表于 2013-10-15 15:34:40

出现一两片像捏面包时产生的撕裂状裂纹，宏观查看晶粒是否

。

张荣 · 发表于 2013-10-15 15:40:18

学习孤鸿踏雪关于H13模具钢的锻造及热处理感到很有收获，谢谢{:soso_e183:}{:soso_e183:}{:soso_e183:}

weibo · 发表于 2014-3-10 21:09:10

在500度回火时，硬度的确会出现极值，但是会出现回火脆性，冲击韧性很差的

一真 · 发表于 2014-3-12 10:52:10

搬运工发表于 2013-3-3 21:11
使用寿命情况？

建议加回一个520的安定化处理，可以明显提高锻模寿命

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-12 13:43:44

一真发表于 2014-3-12 10:52
建议加回一个520的安定化处理，可以明显提高锻模寿命

那叫做稳定化（松弛）处理

jjj · 发表于 2014-3-15 14:38:42

H13大量用于生产铝型材的热挤压模具，用于锻模耐温和耐冲击力显得不足。

大雁曾北飞 · 发表于 2014-3-15 16:17:36

请教：5Cr3Mn1SiMo1V是否为热作模具钢

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-16 11:59:18

大雁曾北飞发表于 2014-3-15 16:17
请教：5Cr3Mn1SiMo1V是否为热作模具钢

虽然老孤没有见过这个材料，但看它的合金化结构，本身就是一种热作模具钢。

weibo · 发表于 2014-3-17 18:28:15

孤鸿踏雪发表于 2014-3-16 11:59
虽然老孤没有见过这个材料，但看它的合金化结构，本身就是一种热作模具钢。 ...

杨工，我想问一个问题H13经过正确的调制处理后，用于500度工作条件。他会不会出现二次回火脆性的问题(H13在500度时出现二次回火脆性）

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-18 08:45:27

weibo 发表于 2014-3-17 18:28
杨工，我想问一个问题H13经过正确的调制处理后，用于500度工作条件。他会不会出现二次回火脆性的问题(H1 ...

　　二类回火脆性钢件在450～650℃温区回火并随后缓慢冷却产生的脆性，称为第二类回火脆性。含有Cr、Mn、Ni等合金元素的中碳结构钢易出现该类脆性。将已产生第二类回火脆性的钢重新加热回火，然后快速冷却，即可消除脆性。但再次加热后缓冷，脆性将重新出现，故又称其为可逆回火脆性；因其发生于高温回火温区，又称为高温回火脆性。具有第二类回火脆性的钢件，其断口亦为晶间脆性断裂。

对照一下二次回火脆性的形成条件，你觉得会有吗？

weibo · 发表于 2014-3-18 16:25:58

孤鸿踏雪发表于 2014-3-18 08:45
　　二类回火脆性钢件在450～650℃温区回火并随后缓慢冷却产生的脆性，称为第二类回火脆性。含有Cr、Mn ...

我认为产不产生回火脆性，得看后面的冷却条件，你看呢

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-18 16:33:44

weibo 发表于 2014-3-18 16:25
我认为产不产生回火脆性，得看后面的冷却条件，你看呢

除了冷却条件，你认为H13本身的二次回火脆性的敏感性如何？

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-18 16:33:47

weibo 发表于 2014-3-18 16:25
我认为产不产生回火脆性，得看后面的冷却条件，你看呢

除了冷却条件，你认为H13本身的二次回火脆性的敏感性如何？

weibo · 发表于 2014-3-18 16:38:35

怎么说了，我认为敏感性应该不强，因为在H13里含有差不多1%V、1%的Mo能抑制铬产生的回火脆性

孤鸿踏雪 · 发表于 2014-3-18 16:50:49

weibo 发表于 2014-3-18 16:38
怎么说了，我认为敏感性应该不强，因为在H13里含有差不多1%V、1%的Mo能抑制铬产生的回火脆性 ...

理解到位{:soso_e179:}

weibo · 发表于 2014-3-18 17:10:35

呵呵，谢谢杨工的指点

大雁曾北飞 · 发表于 2014-3-20 09:37:15

5Cr3Mn1SiMo1V钢是一种耐冲击工具钢，具有较高强韧性的同时，还有较高的硬度与耐磨性。

沁园春 · 发表于 2014-4-7 08:51:09

楼主关于退火冷却速度的表述中可考虑到退火组织?
退火冷却速度快,容易出现贝氏体,直接影响淬火晶粒度.
国产H13类模具钢退火组织不好,与锻后退火速度快(涉及效益)有很大关系.
据我了解,某进口H13类锻后退火速度10度/H,其退火组织很好.

风景 · 发表于 2014-7-11 21:22:31

戀`_祢`·.呗发表于 2013-9-12 20:35
杨工您好！请问这个为什么要经过两次回火？
例如：我用540度回火两次，每次3个小时，一共6个小时；另一种是 ...

一次回火肯定不行，因为第一次回火会有残奥转变成马氏体及碳化物的析出会产生应力需要二次回火消除应力确保模具尺寸更稳定寿命更高。

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