H13模具钢H13模具钢分析

发布网友发布时间：2024-10-18 05:36

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热心网友时间：2024-11-06 10:17

在热作模具钢领域，H13模具钢因其优异的高温强度、热态硬度和耐磨损性而备受推崇。然而，增加钢中的碳含量会提高其强度，同时导致韧度和塑性降低。学者们通过工具钢产品手册文献，明确地证明了含碳量与钢塑性和韧度间的关系，通常认为含碳量界限为0.4%。因此，在合金化设计时，遵循的原则是在保持强度的前提下尽可能降低钢的含碳量。对于强度要求更高的热作模具钢，通过提高Mo含量或含碳量来实现，尽管这可能导致韧度和塑性的略降低。

铬作为合金工具钢中最普遍且价廉的合金元素，对钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度和淬透性都有积极影响。在美国H型热作模具钢中，含铬量在2%~12%之间，而我国合金工具钢的37个钢号中除8CrSi和9Mn2V外都含有铬。铬不仅提高钢的抗氧化性，还能溶入基体改善耐蚀性能。在H13钢中，含铬和硅的合金元素能形成致密的氧化膜，进一步增强抗氧化性。研究还发现，加入小于6%的Cr能提高钢的回火抗力，而当含铬量超过6%时，在淬火后回火至550℃时会出现二次硬化效应，这使得对热作钢模具钢的含铬量一般选择为5%。

合金元素在钢中的行为与其自身的稳定性紧密相关。合金碳化物的行为取决于其自身稳定性，与形成元素的电子层结构有关。随着电子欠缺程度的降低，金属原子半径减小，碳和金属元素的原子半径比增加，合金碳化物从间隙相向间隙化合物转变，导致碳化物的稳定性减弱，熔化温度和在奥氏体中的溶解温度降低，硬度值也相应下降。例如，具有面心立方点阵的VC碳化物稳定性高，约在900~950℃开始溶解，在1100℃以上大量溶解。中等碳化物形成元素W、Mo形成的M2C和MC碳化物具有密排和简单六方点阵，稳定性较差但具有较高硬度、熔点和溶解温度，适用于500~650℃范围的钢强化。M23C6（如Cr23C6等）具有复杂立方点阵，稳定性更差，结合强度较弱，熔点和溶解温度较低。而具有复杂六方结构的M7C3（如Cr7C3、Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3）稳定性更差，易于溶解和析出，一般不作为高温强化相。

通过Fe-Cr-C三元相图，我们可以简便了解H13钢中的合金碳化物相。在含0.4%C的钢中，随着Cr量的增加，会出现（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3（M7C3）型合金碳化物。当含Cr量大于11%时，M23C6才可能出现。根据Fe-Cr-C三元系在5%Cr时的垂直截面，在含0.40%C的钢在退火状态下为α相（约固溶1%Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。随着加热至791℃以上形成奥氏体A，进入（α+A+M7C3）三相区，约在795℃左右进入（A+M7C3）两相区，约在970℃时，（CrFe）7C3消失，进入单相A区。钢中残留的M7C3有助于阻止A晶粒长大。研究指出，对于1.5%C-13%Cr的成分合金，欠稳定的（CrFe）23C6可能不形成。然而，单以Fe-Cr-C三元系分析时，要考虑加入合金元素的影响，以获得更准确的相图分析结果。