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1、H13 特大型模具的热处理洛阳恒焱热处理有限公司 蒋世伟 邮编 471022摘要 近年来随着工业的发展，锻件重量越来越大，质量要求也越来越高，与之配套热压模具越来越大，所承受的压力达四万吨或更高。本文通过对 H13 热处理工艺参数与机械性能的关系的试验研究，确定了合理的热处理工艺。成功研制了材料 H13，硬度要求HRC40-45，外形尺寸 4200*2200*550mm，压机为四万吨油压机，成型材料是耐高温合金压机模具。在生产应用中，取得了良好的效果。关键词 特大型模具 H13 热处理一H13 的主要化学成分及临界点H13 的主要化学成分元素 C Si Mn Cr Mo V标准值 0.32-0
2、.45 0.80-1.20 0.20-0.50 4.75-5.50 1.10-1.75 0.80-1.20实际值 0.39 0.99 0.29 5.16 1.23 0.87H13 钢等温转变曲线和连续冷却转变曲线。H13 钢的临界点 Ac1 850 Ac3 910 Ar1 700 Ar3 820Ms 335二工艺试验及结果1. 淬火温度对 H13 的影响1）.H13 不同淬火温度对硬度影响2）.H13 不同淬火温度对机械性能的影响在 1000-1100范围内随淬火温度的升高，H13 的抗拉强度。屈服强度呈上升趋势，延伸率呈波浪式；洛氏硬度随淬火温度的升高而升高，这是随着淬火温度的升高，加速碳化
3、物的溶解，使淬火后的马氏体中碳和合金元素增加，从而提高了淬火后的强度和硬度。3）.H13 不同淬火温度对晶粒度影响H13 的晶粒度在 1000-1060范围内加热淬火，晶粒度几乎没有变化，一旦超过 1080后便开始长大。对钢的塑性和韧性都有很大影响。所以合理的淬火温度为 10401040淬火组织 1080淬火组织腐蚀剂：苦味酸水溶液 放大倍数 5002回火温度对 H13 的影响1）.H13 在 1040下淬火，回火温度对硬度影响回火 在 1040淬火后，随回火温度的升高，硬度开始下降，但下降到一定程度后硬度又开始上升，约在 520左右回火时，硬度达到最高值，之后随回火温度的升高，硬度又开始下降
4、。这是因为随着回火温度的升高，马氏体中析出碳化物，马氏体中含碳量下降，钢的硬度下降。当回火温度升高到一定温度时，从马氏体中析出了特殊碳化物，造成“二次硬化” ，使硬度再次升高。2）.H13 在 1040下淬火，不同回火温度下室温拉伸性能回火温度 Rp(Mpa) Rm(Mpa) A(%) Z(%)550 1650 1830 46.5 8.8600 1220 1380 51.1 13根据回火温度与硬度和机械性能的关系，满足 HRC40-45 的硬度，回火温度在 580左右为宜。3）. H13 硬度分布曲线 在 1040下淬火，580回火试块尺寸550*550*550mm 的硬度分布三结果分析 H1
5、3 钢属于中碳高合金钢，它具有（1）高硬度高强度和高韧性；（2）高淬透性，厚度 550mm 模具表面硬度和心部硬度基本一致。(3)优良的抗热裂性；(4) 高温下具有高的抗软化性能；(5) 良好的加工性。H13 钢中的碳化物大部分是 M23C6 型铬的碳化物，还有少量的M6C 和 MC 型碳化物。将钢加热到 1050-1070，M23C 6 型铬的碳化物急剧溶解，加热到 1110时基本溶完，因此最佳的奥氏体化温度应选择在 1020-1080范围内为宜，从 1080加热开始，奥氏体晶粒将明显长大。对于要求热硬性为主的模具，应选在 1050-1080加热，油冷淬火后硬度可达 53-55HRC，晶粒度
6、 9 级，组织为细针马氏体+未溶碳化物+ 残余奥氏体。马氏体长为 1.5-2 级，未溶碳化物程点状，数量不多。对于要求韧性较好的模具，可选择 1020-1050，油淬火后硬度为 50-54HRC，晶粒度 9-10 级，组织为细针马氏体+未溶碳化物+ 残余奥氏体。马氏体长为 1 级左右，碳化物较多，但仍为点状。四模具热处理一H13 钢的锻造 由于 H13 钢碳化物易带状偏析，亚稳定共晶碳化物，因此要进行充分锻造，以减少模具淬火开裂和应力集中。锻造加热温度 1110-1160，始锻温度 1060-1150，終锻温度 850。模坯要进行六面锻造，锻造比大于 5.锻后退火 锻造后应立即进行球化退火。球
7、化退火温度不宜过高，过高时较多的碳化物溶入了奥氏体，使奥氏体中合金元素Cr、Mo 、 V 及碳的含量大大提高，奥氏体稳定性增加，很难达到球化退火的目的。理想的球化退火工艺：880加热，保温 8h，降至 750，在等温20h 炉冷到 500左右出炉。退火后组织为点状和小球状珠光体。退火后的硬度 HB196-218 范围内。退火后的组织照片 球化组织腐蚀剂：苦味酸水溶液 放大倍数 500根据模具的硬度和韧性要求，我们选定淬火温度为 1040。由于 H13 钢合金元素多，保证传热均匀，减少应力，应采取 2 次预热，缓慢升温（60/h）在 650保温 4 小时，再缓慢升温（60/h）在 850保温 4
8、 小时，升至淬火温度 1040保温 6h.淬火 对于这种特大型模具，为了使硬度均匀，避免心部出现贝氏体和过多的残余奥氏体，采用油冷的方法比较合适。根据硬度要求，选择 580回火，回火保温时间 36 小时，为减少残余奥氏体量，再进行一次补充回火，回火温度 560，保温时间 28小时。模具在 1040温度下淬火，580二次回火后金相组织。图腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数 500经检验热处理后的硬度 43-45HRC。热处理后机械性能 Rp=1354MPa Rm=1555Mpa A=11.5Z=47 结论 H13 钢经过充分锻造和球化处理，缓慢预热，在 1030-1050加热保温，油淬，经 580回火两次，其奥氏体晶粒没有明细长大，综合性能较佳，硬度满足 HRC40-45 的要求，组织均匀，模具寿命大大提高。
