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高性能熱作模具鋼-h13模具鋼的特性與選用

高性能熱作模具鋼-h13模具鋼的特性與選用

H13鋼的表面改性

在美國，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，均稱為H。它們是H10?H19，H21?H26和H4 H43[1]。用于鋁合金壓鑄模具的鋼種是H13鋼，屬于**類。

家用鋼種為4Cr5M0SiVl。過去，在中國使用較多的3Cr2W8V鋼的熱疲勞和韌性不足。

通常認為，熱疲勞裂紋和熱磨損是熱作模具失效的兩個主要原因。在這方面，國外相關(guān)文獻非常清楚：模具的損壞和限制模具壽命增加的三種機理是：液態(tài)金屬鋁的焊接和化學侵蝕損壞。 磨損和腐蝕。 熱疲勞裂紋。

其中***重要的故障機制。他們提出，使用鐵素體氮碳共滲和離子氮化可以顯著提高工具鋼的工具壽命。國內(nèi)對鋁熔損的實驗表明，當模具材料的硬度為45HRC時，未經(jīng)表面處理的鋁熔損率高達5 90％，而使用鹽浴硫氮碳氮共滲時，其熔損率僅為 0。10％時，在添加PVD處理后使用鹽浴碳氮共滲（軟氮化）時，熔體損失率顯著降低至0。10％?？梢钥闯?，H13鋼的表面改性效果非常明顯。

H13鋼的碳含量為0。5％以下。

美國AISI H13，UNS T，ASTMA681***新版本）H13鋼和FED QQ-T-570 H13的碳含量指定為（0。32?0。45％），這是所有H13鋼中***寬的碳含量范圍。

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層），可以使用有限元模擬方法確定。 他們認為這取決于所選的工作硬化層。 當工作層為Al 2 O 3層時，中間過渡層為Ti-Al-N梯度層。 工作涂料。，可以使用液態(tài)金屬或玻璃不潤濕，壓鑄鋁合金，CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3。

相應(yīng)的多層結(jié)構(gòu)膜的總厚度為5至8μm。

（3）具有較高的耐熱軟化性和高溫耐磨性，使模具保持一定的高溫強度和尺寸穩(wěn)定性；

鉻和其他碳化物形成元素共同為鋼提供了高淬透性和良好的抗軟化性，因此可以在空冷條件下對其進行淬硬。在6 barN2氣體真空處理的條件下，可硬化直徑為160mm[3]。但是，鉻的添加將增加碳化物的不均勻程度，這將導(dǎo)致鋼中的亞穩(wěn)態(tài)共晶碳化物。 目前，在中國，可以根據(jù)高碳鉻軸承鋼的相關(guān)標準對此類碳化物進行評估[4]。

鉻含量的增加有利于提高材料的熱強度，但不利于韌性。有人提出將鉬和鎢添加到材料中[5]，當（1 / 2W + M0）的量超過1％時，在500°C以上回火時材料仍將獲得更高的硬度。 二次硬化能力。H13鋼的二次硬化能力不是很明顯，參見數(shù)據(jù)[1]。增加V的含量，例如V的數(shù)量從0開始。4％（SKD6，相當于H11）增加到1％，從而提高了H13鋼（SKD61）的熱強度和熱穩(wěn)定性。 同時，V還增加了抗水沖洗的能力。 實際上，它提高了抗水侵蝕和磨損的能力。）[1]。

此外，在鋼中添加W，M0，V，Nb和其他形成M6C和MC碳化物的元素可以細化奧氏體晶粒，并且在溶解于奧氏體后的回火過程中還會引起二次硬化。影響。

加入Cr形成的碳化物為M23C6型，在1100℃下奧氏體化時基本溶解（所有溶解奧氏體的溫度為1160℃），這將決定H13鋼的***佳奧氏體體溫在此范圍內(nèi)。 1020?1080℃[6]。

一種設(shè)備同時具有PVD和PACVD處理模式，為客戶提供技術(shù)升級的全面支持。

法國HEF集團開發(fā)并應(yīng)用了等離子增強磁控濺射（PEMSTM）技術(shù)，以精確控制涂層的沉積過程。使用PEMSTM技術(shù)可以達到***高的涂層理論密度。因此，HEF集團的真空鍍膜設(shè)備和技術(shù)處于世界**地位。

綜上所述，HEF設(shè)備和技術(shù)的主要優(yōu)點是：

含Cr熱作模具鋼的Si含量均為0。80?20％，僅H19鋼的Si含量為0。20到0。50％。

除固溶強化作用外，增加鋼中的硅含量還可以提高鋼的高溫抗氧化性，***高可達800°C（1475°F）。但是，Si不利于韌性的提高?，F(xiàn)在，H13鋼的開發(fā)正進入低Si和高M0的第二階段（**階段的開發(fā)是提高H13鋼的材料和熱處理水平）高性能熱作模具鋼。

人們逐漸認識到低Si的影響主要包括：減少材料的偏析并改善宏觀結(jié)構(gòu)的均勻性； 減少固化過程中液/固界面上組分的過冷； 改善晶體的微觀結(jié)構(gòu)和奧氏體晶粒的細化；鋼的韌性及其抗熱裂紋的能力，并降低高溫疲勞裂紋的增長率和高溫蠕變裂紋的增長率； 延遲了鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變。同時，M0的量增加到約3％。 低Si高M0在日本的SKD61的成分范圍是：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的相應(yīng)德國鋼號為2367，其成分為C 0。40％，Si 0。40％，Cr 95％，M0 0％和V0。9％。 M0的量提高到0％，則使鋼的淬透性提高，防止奧氏體晶界碳化物的析出和延緩貝氏體轉(zhuǎn)變；提高回火抗力和韌度；提高高溫強度和高溫蠕變強度; 提高抗熱裂性。關(guān)于延緩貝氏體轉(zhuǎn)變，有資料報導(dǎo)：對610×203×500mm的H13模塊經(jīng)3 bar（約3atm）氣淬后心部和表面的貝氏體量達70％和40％，而對低SiHigh M0SKD61鋼分別僅為2％和1％[7]。

這對于提高模具的使用壽命非常有益。中國一種新型的熱作模具鋼3Cr3M03VNb的M0也是3％（范圍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熱作模具鋼被廣泛用于家用有色金屬壓鑄模具中。所謂的熱作模具是指使加熱到再結(jié)晶溫度以上的金屬或合金塑性變形并壓模液態(tài)有色金屬以制造零件的模具。

中國的GB / T1299和YB / T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1的碳含量為（0。32?0。42）％和（0。32?0。45）％。

德國DIN X40CrM0V5-1和WNr 2344鋼的碳含量為（0。37?0。碳含量范圍狹窄[43]％[2]。北美壓鑄協(xié)會標準NADCA 207-90將高級H13鋼的碳含量指定為（0。37?0。42）％。

排空時加熱，充分而迅速地除去水分，以獲得高質(zhì)量，高效的沉積效果；

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

（2）具有較高的抗熱裂性和抗熱疲勞性，使模具不易形成裂紋，不易傳播因冷，熱引起的裂紋，避免了模具故障。

***低加工溫度可達到80°C，可用于幾乎所有材料的涂層加工，包括鋁合金和聚合物材料；

（1）淬透性高，可使用冷卻強度低，熱處理時熱處理變形少的介質(zhì)；

低壓，高真空均勻轟擊可大大降低銳角效應(yīng)；

解決H13鋼表面改性問題的***佳方法是在模具材料的表面覆蓋一層硬膜，以防止鋁合金熔體潤濕它。 同時，涂覆的硬質(zhì)膜還賦予了模具材料表面耐腐蝕性。HEF集團對汽車轉(zhuǎn)向操作系統(tǒng)的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當于H13鋼）表面沉積3μm厚的CERTESS SD涂層，其硬度可達4000?4500HV，使用溫度可達800℃它也可以抵抗鋁合金的粘附，使用壽命增加到100,000倍，是未經(jīng)沉積處理的挺桿的6到7倍。

（4）對液態(tài)金屬的焊接和化學腐蝕損害具有很高的抵抗力。 它的特點是在中國熔融液態(tài)金屬的熔化損失。

要達到高溫強度和高韌性以及高溫硬度和耐磨性的這些要求，主要取決于鋼的化學成分和中等碳含量（0。35?0。45％）和含有Cr，W，M0和V的合金元素。 合金元素的總含量為6％至25％。

***特的OES系統(tǒng)用于測量等離子體波長，以實現(xiàn)對涂層成分的精確控制。

東锜模具鋼廠采用大型設(shè)備：電弧爐+精煉爐+真空脫氣+電渣爐+鍛造。

通過PVD技術(shù)在模具工件上獲得高質(zhì)量的涂層，應(yīng)取決于可以***佳選擇的高性能設(shè)備和工藝參數(shù)。該設(shè)備優(yōu)選具有以下技術(shù)要求：較低的涂層處理溫度； 良好的涂層性能； 均勻的涂層沉積； 增強的電離速率技術(shù)； 精確的涂料成分控制； 一定的沉積速率； 能夠多層復(fù)合涂層; 可獲得納米結(jié)構(gòu)涂層； PVD和CVD工作模式； 涂層時可被蝕刻以獲得***佳涂層質(zhì)量。

對于如何獲得不被液態(tài)金屬潤濕的硬質(zhì)薄膜，科羅拉多礦業(yè)大學（CSM）的D。

鐘和J.J.

Moore等。[8]提出，多層優(yōu)化涂膜的結(jié)構(gòu)為：***先對H13模具基體的表面進行改性，例如采用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮。 50?100nm鍵合中間層，如Ti或Cr； 中間梯度層，可調(diào)節(jié)由壓鑄操作在基材和涂層之間引起的熱殘余應(yīng)力

得到的所有硬質(zhì)涂層均具有納米級（≤20nm）結(jié)構(gòu)；

壓鑄模具的使用壽命取決于許多因素：模具設(shè)計的合理性，模具材料的正確選擇，模具加工和熱處理工藝的合理正確的配方，當然還有模具的使用條件和維護高性能熱作模具鋼。 其中，模具材料的質(zhì)量和熱處理是相當重要的關(guān)鍵因素。熱處理應(yīng)包括整個工件的熱處理和工件的表面改性。相關(guān)標準主要是北美壓鑄協(xié)會，法國汽車工業(yè)協(xié)會，德國鋼鐵協(xié)會，材料協(xié)會和壓鑄協(xié)會的標準，以及通用汽車和福特推薦的標準。

H13鋼的整體熱處理和測試非常重要，我們將分別進行討論高性能熱作模具鋼。

作為有色金屬，壓鑄模具用鋼通常應(yīng)滿足以下條件：

可以***立控制離子的流量和能量，以獲得***高密度和性能的涂層；

H13鋼鍛模和鋁合金壓鑄模的表面改性主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術(shù)；（2）PVD涂層技術(shù)。關(guān)于這兩個方面的研究論文已經(jīng)在國內(nèi)外發(fā)表，但是關(guān)于特定工業(yè)應(yīng)用的報道很少。專門研究材料表面改性技術(shù)的法國HEF集團在一些國際會議上以論文的形式報告了H13鋼表面改性工業(yè)應(yīng)用的實例。 同時，HEFShanghai與Shefu Surface結(jié)合了TS Shanghai Co.的實踐。，Ltd. 用相關(guān)的外國文獻（特別是NADCA專家和凱斯西儲大學教授的著作）進行描述。

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原文標題：高性能熱作模具鋼-h13模具鋼的特性與選用