H13模具鋼與4Cr5MoSiV1模具鋼是世界上廣泛使用的熱模具鋼。它具有高熱強度和硬度、高耐磨性和韌性、良好的耐熱疲勞性能。廣泛應用于制造各種鍛造模具、熱擠壓模具、鋁、銅及其合金。熱模具鋼在工作過程中承受著巨大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環引起的熱應力和高溫氧化，經常出現裂紋、坍塌、磨損、裂紋等故障形式。█ 其化學成分中碳的質量分數為0.32～0.為保證高硬度、高韌性、高熱疲勞抗力，45%。添加更多提高淬透性的元素Cr、Mn、Si。Mn可改變鋼在凝固過程中形成的氧化物的性質和形狀，避免硫在晶界形成低熔點FeS，具有一定塑性的MnS為了消除硫的有害影響，改善硫的存在H13鋼的熱加工性能；Cr和Si可提高回火穩定性。添加產生二次硬化的元素Mo、V。Mo、V還能防止第二類回火脆性，提高回火穩定性。█ 影響失效的因素H13模具鋼的故障是一個非常復雜的技術問題，可以從材料、設計、制造和使用四個方面進行分析。 ●化學成分和冶金質量H13模具鋼屬于過共析合金鋼類型，組織中存在較多的非金屬夾雜物、碳化物偏析、中心疏松及白點等缺陷，在很大程度上降低模具鋼的強度、韌性及熱疲勞抗力。H根據質量一般分為13模具鋼H13模具鋼和優質H13模具鋼。優質H13模具鋼采用先進的生產工藝，鋼材純凈，組織均勻，偏析輕微，韌性和熱疲勞性能較高。建議使用普通德松模具鋼H13時必須進行改鍛，以粉碎大塊非金屬夾雜物，消除碳化物偏析，細化碳化物，組織均勻。 ●模具的形狀尺寸應根據成型零件的材料和幾何尺寸確定，以保證模具的強度。此外，在模具熱處理和使用過程中，圓角半徑過小、壁厚差異較大的扁寬薄壁截面、孔、槽位置不合適，容易引起應力集中過大和裂紋。因此，在模具設計中盡量避免尖角，合理布置孔槽位置。 ●制造工藝①鍛造工藝H13模具鋼中合金元素含量高，鍛造過程中變形阻力大，材料導熱性差，共晶溫度低，稍不注意就會過熱。所以加熱時應該是800~900℃預熱間隔，然后加熱至鍛造溫度1065~175℃。為了粉碎大塊非金屬夾雜物，消除碳化物偏析，細化碳化物，在均勻組織鍛造過程中，總鍛比大于4。鍛造后的冷卻過程中，有淬火裂紋的傾向，容易在心臟產生橫向裂紋。因此，H13模具鋼鍛后應緩慢冷卻。②切割加工的表面粗糙度對模具的熱疲勞性能有很大的影響。模具腔表面應具有較低的表面粗糙度，無刀痕、劃痕和毛刺。這些缺陷導致應力集中，導致熱疲勞裂紋。因此，在加工模具時，應防止在復雜部位的圓角半徑過渡處留下刀痕，打磨孔、槽邊和根部的毛刺。③磨削過程中，局部摩擦熱容易引起燒傷、裂紋等缺陷，在磨削表面產生殘余拉應力，導致模具過早失效。磨削熱引起的燒傷可以使H回火發生在模具表面，直到產生回火馬氏體，脆性未回火馬氏體層會大大降低模具的熱疲勞性能。如果磨削表面局部升溫800℃以上，當冷卻不足時，表面材料將再次奧氏體化并淬火成馬氏體，因此模具表面層會產生較高的組織應力。同時，模具表面的溫升會迅速引起熱應力，組織應力和熱應力疊加容易導致模具磨裂。④電火花加工電火花加工是現代模具制造過程中不可缺少的精加工手段。火花放電時，局部的瞬時溫度高達1000℃以上，放電處的金屬熔化氣化，電火花加工表面有一層薄層熔化再凝固的金屬，其中有許多微裂紋。這種薄層金屬在顯微鏡下呈白亮色，即白亮層。研究表明，高合金化H13鋼、電火花加工形成的表面白亮層顯微組織為初生馬氏體、殘余奧氏體和共晶碳化物，未回火初生馬氏體有大量顯微裂紋。H當13鋼模具在工作中承受載荷時，這些微裂紋很容易發展成宏觀裂紋，導致早期斷裂和早期磨損。H電火花加工后，13鋼模應回火，以消除內應力，但回火溫度不得超過電火花加工前的最高回火溫度。⑤合理的熱處理工藝可以使模具獲得所需的力學性能，提高模具的使用壽命。但是如果因熱處理工藝設計不當或操作不當而產生熱處理缺陷，將嚴重危害模具的承載能力，引起早期失效，縮短工作壽命。過熱、過熱、脫碳、開裂、淬硬層不均勻、硬度不足等缺陷。H13鋼模具服務一段時間后，當累積內應力達到危險限度時，應對模具進行去應力回火，否則模具繼續服務時會因內應力開裂。 ●模具的使用和維護①模具的預熱H壓鑄模具鋼合金元素含量高，導熱性差，工作前應充分預熱。預熱溫度過高，使用過程中溫度過高，強度下降，容易產生塑性變形，導致模具表面坍塌；預熱溫度過低，表面溫度變化大，熱應力大，容易開裂。綜合考慮后H13鋼模的預熱溫度為250~300℃，不僅可以降低模具與鍛件之間的溫差，避免模具表面的過熱應力，還可以有效地減少模具表面的塑性變形。②為了減少模具的熱負荷，避免模具溫度過高，模具的冷卻和潤滑通常在模具工作期間強制冷卻，導致模具的周期性熱和冷卻會產生熱疲勞裂紋。因此，模具使用后應緩慢冷卻，否則會出現熱應力，導致模具開裂失效。H13鋼模工作時，石墨含量為12%的水基石墨可以潤滑，降低成形力，保證型腔內金屬的正常流動和鍛件的順利脫模；此外，石墨潤滑劑還具有散熱作用，可以減少H13鋼模工作溫度。█ 失效分析方案H13鋼模具的制造應通過設計、材料選擇、鍛造、退火、機械加工和熱處理等一系列工藝環節。各工藝環節的工藝設計不當或工藝操作不當會導致模具過早故障，降低模具的使用壽命。熱模具鋼經常出現裂紋、坍塌、磨損、裂紋等故障形式。熱模具鋼的故障形式、程度和位置記錄了設計、材料選擇、鍛造、退火、加工和熱處理等一系列工藝環節的重要信息。觀察和分析H13模具鋼、材料物理和斷裂力學的理論和方法，提示13模具鋼失效位置的宏觀形態特征、顯微組織和失效形式H宏觀形態特征、材料顯微組織、故障形式與模具設計、材料選擇和加工工藝之間的關系，提出科學合理的工藝改進措施。 ●改進原料化學成分和冶金質量分析H13模具鋼的清潔度，特別降低硫含量是為了提高H13鋼模壽命有效措施。優質H13鋼硫含量為0.005～0.008%之間。H13模具鋼是一種合金元素含量高的過分析鋼，在冶煉和鑄造過程中會出現碳化物偏析，鋼錠鍛造后形成粗碳化物偏析帶。碳化物偏析帶和鑄造殘留的樹枝晶體、縮孔、疏松和混合物直接影響H模具早期失效的重要原因之一是鋼模的組織和性能。對原料化學成分和冶金質量的分析可以評估原料是否合格，從而指導制定科學合理的鍛造工藝和熱處理工藝。測試方法：對H13模具鋼原料取樣，分析其化學成分，評估其化學成分是否符合要求；從鋼中心切割樣品，打磨拋光，用4%硝酸酒精溶液浸蝕，檢查光學顯微鏡上的顯微組織，并根據國家相關技術標準評估碳化物偏析帶和夾雜物的等級。 ●顯微組織分析可確定模具故障位置是否有碳化物分析帶、大型非金屬夾雜物、網狀碳化物、共晶碳化物和回火馬氏體；微組分分析可確定模具故障位置的化學成分分布特征；顯微硬度分析可確定模具故障位置的力學性能。對模具故障位置的顯微組織、顯微硬度和微區成分進行綜合分析，揭示模具故障位置的宏觀形態特征和故障形式的微機制，正確評價當前鍛造、球化退火、淬火和回火工藝，提出科學合理的工藝改進措施。試驗方法：從模具故障位置切割樣品，打磨拋光，浸蝕4%硝酸酒精溶液，檢查光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡上的顯微組織，測量顯微硬度儀上的硬度，確定俄歇能譜分析儀上的微區成分。█ 工藝控制措施H從13模具鋼的化學成分和組織特性可以看出，熱加工工藝對H13模具鋼的組織鋼的組織和性能受到很大影響H必須制定科學合理的熱加工工藝，使用壽命延長，經濟效益提高。 ●鍛造工藝H模具鋼合金元素含量高，導熱性差，共晶溫度低，易引起過熱。對于直徑較大的坯料，應先在800～900℃預熱始鍛造溫度1065~1175之間預熱℃加熱，鍛造時多次拉長，總鍛比大于4。 ●球化退火工藝的目的是均勻組織，降低硬度，提高切削性能，為淬火和回火做準備。球化退火工藝是在845～900℃保溫（1h 1min）/mm，然后冷至720~740℃等溫（2h 1min）/mm，最后爐冷至500℃球化退火組織為粒狀珠光體，硬度小于229HBS。可按球化質量GB/T評估1299-2000標準一級圖。● 淬火和回火工藝H13模具鋼的最佳熱處理工藝是1020~1080℃加熱油冷淬火或分級淬火，然后進行560~600℃顯微組織回火兩次 回火索氏體 剩余碳化物的顯微硬度為48~52HRC。對于需要高熱硬度的壓鑄模具，可采用上限加熱溫度淬火。對于要求韌性為主的模具（熱鍛模）可取下限加熱溫度淬火。
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