H13簡介
H13是熱作模具鋼，執行標準GB/T1299—2000。；牌號4Cr5MoSiV1.合金工具鋼，簡稱合工鋼，是在碳工鋼的基礎上加入合金元素形成的鋼種。合工鋼包括：量具刃鋼、耐沖擊工具鋼、冷模鋼、熱模鋼、無磁模鋼、塑料模鋼。
化學成分
C0.32~0.45，
Si0.80~1.20，
Mn0.20~0.50，
Cr4.75~5.50，
Mo1.10~1.75，
V0.80~1.20，
p≤0.030，
S≤0.030;
用途
H13模具鋼用于制造沖擊載荷大的鍛模，熱擠壓模，精鍛模；鋁、銅及其合金壓鑄模。系引進美國的H13空淬硬化熱作模具鋼。其性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但由于釩含量較高，中溫(600度)性能比4Cr5MoSiV鋼是熱作模具鋼中廣泛使用的代表性鋼號。
特性
電渣重熔鋼，具有較高的淬透性和抗熱裂性，鋼含碳和釩含量高，耐磨性好，韌性相對較弱，耐熱性好，強度和硬度高，耐磨韌性高，綜合力學性能好，抗回火穩定性高。
硬度分析
淬火鋼的基體硬度取決于鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關系曲線，H13模具鋼淬火硬度為55HRC左右。對于工具鋼，鋼中的部分碳進入鋼的基體，導致固體溶解和強化。另一部分碳將與合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物。對于熱作模具鋼，該合金碳化物除少量殘留物外，還需要在淬火馬氏體基體上進行兩次硬化。因此，熱作模具鋼的性能由殘留合金碳化合物的均勻分布和回火馬氏體的組織決定。因此，鋼中的C含量不能太低。
H13熱處理工藝
1.預熱處理 市場供應H13鋼和模坯，鋼廠已進行退火熱處理，確保金相組織良好，硬度適當，加工性好，無需退火。但改鍛后，廠家破壞了原有的組織和性能，增加了鍛造應力，必須重新退火。
等溫球化退火工藝為860~890℃加熱保溫2h，降溫到740～760℃等溫4h，爐冷到500℃左右出爐。
二、淬火及回火 模具淬火工藝規范：加熱溫度為1020~1050℃，油冷或空冷，硬度54~58HRC；模具淬火工藝規范要求熱硬度為主，加熱溫度為1050~1080℃，油冷，硬度56~58HRC。
回火溫度為530~560℃，硬度48～52HRC；回火溫度560～580℃；硬度47～49HRC。
回火應進行兩次。℃回火時，出現回火二次硬化峰，回火硬度最高，峰值55HRC但韌性最差。因此，回火工藝應避免500℃左右為宜。根據模具的使用需要，在540~620℃范圍內回火較好。
淬火加熱應進行兩次預熱（600～650℃，800～850℃），減少加熱過程中產生的熱應力。
3.化學熱處理 H如果進行氣體滲氮或氮碳共滲，模具可以進一步加強，但其氮化溫度不應高于回火溫度，以保證心部強度不降低，從而提高模具的使用壽命。
H13模具鋼分析眾所周知，鋼中碳含量的增加將提高鋼的強度。對于熱模具鋼，它會提高高溫強度、熱硬度和耐磨性，但會降低其韌性。學者們在工具鋼產品手冊中明顯證明了各種H型鋼的性能。一般認為，導致鋼塑性和韌性降低的碳含量邊界為0.4%。因此，要求人們在鋼合金化設計中遵循以下原則：在保持強度的前提下，盡量降低鋼的碳含量，提出鋼抗拉強度達到1550MPaC含量在0以上.3%-0.4%為宜。H13鋼的強度Rm，文獻介紹1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。
查閱FORD和GM推薦公司信息TQ-1、Dievar和ADC3等鋼的C含量為0.39%和0.38%等，表1中列出了相應的韌性指標，其原因可以從中窺見。
對于需要更高強度的熱作模具鋼，采用的方法是H在提高13鋼成分的基礎上Mo含量或提高含碳量，這將在后面還會論及，當然韌度和塑性的略為降低是可以預料的。
2.2 鉻： 鉻是合金工具鋼中最常見、最便宜的合金元素。H型熱作模具鋼在美國含有Cr量在2%~12%的范圍。我國合金工具鋼（GB/T1299)37個鋼號，除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對鋼的耐磨性、高溫強度、熱硬度、韌性和淬火性有良好的影響，溶解在基體中會顯著提高鋼的耐腐蝕性H13鋼中含Cr和Si會使氧化膜致密，提高鋼的抗氧化性。Cr對0.3C-1Mn分析鋼回火性能的作用，添加﹤6% Cr有利于提高鋼的回火阻力，但不能構成二次硬化；當含有Cr﹥550℃回火會產生二次硬化效應。熱作鋼模具鋼的添加量一般為5%鉻。
工具鋼中的鉻部分溶解在鋼中起固溶強化作用，另一部分與碳結合，根據鉻含量(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而影響鋼的性能。此外，當鋼中含有鉻、鉬和釩時，還應考慮合金元素的交互作用，Cr>3%<sup>[14]</sup>時，Cr能阻止V4C3.生成和延遲Mo2C共格析出，V4C3和Mo2C提高鋼的高溫強度和抗回火性<sup>[14]</sup>，這種交互作用提高了鋼的耐熱變形性。
鉻溶入鋼奧氏體，增加鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都與Cr它也是增加鋼淬透性的合金元素。人們習慣于用淬透因子來表示。一般國內現有數據[15]只適用于Grossmann等待信息，后來Moser和Legat[16、22]的進一步工作提出，基本淬透直徑由C含量和奧氏體晶粒度決定Dic計算合金鋼的理想臨界直徑，并根據合金元素含量確定淬透因子（見圖3）Di,也可以從下式計算近似： Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1) (1)公式中的合金元素以質量百分比表示。通過這種方式，人們對待它Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni對鋼淬透性的影響有相當清晰的半定量理解。
Cr它及其對鋼共析點的影響Mn大致相似，含鉻量在5%左右，分析點的C含量降至0.5%左右Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti添加顯著降低了共析點的C含量。因此，我們可以知道熱模具鋼和高速鋼一樣是過分析鋼。降低共析C含量將增加奧氏體化后組織和最終組織中的合金碳化物含量。
鋼中合金C化物的行為與其自身的穩定性有關。事實上，合金C化物的結構和穩定性與相應C化物形成元素的D電子外殼層和S電子外殼層的電子缺關[17]。隨著電子缺乏的下降，金屬原子半徑減小，碳和金屬元素的原子半徑比rc/rm合金C化物由間隙相對間隙化合物變化，C降低了化學物質的穩定性，降低了相應的熔化溫度和A中的溶解溫度，降低了產生自由能的絕對值，降低了相應的硬度值。面心立方點陣VC碳化物穩定性高，約9000~950℃溫度開始溶解，11000℃以上開始大量溶解（溶解終結溫度為1413℃）[17]；它在500~700℃回火過程中沉淀，不易聚集和生長，可作為鋼的強化階段。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和簡單的六方點陣，穩定性較差，硬度、熔點和溶解溫度較高，仍可作為500~650℃鋼的強化相用于范圍。M23C6(如Cr23C6等)立方點陣復雜，穩定性差，結合強度弱，熔點和溶解溫度低(1090℃溶入A中），只有少數耐熱鋼經綜合金化后才有較高的穩定性(如（CrFeMoW）23C6.可作為強化相。六方結構復雜M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)穩定性較差，和Fe3C碳化物易溶解沉淀，聚集生長速度大，一般不能用作高溫強化相[17]。
我們仍從Fe-Cr-C三元相圖可以簡單理解H13鋼中的合金碳化物相。Fe-Cr-C系700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面相圖，對含0.4%C鋼中,隨Cr會出現量增加（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意870℃圖中，只包含Cr量大于11%才會出現M23C6)。另外根據Fe-Cr-C三元系在5%Cr當時的垂直截面是0.40%C退火狀態下的鋼α相(約1%固溶)Cr）和（CrFe）7C3合金C化物。加熱到791℃以上形成奧氏體A和進入（α A M7C3）三相區,在795℃左右進入（A M7C3)兩相區約970℃時,（CrFe）7C3消失，進入單相A區。當基體含有C時﹤0.33%時,在793℃左右才存在（M7C3 M23C6和A）七九六三相區℃進入（A M7C3）區（0.30%C以后一直保持到液相。鋼中殘留物M7C防止A晶粒生長。Nilson提出，對1.5%C-13%Cr成分合金，不穩定（CrFe）23C6不形成[20]。當然，單以Fe-Cr-C三元分析會有一些偏差，要考慮合金元素的影響。
