H13鋼是中國從美國引進(jìn)的優(yōu)質(zhì)鋼種之一。自1976年以來，中國作為推薦鋼種納入國家標(biāo)準(zhǔn)，然后作為推廣鋼種的重點(diǎn)。目前，這種鋼在世界上被廣泛使用，但鋼號(hào)表明有很多種。本文根據(jù)關(guān)鍵文獻(xiàn)總結(jié)了類似的鋼號(hào)，其中還收集了日本主要鋼廠的型號(hào)。并在一定程度上描述了H13鋼的表面改性。

　　序言

　　H13鋼是一種堅(jiān)韌的空冷硬化熱作模具鋼。該鋼的主要特點(diǎn)是[1]：(1)淬透性強(qiáng)，韌性強(qiáng)；(2)良好的耐熱裂紋水平，可在作業(yè)場(chǎng)所給予水冷；(3)具有中等耐磨性，可采用滲氮或滲氮工藝提高表面硬度，但耐熱裂紋水平略有降低；(4)碳含量低，淬火中二次硬化水平弱；(5)在較高溫度下具有抗變軟水平。但使用溫度高于540℃(10000℉）強(qiáng)度迅速下降(即可耐操作溫度為540℃)；(6)熱處理變形小；(7)中等和強(qiáng)切削加工；(8)中等抗?jié)B碳水平。它將廣泛應(yīng)用于制造熱擠壓模具、壓鑄模具、熱切邊模具、熱鍛模具和熱沖孔模具。有些地方也可以用來制造注塑模具。值得注意的是，它也可以用來制造航天工業(yè)的關(guān)鍵部件。它將廣泛應(yīng)用于制造熱擠壓模具、壓鑄模具、熱切邊模具、熱鍛模具和熱沖孔模具。有些地方也可以用來制造注塑模具。值得注意的是，它也可以用來制造航天工業(yè)的關(guān)鍵部件。

　　H13鋼是中國從美國引進(jìn)的優(yōu)質(zhì)鋼種之一。自1976年以來，中國作為推薦鋼種納入國家標(biāo)準(zhǔn)，然后作為推廣鋼種的重點(diǎn)。目前，這種鋼在世界上被廣泛使用，但鋼號(hào)表明有很多種。本文根據(jù)關(guān)鍵文獻(xiàn)總結(jié)了類似的鋼號(hào)，其中還收集了日本主要鋼廠的型號(hào)。并在一定程度上描述了H13鋼的表面改性。熱處理及相關(guān)檢測(cè)將另作專論。

　　1. H13鋼成分

　　在美國，熱作模具鋼分為鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼三種，均以H命名。分別是H10～H19，H21~H26，H42、H43。熱作模具鋼含碳量為中碳含量(0.35～0.45％），另含Cr、W、M0和V合金元素，6合金元素～25％范疇。

　　H13鋼屬于第一種。碳含量為0.5％根據(jù)淬火鋼強(qiáng)度與含碳量相關(guān)的曲線[2]，最大淬火硬度在55HRC左右。含Cr量為5的鋼％上下，它與其他滲碳體產(chǎn)生的原素一起分配給鋼，具有很高的淬透性和良好的抗變軟性，因此該鋼可以在空冷環(huán)境中硬化。在6barN2汽體真空處理標(biāo)準(zhǔn)下，淬透直徑為160mm[3]。然而，鉻的添加會(huì)增加滲碳體的不均勻水平，導(dǎo)致亞穩(wěn)定的共晶滲碳體發(fā)生在鋼中。目前，高碳鉻軸承鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般可用于鑒定[4、7]。鉻含量的提高有利于提高材料的熱強(qiáng)度，但對(duì)韌性不好。(1/2WW)材料中提升鉬和鎢 M0）的量至1％在上述情況下，材料在500℃以上進(jìn)行淬火時(shí)仍具有較高的韌性，并具有二次硬化水平。H13鋼的二次硬化能力不明顯，可參考材料[1]。提高V含量，如V含量為0.4％(SKD6，相當(dāng)于H11)增加到1%，提高了H13鋼(SKD61)的熱強(qiáng)度和耐熱性。同時(shí)，V還增加了水清洗的耐久性，實(shí)際上提高了水浸腐蝕的耐久性（erosive wear）[6]。

　　另外，在鋼中加入W、M0、V、NB產(chǎn)生M6C和MC滲碳體元素，可優(yōu)化奧氏體晶粒，并在淬火過程中產(chǎn)生二次硬化效果。加持Cr形成的滲碳體是

　　M23C-6型，在1100℃奧氏體化時(shí)大部分融解后(所有融入馬氏體的溫度為1160℃)，這將決定H13鋼的優(yōu)良奧氏體化溫度為1020～1080℃范圍內(nèi)。[4]

　　H13鋼對(duì)硫磷的成分限制在0.030以下。事實(shí)上，硫的質(zhì)量濃度泵很奇怪?巴曜ADCA 高級(jí)H13鋼207-90的含碳量規(guī)定為(0.37～0.42）％。

　　表1中列出了美、德、日、法、瑞典UDEHOLM的ORVAR鋼作為合金元素量。表1 幾種H13鋼成分(質(zhì)量濃度％）

　　2. H13鋼號(hào)匯綜

　　前面強(qiáng)調(diào)，H13鋼在當(dāng)今世界得到了廣泛的應(yīng)用，但鋼號(hào)是不同的。為了便于把握，表2[8、10]中列出了20個(gè)國家和地區(qū)的鋼號(hào)。不同鋼號(hào)的成分差別不大，說明了碳含量的差異。表2 H13鋼號(hào)匯綜各國

　　同時(shí)，在表3[9]中列出了日本各鋼廠收集的H13相似型號(hào)。表3 H13(SKD61)日本各鋼廠生產(chǎn)的鋼號(hào)比較

　　3. H13鋼表面改性

　　H13鋼最常用于制造熱鍛磨具和稀有金屬壓鑄模具。磨具的使用壽命取決于沖壓模具的合理化、模具材料選擇的正確性、模具機(jī)械加工和熱處理方法的有效和適當(dāng)制定，自然也應(yīng)涉及模具的應(yīng)用范圍和維護(hù)。模具材料的質(zhì)量和熱處理是一個(gè)非常重要的因素。熱處理應(yīng)包括整體工件熱處理和工件表面改性。相關(guān)規(guī)范主要包括北美壓鑄協(xié)會(huì)、法國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國鋼鐵協(xié)會(huì)、材料協(xié)會(huì)和壓鑄協(xié)會(huì)的要求，以及通用汽車和福特汽車的推薦標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前，H13鋼鍛模和鋁合金壓鑄模的表面改性主要包括以下兩個(gè)方面:(1)鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術(shù)和(2)PVD涂層技術(shù)。國內(nèi)外研究論文發(fā)表在這兩個(gè)方面，但具體工業(yè)應(yīng)用報(bào)告不多。主要從事材料表面改性技術(shù)的法國HEF集團(tuán)在一些全球會(huì)議上報(bào)告了H13表面改性工業(yè)應(yīng)用的案例，同時(shí)，艾福表面處理技術(shù)(上海)（HEF Shanghai）結(jié)合舍福表面處理技術(shù)有限公司（TS Shanghai）與國外相關(guān)文獻(xiàn)(特別是NADCA專家和Casee)相結(jié)合的實(shí)踐 Western Reserve大學(xué)教授的工作)作一定的敘述。

　　我國廣泛認(rèn)為，熱疲勞開裂損傷和熱磨損是熱模無效的兩個(gè)主要因素。

　　中國廣泛認(rèn)為，熱疲勞開裂損傷和熱磨損是熱模無效的兩個(gè)主要因素。在這方面，國外文獻(xiàn)非常明確：模具損壞和限制模具壽命的三種機(jī)制是：1）液體金屬鋁的粘性焊接(soldering)和化學(xué)磨損損害2)磨損和浸蝕3)熱疲勞開裂。1)是最關(guān)鍵的無效系統(tǒng)。提出選用鐵素體氮碳共滲和離子氮化能顯著提高工具鋼的模具壽命。中國相關(guān)鋁熔損試驗(yàn)指出，當(dāng)模具材料強(qiáng)度為45HRC時(shí)，未經(jīng)表面處理的鋁熔損率高達(dá)54.90％鹽浴硫氮碳共滲時(shí)，熔化率僅為0.10％。鹽浴氮碳共滲(軟氮化)加PVD處理時(shí)，熔損率明顯降至0.01％。不難看出H13鋼的表面改性效果非常明顯。

　　解決這個(gè)問題的最好方法是在模具材料表面涂上硬膜，以免被鋁合金熔體浸濕。同時(shí)，涂層的硬膜也會(huì)給模具材料表面帶來腐蝕、磨損和耐久性。HEF集團(tuán)將挺桿(38CDV5，相當(dāng)于H13鋼)堆積在鋁合金工件壓鑄成型模具中，將汽車轉(zhuǎn)化為操作系統(tǒng)。μ厚度為m的CERTESS SD 涂層的強(qiáng)度可達(dá)4000～4500HV，應(yīng)用溫度可達(dá)800℃，還可抗鋁合金粘結(jié)，使用壽命提高到10萬次，是未積累的6~7倍。

　　4. 結(jié)語

　　1)H13鋼是一種具有強(qiáng)淬透性和耐熱裂性的熱作模具鋼，廣泛應(yīng)用于世界各地。

　　2)H13鋼的國產(chǎn)型號(hào)為4cr5m0sivl，嚴(yán)格控制硫的成分可以大大提高鋼的斷裂韌性和抗沖擊性。

　　3)H13鋼的表面改性主要包括鐵素體氮碳共滲或硫氮碳共滲及其物理氣相沉積硬膜的合理組合。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] P. M. Unterweiser, H. E. Boyer and J. J. Kubbs, Heat Treater's Guide, Standard Practices and Procedures for Steel. [M], ASM, Metals Park, Ohio 44073,1982.P493.

　　[2]金屬熱處理原理劉云旭[M]機(jī)械工業(yè)出版社北京，1981，P325

　　[3]Claude LEROUX et al, Traitement Thermique…La performance[M],ATTT, Edition PYC LIVERS,Paris,1999,P278.

　　[4]蔡美良、丁惠林、孟滬龍、新工模鋼金相熱處理[M],1988年，北京機(jī)械工業(yè)出版社P333.

　　[5]加田善裕，特殊鋼の熱處理，5.工具鋼[J],特殊鋼，Vol.53.NO.3.P36

　　[6] J.R.Davis, Alloying: Understanding the Basics[M],ASM International,2001.

　　[7]顯微組織分析朱祖昌、王琦、王麗蓮、童建華、李曼萍、熱作模具鋼H13[J]，Vol熱處理.17,No.2, 2002,P21.

　　[8]W.C.Mack et al., Worldwide Guide to Equivalent Irons and Steels(M),ASM International,Materials Park,Ohio,2000.

　　[9]田間博輔、金型、工具鋼の基本から好用まご[J],型技術(shù)，Vol.18,No.12,P98

　　[10] 李維 ， 中外鋼型號(hào)速查指南[M]2004年557年，北京，機(jī)械工業(yè)出版社

　　[11]公布華、董小虹、黃拿燦、蘇宇輝等，H13鋼碳氮氧硫硼5元共滲層性能研究[J]，金屬熱處理，Vol.27,No.7.2002, P21.

　　[12]彭文屹、吳曉春、閔永安、許洛萍、H13鋼鋁合金壓鑄模離子氮化，[J]表面技術(shù)，Vol.31,No.3, 2002.P14

　　[13]胡正前，張文華，研究熱作模具的鋼疲勞性能和鋁液腐蝕性能[J],材料保護(hù)，Vol.31, No.2, 2002,P14

　　[14] H13熱作模具鋼表面處理曹光輝[J]， 特殊鋼，Vol.26， No.1，2005，P34

　　[15]Claude LEROUX et al.1er Congres Europeen Traitement Thermique Traitment Mecanique des Surfaces[M]，METZ,France,2000,P297.