硬度 ：退火,245～205HB,淬火,≥50HRC
布氏硬度HBW10/3000（≤229））
H13鋼是使用最廣泛和最具代表性的熱作模具鋼種，它的主要特性是：
(1)淬透性高，韌性高；
(2)抗熱裂性好，水冷可在工作場所進(jìn)行；
(3)具有中等耐磨性，可采用滲碳或滲氮工藝提高其表面硬度，但應(yīng)略有降低抗熱裂性；
(4)由于碳含量低，回火二次硬化能力差；
(5)在高溫下具有抗軟化能力，但使用溫度高于540℃（1000℉）硬度迅速下降(即工作溫度為540℃）；
(6)熱處理變形小；
(7)中高切削加工；
(8)中等抗脫碳能力。
更值得注意的是，也可用于制造航空工業(yè)的重要組成部分。
用途和9CRWMN模具鋼基本相同，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。
H13模具鋼用于制造的鍛模、熱擠壓模、精鍛模；鋁、銅及其合金壓鑄模。
H13[是熱作模具鋼]淬火：790度 -15度預(yù)熱，1000度(鹽浴)或1010度(爐控氣氛) -6度加熱，5度保溫~15min空冷，550度 -6度 回火、退火、熱加工；
H13H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼在世界上得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，許多來自世界各地的學(xué)者對其進(jìn)行了廣泛的研究，并探索了化學(xué)成分的改進(jìn)。鋼材應(yīng)用廣泛，特性優(yōu)良，主要由鋼的化學(xué)成分決定的。當(dāng)然鋼中雜質(zhì)元素必須降低，有資料表明，當(dāng)Rm在1550MPa材料含硫量為0.005%降到0.003%會使沖擊韌性提高約13%J。NADCA 規(guī)定207-2003標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)級(premium)H13鋼硫含量小于0.005%，而超級(superior)的應(yīng)小於0.003%S和0.015%P。下面對H分析了13鋼的成分。碳：美國AISI H13，UNS T20813，ASTM(最新版)H13和FED QQ-T-570的H13鋼的碳含量規(guī)定為(0.32~0.45%，是全部H13鋼含碳量最廣。X40CrMoV5-1和1.2344含碳量為(0.37~0.43)%，含碳量范圍窄，德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的碳含量為(0.36~0.42）%。日本SKD 61含碳量為(0.32~0.42）%。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV含碳量為(0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，分別與SKD61和AISI H13相同。特別是北美壓鑄協(xié)會NADCA 207-90，207-97，207-2003標(biāo)準(zhǔn)H13鋼的碳含量規(guī)定為(0.37~0.42）%。
淬火鋼的基體硬度取決于鋼中碳含量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線，H13鋼的淬火硬度為55HRC左右。對工具鋼而言，鋼中的部分碳進(jìn)入鋼的基體，導(dǎo)致固體溶解和強(qiáng)化。另一部分碳將與合金元素中的碳化物形成元素結(jié)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(jìn)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。
含0.5%Cr的H13鋼韌性高，因此，其C含量應(yīng)保持在形成少量合金C化物的水平。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C在三元相圖上，H13鋼位于奧氏體A和（A M3C M7C3)三相區(qū)交界處較好。相應(yīng)的C含量約為0.4%。圖中還標(biāo)注增加C或Cr量使M7C3量增加，耐磨性能更高A2和D比較2鋼。另外，重要的是，保持相對較低的C含量是為了使鋼Ms取相對較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹340℃左右)，使鋼在淬火至室溫時(shí)獲得以馬氏體為主的少量殘留A和殘留均勻分布的合金C化物組織，回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免過量殘留的奧氏體在工作溫度下發(fā)生變化，影響工件的工作性能或變形。這些少量殘留的奧氏體應(yīng)在淬火后的兩三次回火過程中完全改變。順便說一句，H13鋼淬火后獲得的馬氏體組織為板條M 少量片狀M 少量殘余A。國內(nèi)學(xué)者在板條狀M上沉淀的細(xì)合金碳化物回火后也做了一些工作。
眾所周知，鋼中碳含量的增加將提高鋼的強(qiáng)度。對于熱模具鋼，它會提高高溫強(qiáng)度、熱硬度和耐磨性，但會降低其韌性。學(xué)者們在工具鋼產(chǎn)品手冊中明顯證明了各種H型鋼的性能。一般認(rèn)為，導(dǎo)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(shè)計(jì)中遵循以下原則：在保持強(qiáng)度的前提下，盡量降低鋼的碳含量，提出鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到1550MPaC含量在0以上.3%-0.4%為宜。H13鋼的強(qiáng)度Rm，文獻(xiàn)介紹1503.1MPa(46HRC時(shí))和1937.5MPa(51HRC時(shí))。
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(yīng)的韌性指標(biāo)，其原因可以從中窺見。
對于需要更高強(qiáng)度的熱作模具鋼，采用的方法是H在提高13鋼成分的基礎(chǔ)上Mo含碳量或含碳量的增加將在后面討論。當(dāng)然，可以預(yù)測韌性和塑性會略有降低。
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(gè)鋼號，除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。鉻對鋼的耐磨性、高溫強(qiáng)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(gòu)成二次硬化；當(dāng)含有Cr﹥550鋼淬火后550%℃回火會產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。熱作鋼模具鋼的添加量一般為5%鉻。
工具鋼中的鉻一部分溶入鋼中起固溶強(qiáng)化作用，另一部分與碳結(jié)合，根據(jù)鉻含量(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在，從而影響鋼的性能。此外，當(dāng)鋼中含有鉻、鉬和釩時(shí)，還應(yīng)考慮合金元素的互動(dòng)作用，Cr>3%<sup>[14]</sup>時(shí)，Cr能阻止V4C3的生成和推遲Mo2C的共格析出，V4C3和Mo2C提高鋼的高溫強(qiáng)度和抗回火性<sup>[14]</sup>，這種互動(dòng)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(xí)慣于用淬透因子來表示。一般來說，國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)[15]只適用于Grossmann等待信息，后來Moser和Legat[16、22]的進(jìn)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(jì)算合金鋼的理想臨界直徑，并根據(jù)合金元素含量確定淬透因子（見圖3）Di,也可從下式作近似計(jì)算:
Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)
(1)公式中的合金元素以質(zhì)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(dāng)清晰的半定量理解。
Cr對鋼共析點(diǎn)的影響，它和Mn大致相似，當(dāng)含鉻量約為5%時(shí)，共析點(diǎn)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(diǎn)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(wěn)定性有關(guān)，事實(shí)上，合金C化物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與相應(yīng)C化物形成元素的D電子殼層和S電子殼層的電子缺乏程度[17]有關(guān)。隨著電子缺乏程度的下降，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降低物的穩(wěn)定性降低，其相應(yīng)的熔化溫度和在A中的溶解溫度降低，其產(chǎn)生自由能的絕對值降低，相應(yīng)的硬度值下降。面心立方點(diǎn)陣VC碳化物穩(wěn)定性高，約9000~950℃溫度開始溶解，11000℃大量溶解開始(溶解終結(jié)溫度為1413)℃）[17]；它在500~700℃回火過程中沉淀，不易聚集生長，可作為鋼中的強(qiáng)化相。中等碳化物形成元素W 、Mo形成的M2C和MC 碳化物有密排和簡單的六方點(diǎn)陣，它們的穩(wěn)定性較差，硬度、熔點(diǎn)和溶解溫度也較高，仍可用于500~650℃鋼的強(qiáng)化相用于范圍。M23C6(如Cr23C6等)立方點(diǎn)陣復(fù)雜，穩(wěn)定性差，結(jié)合強(qiáng)度弱，熔點(diǎn)和溶解溫度低(1090℃溶解在A中)，只有少數(shù)耐熱鋼經(jīng)綜合金化后才具有較高的穩(wěn)定性(如（CrFeMoW）23C6.可作為強(qiáng)化相。六方結(jié)構(gòu)復(fù)雜M7C3(如Cr7C3、 Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3)穩(wěn)定性較差，它和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(qiáng)化相[17]。
我們?nèi)詮腇e-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]三元等溫截面的相圖為0.4%C鋼中,隨Cr會出現(xiàn)量增加（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）7C3(M7C3)型合金碳化物。注意870℃圖上,只有含Cr量大于11%才會出現(xiàn)M23C6)。另外根據(jù)Fe-Cr-C三元系在5%Cr當(dāng)時(shí)的垂直截面是0.40%C退火狀態(tài)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(jìn)入（α A M7C3)三相區(qū)，795℃左右進(jìn)入（A M7C3)兩相區(qū)約970℃時(shí),（CrFe）7C3消失，進(jìn)入單相A區(qū)。當(dāng)基體含有C時(shí)﹤0.33%時(shí),在793℃左右才存在（M7C3 M23C6和A）七九六三相區(qū)℃進(jìn)入（A M7C3）區(qū)（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(wěn)定（CrFe）23C6不形成[20]。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。
