国产H13模具钢与4Cr5MoSiV1

4Cr5MoSiV1是合金钢

4Cr5MoSiV1特性及用途:

系引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。其性能、用途和4Cr5MoSiV钢基本相同，但因其钒含量高一些，故中温（600度）性能比4Cr5MoSiV钢要好，是热作模具钢中用途很广泛的一种代表性钢号。

合金工具钢简称合工钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种。其中合工钢包括：量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、冷作模具钢、热作模具钢、无磁模具钢、塑料模具钢。

4Cr5MoSiV1是热作模具钢。

执行标准GB/T1299—2000。

统一数字代号A20502

4Cr5MoSiV1化学成分:

碳 C ：032～045

硅 Si：080～120

锰 Mn：020～050

硫 S ：≤0030

磷 P ：≤0030

铬 Cr：475～550

镍 Ni：允许残余含量≤025

铜 Cu：允许残余含量≤030

钒 V ：080～120

钼 Mo：110～175

4Cr5MoSiV1物理性能:

密度为78t/m3；

弹性模量E为210000MPa。

4Cr5MoSiV1钢的临界温度：

临界点 温度（近似值）/℃

Ac1 860

Ac3 915

Ar1 775

Ar3 815

Ms 340

Mf 215

4Cr5MoSiV1钢的线（膨）胀系数：

温度/℃ 线（膨）胀系数/℃-1

20～100 91×10-6

20～200 103×10-6

20～300 115×10-6

20～400 122×10-6

20～500 128×10-6

20～600 132×10-6

20～700 135×10-6

4Cr5MoSiV1钢的热导率：

温度/℃ 热导率λ/W·(m·K)-1

25 322

650 288

4Cr5MoSiV1力学性能：

硬度：退火≤235HB，压痕直径≥395mm

4Cr5MoSiV1热处理工艺:

热处理：（交货状态：布氏硬度HBW10/3000（小于等于235）），淬火：790度+-15度预热，1000度（盐浴）或1010度（炉控气氛）+-6度加热，保温5~15min空冷，550度+-6度回火；退火、热加工；

交货状态：钢材以退火状态交货。

H13(4Cr5MoV1Si)是一种摸具钢,目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用H13

在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名。分别为H10～H19,H21~H26,和H42、H43。热作模具钢的含碳量为中碳含量（035～045％），另含Cr、W、M0和V合金元素，合金含量在6～25％范围。

H13钢属于第一种。其含碳量在05％以下，按淬火钢硬度与含碳量关系曲线[2]可知，其最大淬火硬度在55HRC左右。钢的含Cr量为5％左右，它和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4,7]。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]。提高V的含量，如V的量由04％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）[6]。

另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对Cr的加入形成的碳化物为

M23C­6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内。[4]

H13钢对硫磷含量限制在0030以下，实际上，硫的质量分数<0014％时可以大大提高钢件的断裂韧度KIC值。国外电渣重熔的优质H13钢的含硫量控制在0005％～0008％范围内[7]，这当然保证了材料的质量。北美压铸协会标准NADCA207-2003中对符合标准级外的特级（premium）和超级（superior）的H13钢的最小麦夏氏V型缺口冲击值为11J（8英尺˙磅）和138J(10英尺˙磅)。当加入006％～015％S和≤10％Mn使成为易切削钢时，可用于制造塑料模具，其机加工性能良好。材料经过调质处理，使硬度在（40～44）HRC范围内进行加工，并可抛光达Ra为005μm的镜面光洁度，满足高光洁塑料模具要求。

Cr12 化学成分表

C Si Cr Mn W V P S

200-230 ≤040 1150-1300 ≤040 - - ≤003 ≤003

GCr15 化学成分表

C：095-105

Mn：020-040

Si：015-035

S：≤0020

P:≤0027

Cr:130-165

Mo:≤010

Ni:≤030

Cu:≤025

Ni+Cu≤050

9cr2mo 化学成分表

碳C:085～095；

铬Cr:170～210；

锰Mn:020～035；

钼Mo:020～040；

镍Ni:≤025；

磷P:≤0025；

硫S:≤0025；

硅Si:025～045

H13化学成分表

C W Mo Cr V Co Mn Si

08 - 135 515 100 - 035 100

1、H13属于热作模具钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢种，执行标准GB/T1299—2000。

2、H13对应牌号：4Cr5MoSiV1

H13力学性能：硬度 ：退火,245～205HB,淬火,≥50HRC

H13是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种,它的主要特性是

（1）具有高的淬透性和高的韧性；

（2）优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；

（3）具有中等耐磨损能力同时还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略为降低抗热裂能力；

（4）因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；

（5）在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540（1000）硬度出现迅速下降（即能耐的工作温度为540）；

（6）热处理的变形小；

（7）中等和高的切削加工性；

（8）中等抗脱碳能力。

更为令人注意的是,它还可用于制作航空工业上的重要构件。

3、H13化学成分：

C:032~045，

Si:080~120，

Mn:020~050，

Cr:475~550，

Mo:110~175，

V:080~120，

p≤0030，

S≤0030；

4、H13交货状态：淬火：790度+-15度预热，1000度（盐浴）或1010度（炉控气氛）+-6度加热，保温5~15min空冷，550度+-6度 回火；退火，热加工。

5、H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢,在世界上的应用极其普遍,同时各国许多学者对它进行了广泛的研究,并在探究化学成分的改进。钢的应用广泛和具有优良的特性,主要由钢的化学成分决定的。当然钢中杂质元素必须降低,有资料表明,当Rm在1550MPa时,材料含硫量由0005%降到0003%,会使冲击韧度提高约13J。十分明显,NADCA 207-2003标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0005%,而超级(superior)的应小于0003%S和0015%P。下面对H13钢的成分加以分析。碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM（最新版）的H13和FED QQ-T-570的H13钢的含碳量都规定为（032~045）%，是所有H13钢中含碳量范围最宽的。德国X40CrMoV5-1和12344的含碳量为（037~043）%，含碳量范围较窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1的含碳量为（036~042）%。日本SKD 61的含碳量为（032~042）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为（032~042）%和（032~045）%，分别与SKD61和AISH13相同。特别要指出的是：北美压铸协会NADCA 207-90、207-97和207-2003标准中对H13钢的含碳量都规定为（037~042）%

H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢,在世界上的应用极其普遍,同时各国许多学者对它进行了广泛的研究,并在探究化学成分的改进。钢的应用广泛和具有优良的特性,主要由钢的化学成分决定的。当然钢中杂质元素必须降低,有资料表明,当Rm在1550MPa时,材料含硫量由0005%降到0003%,会使冲击韧度提高约13J。十分明显,NADCA 207-2003标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0005%,而超级(superior)的应小于0003%S和0015%P。下面对H13钢的成分加以分析。

碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM（最新版）的H13和FED QQ-T-570的H13钢的含碳量都规定为（032~045）%，是所有H13钢中含碳量范围最宽的。德国X40CrMoV5-1和12344的含碳量为（037~043）%，含碳量范围较窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1的含碳量为（036~042）%。日本SKD 61的含碳量为（032~042）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为（032~042）%和（032~045）%，分别与SKD61和AISI H13相同。特别要指出的是：北美压铸协会NADCA 207-90、207-97和207-2003标准中对H13钢的含碳量都规定为（037~042）%。

含5%Cr的H13钢应具有高的韧度，故其含C量应保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt 和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相图上,H13钢的位置在奥氏体A和（A+M3C+M7C3）三相区的交界位置处较好。相应的含C量约04%。图上还标出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2钢以作比较。另外重要的是,保持相对较低的含C量是使钢的Ms点取于相对较高的温度水平(H13钢的Ms一般资料介绍为340℃左右)，使该钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余A和残留均匀分布的合金C化物组织，并经回火后获得均匀的回火马氏体组织。避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。这些少量残余奥氏体在淬火以后的两次或三次回火过程中应予以转变完全。这儿顺便指出，H13钢淬火后得到的马氏体组织为板条M+少量片状M+少量残余A。经回火后在板条状M上析出的很细的合金碳化物，国内学者也作了一定工作。