H13热作模具钢 SKD61锻件圆钢 圆棒 4Cr5MoSiV1电渣合金工具钢

　　4Cr5MoSiV1

　　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；

　　牌号4Cr5MoSiV1；

　　化学成分

　　4Cr5MoSiV1化学成分%：

　　碳 C ：0.32～0.45

　　硅 Si：0.80～1.20

　　锰 Mn：0.20～0.50

　　硫 S ：≤0.030

　　磷 P ：≤0.030

　　铬 Cr：4.75～5.50

　　镍 Ni：允许残余含量≤0.25

　　铜 Cu：允许残余含量≤0.30

　　钒 V ：0.80～1.20

　　钼 Mo：1.10～1.75

　　性能

　　●物理性能：

　　其密度为7.8t/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 9.1×10-6

　　20～200 10.3×10-6

　　20～300 11.5×10-6

　　20～400 12.2×10-6

　　20～500 12.8×10-6

　　20～600 13.2×10-6

　　20～700 13.5×10-6

　　4Cr5MoSiV1钢的热导率

　　温度/℃ 热导率λ/W·(m·K)-1

　　25 32.2

　　650 28.8

　　●力学性能：

　　硬度：退火≤235HB，压痕直径≥3.95mm

　　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。

　　化学成分分析

　　4Cr5MoSiV1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0.005%降到0.003%,会使冲击韧度提高约13J。NADCA 207-2003标准就规定:优级(premium)H13钢含硫量小于0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。下面对4Cr5MoSiV1钢的成分加以分析。 碳：美国AISI H13，UNS T20813，ASTM（版）的H13和FED QQ-T-570的4Cr5MoSiV1钢的含碳量都规定为（0.32~0.45）%，是所有4Cr5MoSiV1钢中含碳量范围最宽的。德国X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量为（0.37~0.43）%，含碳量范围较窄，德国DIN17350中还有X38CrMoV5-1的含碳量为（0.36~0.42）%。日本SKD 61的含碳量为（0.32~0.42）%。我国GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量为（0.32~0.42）%和（0.32~0.45）%，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（0.37~0.42）%。

　　钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度，按钢中含碳量与淬火钢硬度的关系曲线可以知道,H13钢的淬火硬度在55HRC左右。对工具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热作模具钢,这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象。从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能。由此可见，钢中的含C量不能太低。

　　含5%Cr的4Cr5MoSiV1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0.4%。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。

　　众所周知，钢中增加碳含量将提高钢的强度，对热作模具钢而言，会使高温强度、热态硬度和耐磨损性提高，但会导致其韧度的降低。学者在工具钢产品手册文献中将各类H型钢的性能比较很明显证明了这个观点。通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为0.4%。为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原则:在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量,有资料已提出:在钢抗拉强度达1550MPa以上时,含C量在0.3%-0.4%为宜。H13钢的强度Rm，有文献介绍为1503.1MPa(46HRC时)和1937.5MPa(51HRC时)。

　　查阅FORD和GM公司资料推荐的TQ-1、Dievar和ADC3等钢中的含C量都为0.39%和0.38%等，相应的韧度指标等列于表1，其理由可由此管窥所及。

　　对要求更高强度的热作模具钢，采用的方法是在H13钢成分的基础上提高Mo含量或提高含碳量，这将在后面还会论及，当然韧度和塑性的略为降低是可以预料的。