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《模具材料及其失效分析》 结课大作业 系 别： 材料科学与工程系 班 级： 11材料2班 姓 名： 董玲 学 号： 1132012254 任课教师： 施钢 2014年05月01日 《模具材料及失效分析》--4Cr5MoSiV1（H13） 一．4Cr5MoSiV1模具简介 　　H13是热作模具钢执行标准GB/T1299—2000统一数字代号A20502；牌号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。 　　H13模具钢用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模；铝、铜及其合金压铸模。 4Cr5MoSiV1 0.32~0.45 0.80~1.20 0.20~0.50 ≤0.30 ≤0.30 4.75~5.50 1.10~1.75 0.80~1.20 表1 4Cr5MoSiV1钢化学成分（质量分数，%），Ni、Cu允许残留的含量分别是≤0.25、≤0.30。 铬：铬在钢中可形成铬的碳化物，能提高钢的高温强度和耐磨性，使C曲线右移，提高钢的淬透性和回火稳定性。铬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H13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。 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。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。 钼：钼也是碳化物形成元素和铬一样，可提高钢的高温硬度和淬透性。此外，钼可以阻碍奥氏体晶粒的长大，从而使晶粒得到细化，减小回火脆性。 钒：钒比铬和钼更容易形成碳化物，极少溶入铁的固溶体中。钒的碳化物使钢具有良好的热硬性，并可细化晶粒，提高钢的耐磨性。 硅：硅是对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素，仅次于磷，但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性。一般都将硅限制在钢脱氧需要的范围内。如果将Si 作为合金元素加入钢中，其量一般不小于0.4%。硅也为提高回火抗力的有效元素。Si 降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加回火稳定性。另外，硅易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能比纵向性能差，也使钢的脆性转折温度升高。Si 还具有促进钢的脱碳敏感性，但Si有利于高温抗氧化性的提高。 锰: 锰可以改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状。同时它与S有较大的亲合力，可以避免在晶界上形成低熔点的硫化物FeS，而以具有一定塑性的MnS 存在，从而消除硫的有害影响，改善钢的热加工性能。Mn 具有固溶强化作用，从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，虽然其固溶强化效果不及碳、磷和硅，但其对钢的延展性几乎没有影响。在铁素体-珠光体型钢中Mn是唯一可使屈服强度增加又使冷脆转变温度变化最小的合金元素。 2.1.2 4Cr5MoSiV1钢的物理性能： 密度为7.8t/m3;弹性模量E为210000MPa。表 4Cr5MoSiV1钢的临界温度临界点 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms Mf 温度（近似值）/℃ 860 915 775 815 340 215 退火后硬度和组织(见表3) H13钢中由于合金元素si的存在，增大了脱碳敏感性，因此淬火加热时一般采用盐浴或真空加热。同时，由于钢中含有较多的合金元素，淬火加热前需预热，一般预热温度830～850 oC 3.2常规淬火 根据模具所要求的性能以及对硬度、晶粒度的要求，推荐的淬火加热温度为1020～1050 oC。预热保温时间一般为加热保温时间的2倍。工艺曲线见图4。 H13材料具有良好的淬透性，油冷完全可以满足要求。油温控制在2O～6O℃ ，冷至200 oC左右出油，使其冒青烟而不着火。淬火后硬度最高可达HRC 58～59。 低温淬火 3.3回火 淬火后模具需及时回火。回火硬度曲线如图6 由于合金元素钼、铬的作用，形成明显的二次硬化效应。H13钢经淬火高温回火(500—600 oC)后，在回火马氏体基体上弥散分布着回火时析出的可产生明显二次硬化作用的M：C、MC型碳化物，强韧性得到大大提高，抗拉强度可达2000 MPa／m ，8为10％ 一15％ ，具有良好的综合机械性能。根据模具的使用性能以及对硬度的要求，一般采用的回火温度为580℃。回火时间视工件尺寸而定，一般不应当少于2 h。回火工艺如表4 渗碳炉保护气氛淬火由于H13材料中存在合金元素硅，脱碳敏感性较大。对于尺寸较大的模具，为了防