H13热作模具钢锻造工艺研究

王志峰+迟庆楠+李晶晶+刘铁奇

摘 要：介紹了H13热作模具钢的锻造生产工艺，通过控制加热、锻造和锻后热处理等工艺参数，生产出合格的锻件毛坯。

关键词：H13；锻造；热处理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.043

1 引言

H13热作模具钢是美国钢号，相当于我国的4Cr5MoSiV1钢，属于中合金超高强度钢，是高温综合性能较好的热作模具钢[1]，其化学成分如表1所示[2]。H13钢之所以被广泛应用，是因为它具有以下性能：①具有较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具有中等的耐磨损能力，可采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度；④在较高温度下具有抗软化能力；⑤热处理变形小；⑥良好的切削加工性能[3-5]。

我公司对H13模具钢工艺研究较少，借助某厂与我公司订货的契机，对H13模具钢进行系统研究，开发出经济实用的制造工艺。

2 技术要求

酸洗低倍组织不能有肉眼可见缩孔、夹杂、分层、气泡和白点，中心疏松不大于2.0级。非金属夹杂物按GB10561-1989中ASTM标准评级图，用A法检验，A类、B类均不大于1.5级。钢坯以球化退火状态交货，硬度HB≤235，球化组织按GB/T1299-2000第一级评定不大于3.0级。

3 锻造生产

本次锻件毛坯截面尺寸φ310×2500mm，采用钢锭重量为8.5T（需方提供）。

3.1 理论准备

H13钢是较特殊的高强度钢，在锻造过程中变形抗力大且易产生裂纹，因此在制订锻造工艺时，必须考虑可能产生的各种缺陷，根据不同的情况采取相应的措施进行预防和补救：①严格控制始锻温度和终锻温度。②锻造时，压下量要小，送进量要大。③及时清除坯料表面的氧化皮和毛刺。④选用较大吨位的设备进行锻造，这样可增加锻件内部的致密度，提高生产效率。

3.2 锻造

钢锭用台车式加热炉，钢锭在台车上平面摆放，按特定加热曲线进行加热处理。加热完成后进行锻造，锻造主体设备为32MN油压机、100T·m操作机和80T天车，锻造比要求>3，考虑到锻造及降温情况，将工艺定为七火成形，锻造前将镦粗设备和上下砧子预热到200℃以上，变形过程如下：

一火：压钳口，拔长至300×（≈800）×（≈3350）mm，每道次双面压下量为瞬时坯料高度的30%。砧宽比W/H=0.7～1，回炉1230℃保温2h。

二火：预拔长至400×600×（≈3300）mm，倒角，用剁刀在长度上等分剁成四块，达图2所示，回炉1230℃保温5h

三火：沿Z方向镦粗50%，H=400，沿Y方向拔长至600（X）×800（Y）×400（Z），倒角，回炉1230℃保温5h

四火：沿Y方向镦粗50%，H=400，沿X方向拔长至800（X）×400（Y）×600（Z），倒角，回炉1230℃保温5h

五火：沿X方向镦粗50%，H=400，沿Z方向拔长至400（X）×600（Y）×800（Z），倒角，回炉1230℃保温5h

六火：沿Z方向镦粗50%，H=400，沿Z方向拔长至φ310×2500mm，水空交替冷却，执行球化退火

3.3 锻后热处理

锻造完成后将锻件至于通风位置，水空交替冷却至400℃，装炉，执行球化退火工艺（见图1）。

3.4 锻后性能检测

热处理完成后检测锻件机械性能及各项技术指标，结果表明，送检两组试样硬度均在HB120-HB150，酸洗低倍组织无肉眼可见夹杂、缩孔、气泡和白点，中心疏松0.5级。夹杂物很低，评级为：A类0.5级；B类0.5级。晶粒度为7级和8级，球化组织3级，网状组织2级。超声波探伤达到YB/T036.10-1992 Ⅰ级。

4 结论

（1）锻件各项技术指标检测结果完全符合技术要求。

（2）试制过程中，确定的锻前加热曲线、锻造工艺、球化退火工艺参数能够保证H13模具钢的技术要求，可进行批量生产。

参考文献：

[1]N，Mebarki，P.Lamesle，DDelagnes，C.Levaillant.Relationship between microstructure and mechanical properties of a 5%Pr℃ eedings of the 6th internatlonal tooling conference，Sweden，2002：617-629.

[2]陈再枝，蓝德年，模具刚手册[M].北京：冶金工业出版社，2002：378-384.

[3]王鹏，张杰江，胡亚民.H13刚的应用现状[J].模具制造，2007（12）：1-7.

[4]潘晓华，朱祖昌.H13热作模具钢的化学成分及其改进和发展的研究[J].模具制造，2006（04）：78-85.

[5]P，M.Unterweiser，H.E.Boyer and J.J.Kubbs，Heat Treater's Guide， Standard Practices and Pr℃ edures for Steel[M].ASM，Metals Park，Ohio44073，1982.