长城特钢H13分析
H13钢的等温疲劳和热机械疲劳行为

2020年10月第44卷增刊2 Vol.44Suppl.2Oct.2020收稿日期:2020-07-20基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFB0300404);广东省重点领域研发计划项目(2020B010184002);省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室自主课题(SKLASS2019-Z016)作者简介:左鹏鹏,男,讲师,博士,主要从事模具钢研发与产业化、金属疲劳行为研究。
pengpengzuo@shu.edu.cnH13钢的等温疲劳和热机械疲劳行为左鹏鹏1,2,3,楼通海1,2,王笑驰1,2,朱振强1,2,吴晓春1,2,3(1.上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室,上海200444;2.上海大学材料科学与工程学院,上海200444;3.上大鑫仑材料科技(广东)有限公司,肇庆526105)摘 要:对H13钢进行等温疲劳和热机械疲劳试验,对比研究了其在不同应变幅(0.7%,0.9%和1.1%)下的疲劳行为。
结果表明:拉压对称的H13钢等温疲劳应力应变滞后回线关于原点对称,而热机械疲劳滞后回线不对称;H13钢在等温疲劳和热机械疲劳过程中持续循环软化,循环软化过程可大致分为初始不稳定、持续软化和失效3个阶段;应变幅越大,疲劳试样截面主裂纹根部宽度越大、扩展长度越长;相同应变幅下等温疲劳试样裂纹数量更多,主裂纹根部宽度更大,但主裂纹长度远低于热机械疲劳试样的;相同应变幅下等温疲劳试样回复现象更为明显,碳化物数量更多、尺寸更大。
关键词:H13钢;等温疲劳;热机械疲劳;疲劳行为中图分类号:TG142.1 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2020)增刊2-0011-07Isothermal Fatigue and Thermomechanical Fatigue Behavior of H13SteelZUO Pengpeng1,2,3,LOU Tonghai 1,2,WANG Xiaochi 1,2,ZHU Zhenqiang1,2,WU Xiaochun1,2,3(1.State Key Laboratory of Advanced Special Steel,Shanghai University,Shanghai 200444,China;2.College of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China;3.Shangda Xinlun Material and Technology(Guangdong)Co.,Ltd.,Zhaoqing 526105,China)Abstract:Isothermal fatigue and thermomechanical fatigue tests were carried out on H13steel,and itsfatigue behavior under different strain amplitudes(0.7%,0.9%and1.1%)was comparatively studied.The resultsshow that the H13steel isothermal fatigue stress-strain hysteresis loop was symmetric about the origin,while thethermomechanical fatigue hysteresis loop was asymmetric.H13steel continued to cyclically soften in the process ofisothermal fatigue and thermomechanical fatigue,and the cyclic softening process can be roughly divided into threestages,including initial instability,continuous softening and failure.The larger the strain amplitude,the larger theroot width and the longer the extension length of the main crack in the section of the fatigue specimen.Under thesame strain amplitude,there were more cracks in the isothermal fatigue specimen,and the width of the root of themain crack was larger,but the length of the main crack was much lower than that of the thermomechanical fatiguespecimen.Under the same strain amplitude,the recovery phenomenon of the isothermal fatigue specimen was moreobvious,and the number and the size of carbides was larger.Key words:H13steel;isothermal fatigue;thermomechanical fatigue;fatigue behavior0 引 言在当今世界汽车行业轻量化的大趋势下,铝合金因质量轻和性能好的优势被大量应用于汽车零件中[1]。
H13热作模具钢的化学成分及其改进和发展的研究

H13热作模具钢的化学成分及其改进和发展的研究模具钢的性能。
由此可见,钢中的含C量不能太低。
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Krausst刚指出,在870℃的Fe—Cr—C三元相图上,H13钢的位置在奥氏体A和(A+M3C+M7C。
)三相区的交界位置处较好。
相应的含C量约0.4%(见图1)[91。
图上还标出增加C或cr量使M,C,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点取决于相对较高的温度水平(H13钢的Ms一般资料介绍为340oC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【2】。
在此顺便指出,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的照片可见图2191,国内学者也做了一定工作n4|。
零删抽UCr含量(%)图1Fe—Cr—C系870。
C水平截面部分相图图2H13钢淬火回火的TEM组织一一317—H13热作模具钢的化学成分及其改进和发展的研究WilsonR.Metal]argyandHeatTreatmentofToolSteels[M】.UK:McGraw—HillBookCompanyLimited,1975:378.蔡美良,丁惠麟,孟沪龙.新编工模具钢金相热处理【M】,北京:机械工业出版社,1998:333.HoneycombeRWK,eta1.,SteelsMicrostrnctureandProperties【M】.2th.Ed.London:EdwardArnold,1995:324.候增寿,卢光熙.金属学原理[M】,上海:上海科学技术出版社,1990:239.虞觉奇,等.二元合金状态图集【M】.上海:上海科学技术出版社,1987:712.王笑天.金属材料学【M】.北京:机械工业出版社,1987:303.万俪如,许昌淦.高强度及超高强度钢[M】.北京:机械工业出版社,1988:26.中国模具工业协会模具材料委员会.国内模具新钢种的开发概况[J】.锻造工业,2002(1):17.胡心彬,李麟,吴晓春.新型热作模具钢的合金成分设计[EB/OL】.ASSAB公司技术资料【R】.潘晓华,等.H13钢压铸模具的表面改性【J】-模具工程,2005(7):68.____——327。
H13钢退火态显微组织不合格原因分析

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W9B 钢退火态显微组织不合格原因分析
徐长征! 王荣辉+ 张洪奎! !?宝山钢铁股份有限公司 研究院上海%+"!,"" +?宝钢特种材料有限公司上海%+"",&"
%%摘要通过金相显微镜电子扫描显微镜和能谱分析等手段详细分析了 K!$ 钢退火态组 织不合格产品的显微组织通过组织再现实验验证了显微组织不合格的原因并提出了初步 建议 %%关键词K!$ 退火 显微组织
的渗碳体首先溶断溶解的碳原子向周围扩散然 后逐渐聚集长成球状 显然热处理条件相同时 不均匀的原始混合组织得到的球化退火态组织肯 定是不均匀的
偏析主要是电渣重熔均匀化退火锻造工艺 和固溶处理工艺不当等因素造成的 7!# 钢的含 碳量为 $=&9左右其合金元素总量达 (9碳及 合金元素易发生偏析在凝固过程中因选分结晶 的原因存在枝晶偏析尤其在凝固后期枝晶偏 析很严重电渣锭经锻造退火后呈贫碳区与富碳 区交替分布的带状组织& 在通常情况下7!# 钢经过电渣重熔后枝晶较细枝晶偏析和夹杂物 得到改善材质均匀致密 但若电渣工艺控制不 当也会出现较为严重的偏析现象 在电渣过程 中如果电流过大熔速过快渣池较深会造成凝 固速率减慢枝晶发达偏析严重) 弗莱明斯 研究 表 明+ 枝 晶 间 距 和 凝 固 时 间 存 在 如 下 关系 "".A ! " #! $#'!A % 式中! 为枝晶间距))#! #' 为常数由合金成 分确定%为局部凝固时间)35
9:材料及试验方法
材料采用某厂生产的 K!$ 钢#其 K!$ 钢工艺 流程为$ 电 炉 冶 炼 .炉 外 精 炼 .真 空 脱 气*模 铸*保护气氛电渣重熔*高温均质化处理*多向 锻造*细化 处 理*球 化 退 火 处 理*机 加 工*检 验. 成分如下表 ! 所示. 本文首先分析了不合格 品的组织特征#之后使用同种类材料对退火态组 织做了不同超细化处理冷却速度的组织再现试 验. 本研究采用的主要仪器及设备$X0H!!T!'' NI!8IT#用来 金 相 组 织 观 察 及 定 量 金 相 分 析% K,)("#,!*& +"" 扫描电镜 ! !0'" #!0' 微观分
H13钢退火态显微组织不合原因初探4

H13钢退火态显微组织不合原因初探徐长征,张洪奎,续唯,赵亮,张恒(宝山钢铁股份有限公司 研究院,上海,201900)摘 要:本文通过金相显微镜、电子扫描显微镜和能谱分析等手段,详细分析了H13钢退火态组织不合格产品的显微组织,通过组织再现实验验证了显微组织不合格的原因,并提出了初步建议。
关键词:H13;退火;显微组织Analysis on Substandard Microstructure ofAnnealed H13 SteelXu Changzheng; Zhang Hongkui; Xu Wei; Zhao Liang Zhang Heng (Baosteel research institute, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai, China, 201900)Abstract: In present paper, the microstructure of Substandard annealed H13 steel was analysed by means of metallographic microscope, scanning electron microscopy and EDS analysisin detail. The reason of substandard was verified by experiments. And put forward aninitial proposal for this kind product.Key word: H13; Annealing; Microstructure前言随着国内工业技术的进步,模具材料的开发与应用也得以飞速发展。
H13钢是热作模具钢的主要代表品种,由于其优良的淬透性、淬硬性和良好的室温、高温性能而广泛应用于要求高韧性和冷热疲劳抗力的压铸模、热锻压模和热挤模。
两种热作模具H13钢组织和性能研究

两种热作模具H13 钢组织和性能研究摘要:随着现代工业的迅速发展,热作模具在钢铁、汽车、冶金等行业中扮演了越来越重要的角色。
本文重点针对两种热作模具材料H13 钢的组织和性能进行了研究分析。
通过对比两种不同加工方式制备的H13 钢的组织结构和性能进行比较,揭示了不同加工方式对H13 钢微观组织和力学性能的影响,在提高模具的整体性能方面具有一定的借鉴意义。
关键词:热作模具;H13 钢;组织结构;力学性能前言:随着现代工业的发展,热作模具在钢铁、汽车、冶金等行业中的应用越来越广泛。
其中,H13 钢作为一种常见的模具材料,具有优良的高温强度、热疲劳抗力和磨损抗性等特点,被广泛应用于热作模具制造领域。
由于模具在使用过程中经常受到高温、高压等复杂环境的影响,因此模具的组织结构和力学性能对其使用寿命和加工效率有着重要的影响。
本文选取两种常见的加工方式(热处理和过冷处理)对H13 钢进行了研究,比较了不同加工方式对H13 钢的组织结构和力学性能的影响,为热作模具材料的选用和加工提供了一定的参考和借鉴意义。
一、H13 钢的组织结构和性能分析H13 钢是常见的热作模具材料之一,其主要成分为碳、铬、钼、钨、钴等元素。
在制备过程中,通过适当的合金设计和工艺流程控制,可以得到良好的力学性能和高温疲劳抗力。
1、H13 钢的组织结构H13 钢的组织结构主要由马氏体、余铁素和碳化物等组成。
其中,马氏体是一种具有高硬度和脆性的组织形态,是H13 钢的主要强化相;余铁素则具有较好的延展性和韧性,能够有效缓解马氏体的脆性;碳化物则是钢中主要的强化相之一,能够显著提高钢的硬度和热稳定性。
2、H13 钢的力学性能H13 钢具有良好的高温强度、热疲劳抗力和耐磨性等特点,使其成为热作模具材料的理想选择。
具体的力学性能如下:(1)抗拉强度:H13 钢的抗拉强度为1460MPa,表明其具有很高的强度和韧性,能够承受大的拉伸应力。
(2)屈服强度:H13 钢的屈服强度为1260MPa,是其材料强度的重要参数,直接影响到其在高温环境下的使用寿命和稳定性。
H13钢技术参数

H13钢技术参数2010-10-10 7:45:36 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。
昆山成一特钢专业模具钢销售。
H13是热作模具钢。
执行标准GB/T1299—2000。
H13热作压铸模具钢统一数字代号A20502;牌号4Cr5MoSiV1;化学成分%:C0.32~0.45,Si0.80~1.20,Mn0.20~0.50,Cr4.75~5.50,Mo1.10~1.75,V0.80~1.20,p小于等于0.030,S小于等于0.030;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;特性及用途:系引进美国的H13空淬硬化热作模具钢。
期性能、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。
H13钢的化学成分的分析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0.005%降到0.003%,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0.005%,而超级(superior)的应小于0.003%S和0.015%P。
下面对H13钢的成分加以分析。
H模具材料碳: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(0.32~0.45)%,是所有H13钢中含碳量范围最宽的。
H13模具钢金相组织分析

热作模具钢H13的显微组织金相分析摘要:按照北美压铸协会提出的优质压铸模H13钢验收标准NADCA# 207-90和H11、H13及改良型钢的显微成分偏析验收参考图谱对H13某国产钢进行显微组织分析,并对其真空淬火显微组织进行研究。
关键词:热作模具钢;热处理;显微组织1前言H13钢在淬硬条件下具有较高韧度,并具有优良的抗热裂能力,是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢。
它适用于制造压铸模、挤压模、热切边模、热锻模的热冲孔模具等。
H13钢在我国为4Cr5MoSiV1钢。
德国的DIN1.2344,瑞典的SS142242,法国的AFNORZ40COV5和日本的JISSKD61与之相类似。
众所周知,影响模具寿命的最重要因素是热作模具钢的质量。
现在,描述热作模具钢的质量主要通过显微组织分析。
评定显微组织的标准广泛采用北美压铸协会模具材料委员会编的《压力铸造模具用高级H13钢的验收标准》NADCA#207-90。
新近研究的显微带状组织验收参考图谱更能说明钢材力学性能和模具寿命的关系。
因而,它们是对材料进行金相评级的重要依据。
本文从这两方面着手对一种国产H13钢进行显微组织分析,并对这种材料的真空淬火显微组织作研究。
2按NADCA的分析按照NADCA#207-90标准,一般试样都在退火态下进行推测。
2.1 材料化学成分:国产H13钢的化学成分分析结果列于表1。
表中还列入ASTMA681(最新修订版)中H13钢和NADCA#207-90中高级H13钢的化学成分,表中列入的4Cr5MoSiV1钢为GB/T1299-2000《合金工具钢》中规定的相当于H13钢的成分。
降低钢中含硫量对提高H13钢的纯净度,从而改善其性能具有重要意义。
文献[3]介绍,硫的质量分数<0.014%时可以大大提高钢件的断裂韧度KIC值。
国外电渣重熔优质H13钢的含硫质量分数控制在0.005%~0.008%范围。
在此,国产电渣重熔钢H13R尚有待提高。
H13钢技术参数

H13钢技术参数H13钢是一种热作模具钢,也被称为4Cr5MoSiV1钢。
它具有优异的硬度、热传导性、耐磨性和抗冲击性能,适用于制造各种工具、模具和冲压件。
下面是H13钢的一些技术参数的详细介绍。
1.化学成分:H13钢的化学成分包括:碳(C)0.32~0.45%,硅(Si)0.80~1.20%,锰(Mn)0.20~0.50%,磷(P)≤0.030%,硫(S)≤0.030%,铬(Cr)4.75~5.50%,钼(Mo)1.10~1.75%,钒(V)0.80~1.20%,铁(Fe)余量。
这些元素的含量使得H13钢具有良好的耐热性和抗磨损性。
2.硬度:H13钢的硬度范围为48~52 HRC (哈氏硬度),其硬度取决于热处理的条件。
通常情况下,H13钢经过淬火(quenching)和回火(tempering)热处理后,可以达到所需的硬度。
3.抗热疲劳性:H13钢具有较高的抗热疲劳性,可以在高温、高应力的环境下长时间工作而不发生断裂。
这使得H13钢成为制造高温工作模具和工具的理想选择。
4.热导率:H13钢的热导率很高,约为42.6W/(m·K)。
这使得H13钢能够快速吸热并均匀分散热量,有效地减少模具表面的热应力。
同时,高热导率还有助于提高制造效率和生产质量。
5.加工性能:H13钢具有良好的可加工性,包括可塑性和可切削性。
在加工过程中,H13钢容易进行热处理,可以满足不同工艺要求。
同时,它也适用于高速切削,并能够实现更高的精度和表面质量。
6.耐磨性:H13钢具有出色的耐磨性能,可以长时间保持表面的硬度和耐磨性,从而延长工具和模具的使用寿命。
这使得H13钢广泛用于制造需要耐磨性的工具,例如塑料注射模具和压铸模具。
7.抗冲击性能:H13钢具有出色的抗冲击性能,能够在受到高应力和重击时不发生断裂。
这使得H13钢适用于制造需经受高冲击负荷的工具和模具。
总结起来,H13钢具有优异的硬度、热传导性、耐磨性和抗冲击性能,并且具有良好的加工性能。
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长城特钢H13分析
钢厂编号
H13
供应商
长城特钢
材料类型
热作模具钢
比较标准及特征
DIN 1.2344
出厂状态及硬度
退火至 HB 225(最高)
主要化学成份
C碳Si硅Cr铬Mn锰Mo钼V钒P磷
≤
S硫
≤
化学成份(℅)
0.38 1.00 5.00 0.40 1.30 1.00 0.03 0.02
钢材特性
韧性、抗热疲劳良好。
钢材一般用途
适用于塑料硬模、斜顶、锌合金等压铸模。
密度(kg/mm³)
0.00000785
攀钢集团江油长城特殊钢有限公司(简称:“攀长特”)位于风景秀丽、气候宜人、交通便利的四川省江油市——诗仙李白的故里,公司始建于1965年,是国家重点特殊钢科研、生产基地,国家重点军工配套企业和四川省大型骨干企业,经过45年的建设发展,已具备年产钢70万吨、材70万吨、钛材3000 吨、销售收入45亿元的经营规模,形成了“特钢生产工艺优、专用设备配套全、科研开发实力强、产品技术含量高”的经营特色。
公司产品覆盖面广:可为用户提供12大类、350余个牌号、5000余个规格的高级优质特殊钢和金属制品,其中34个产品先后荣获国家、部、省级优质产品称号。
产品广泛用于国防军工、兵器工业、航空、航天、航海、电子、机械、石油化工、医药、核电等领域。
军工产品、高温合金、高合金工模具钢、不锈
圆钢、精密无缝钢管、核电管材、钛材等产品在国内占有重要地位,市场占有率位居行业前茅。
公司配套设施齐全:拥有世界一流水平的精密无缝钢管生产线,国内先进水平的棒线材连轧生产线和锻钢生产线,其中4条生产线为军工产品专用。
拥有国内先进水平的真空感应炉、真空自耗炉等特种冶炼设备和配套齐全的40吨LF炉、VOD炉等炉外精炼设备。
拥有国内特钢行业唯一的3150吨热挤压机组、中西部地区唯一的Φ825初轧机、1000吨立式穿孔机及2000吨锻压机等加工设备。