H13鋼系美國牌號，相當于我國的4Cr5MoSiv1鋼,是5%Cr系中的中碳中合金熱作模具鋼，已大量用于熱鍛模具。該鋼具有優(yōu)異的韌性和良好的冷熱疲勞性能,在600℃工作條件下的機械性能與室溫下的機械性能基本相同,適用于制造工作溫度在600℃以下，對韌性和塑性要求較高的模具。

用H13鋼替代5CrNiMo、5CrMnMo制造汽車連桿、曲軸的鍛模,模具的使用壽命有明顯提高,用該鋼制造的鋁合金壓鑄模具和鋁型材擠壓模具的使用壽命也較高。另外，該鋼還可以作塑料模具。目前，該鋼的優(yōu)良性能已在國內(nèi)得到了廣泛認可，用量已呈上升趨勢。但是，H13鋼的鍛造工藝性能差，其鍛造溫度范圍很窄，只有150~200℃。由于該鋼硬而脆,鍛造時極易產(chǎn)生裂紋。如果鍛造工藝安排不當，就會產(chǎn)生廢品。目前我國鍛造此鋼的經(jīng)驗很少，為此經(jīng)我單位有關工程技術人員集體討論研究，制訂出一套*佳的鍛造工藝方案。在方案中,我們多方面采取措施,盡量減少裂紋產(chǎn)生的可能性,從而降低廢品率。

裂紋產(chǎn)生的原因及避免裂紋產(chǎn)生的可行性研究

鍛造H13鋼時,最大的鍛造缺陷就是產(chǎn)生裂紋。我們分析裂紋產(chǎn)生的原因,先從分析它的化學成分入手。

從H13化學成分可以看出，它含有較高的鉻、鉬和釩。它的鉻含量是其它常用模具鋼如5CrNiMo 、5CrM n Mo鉻含量的4~5倍，它的鉬含量也是5CINiMo、5CrMnMo鉬含量的4~5倍，H13鋼的釩含量是常用模具鋼如3Cr2W8V礬含量的3~4倍。根據(jù)有關資料介紹,當鉬含量低于0.6%時，鋼的強度和硬度隨鉬含量的增加而增加，鋼的塑性也隨鉬含量的增加而上升，但當鉬含量高于0.6%時，鋼的強度和硬度隨鉬含量的增加而增加,而鋼的塑性開始隨鉬含量的增加而下降。在一般的合金鋼中，釩的含量一般不高于0.3%，若釩含量越高,則鋼的強度、硬度越高，變形抗力越大。因此,該鋼變形困難,并且在鍛造過程中極易產(chǎn)生裂紋。

鍛H13鋼產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾種情況:

（一）坯料裝爐溫度過高

該鋼的導熱性能差。如果爐溫過高,坯料裝爐后、坯料表面與心部溫差大，造成內(nèi)應力過大產(chǎn)生裂紋。

(二）加熱溫度過高

當加熱溫度高于1150℃時，坯料的晶粒易粗大，鍛造時,受打擊部位由于打擊效應而溫度升高,造成局部晶粒粗大加劇而產(chǎn)生裂紋。

(三)終鍛溫度過低

當鍛造溫度低于900℃時,此鋼的變形抗力增大，因該鋼硬而脆,強行打擊易產(chǎn)生裂紋。

(四）打擊效應

在鍛粗時，如果L<D<2L(其中D為坯料直徑，L為上砧寬度),則坯料心部受打擊時間長,由于打擊效應,坯料心部溫度升高,心部與其四周的溫差增大,造成內(nèi)應力過大而在坯料心部產(chǎn)生弧形裂紋。

(五)棱角裂紋

鍛造時,由于坯料棱角處溫度降低快,使其變形抗力增大,易在棱角周圍產(chǎn)生裂紋。

(六)鍛后冷卻不當

鍛造后，如果鍛件冷卻速度過快,鍛件的表面和心部產(chǎn)生的溫差大，由于鍛造后組織應力和溫度應力疊加、造成內(nèi)應力過大而產(chǎn)生裂紋。

為此,在鍛造工藝上，針對裂紋產(chǎn)生的各種可能性,我們分別采取相應的措施,避免裂紋的產(chǎn)生，提高鍛件的成品率。

(一)低溫裝爐

裝爐時,爐溫要低于500℃。冬季準備加熱的鋼錠要提前48小時運至室內(nèi)，待其溫度達到室溫后方可裝爐。

(二)嚴格控制加熱溫度

用紅外線高溫測溫儀控制，確保加熱溫度不超過頂溫1150℃。

(三)嚴格控制鍛造溫度

用紅外線高溫測溫儀控制鍛造溫度在1100~900℃范圍內(nèi)。在此區(qū)間內(nèi)，該鋼的塑性較好。若坯料溫度低于900℃，要及時返爐加熱，適當增加鍛造火次。

(四）勤翻轉(zhuǎn)

鍛造時，對坯料要勤翻轉(zhuǎn)，避免局部受打擊時間過長，產(chǎn)生打擊效應。

(五)勤倒棱

鍛造時,對坯料要勤倒棱,盡量減少棱角的數(shù)量。

(六)鍛后緩冷

鍛后對鍛件采取灰冷的方式進行緩慢冷卻。

對加熱工藝的研究與確定

由于該鋼的導熱性能較差，為了避免高溫裝爐后坯料產(chǎn)生裂紋，要在爐溫降到500℃以下時方可裝爐。為了嚴格控制加熱溫度，防止過熱和過燒，要用測溫儀，如紅外線高溫測溫儀測溫。坯料裝爐后在低溫區(qū)必須緩慢加熱，加熱速度要控制在50~80℃/h范圍內(nèi)，當溫度升至850℃時要保溫2~3個小時，確保坯料透熱，使其心部與表面溫度一致。當加熱到850℃以后，其導熱系數(shù)與普通的低合金鋼的導熱系數(shù)基本相同，此時可以快速加熱，當加熱到頂溫1150℃時保溫兩個小時，確保坯料各處溫度均勻一致后才可出爐鍛造。可以按下面的加熱工藝曲線進行加熱:

對鍛造工藝的研究

鍛H13鋼是目前國內(nèi)鍛造工藝上的薄弱環(huán)節(jié)。而該鋼有良好的綜合性能,即有較高的熱強度和硬度，有較好的耐磨性和韌性，有較好的耐冷熱疲勞性能。目前，被廣泛用于熱作模具。由于該鋼是較特殊的高強度鋼,在鍛造過程中變形抗力大且易產(chǎn)生裂紋，因此在制訂鍛造工藝時,必須考慮可能產(chǎn)生的各種缺陷，根據(jù)不同的情況采取相應的措施進行預防和補救，就能又快又好的鍛造成功。

嚴格控制始鍛溫度和終鍛溫度。保證鍛造溫度范圍為1100~900℃。當鍛造溫度降至900℃時必須停止鍛打,要返爐加熱到1150℃后再鍛。若對鍛件最后進行修整整形,鍛造溫度可以降至850℃。鍛造時所用工具要預熱到150~250c。

鍛造時,壓下量要小,送進量要大。鋼錠開坯鍛造時,開始要輕鍛,擊碎鋼錠表面的碳化物,以提高其塑性。要勤翻轉(zhuǎn),勤倒棱,螺旋送進，減少裂紋產(chǎn)生的可能性。要及時清除坯料表面的氧化皮和毛刺，否則，呈顆粒狀的氧化皮聚集易將鍛件壓出凹坑而造成廢品。擊碎鋼錠表面的碳化物后，可以適當重擊，當溫度接近900℃時要輕擊。本著兩輕一重，即先輕打,后重打，最后再輕打的原則進行鍛造。

鍛造中應注意三勤原則，即對坯料要勤翻轉(zhuǎn)、勤倒校、勤處理。_一旦坯科出現(xiàn)細小社漢’加R不渚除( 1000℃)用氣焊清除*后再進行鍛造,如果不清除或清除不*進行鍛造,則裂紋加劇勿戰(zhàn)的語于該鋼種較硬,變形抗力大，要選用較大噸位的設備進行鍛造,這樣可增加鍛件內(nèi)部的致密度，提高生產(chǎn)效率。

鍛后處理及冷卻方式

為了防止鍛件冷卻速度過快，內(nèi)應力過大產(chǎn)生裂紋，因此采取鍛后灰冷的方式對鍛件進行緩慢冷卻。為消除鍛件的殘余內(nèi)應力，降低其硬度以利于切削加工，鍛后應進行退火處理心內(nèi)個小時，然后出驗，將鍛件加熱到900℃后，保溫3~4個小時,然后出爐灰冷,確保冷卻速度低于30℃/h,灰冷到500℃后進行空冷，也可一直灰冷至室溫。若采取爐冷，占爐時間長，影響爐子的利用率，不利于安排生產(chǎn),并且很難準確控制冷卻速度。可以按下面工藝曲線進行退火:

根據(jù)跟蹤調(diào)查和客戶反饋的信息表明，此方案是可行的,并取得了良好的效果。不但提高了鍛件的成品率，還改善了鍛件的機械性能，克服了切削加工困難的問題。同時又提高了爐子的利用率，從而提高了生產(chǎn)率。

H13鋼是較難鍛的鋼種，但只要加強技術及管理工作，上下齊重視，嚴格遵守鍛造工藝規(guī)程和金屬變形規(guī)律，就會使鍛造難度大的鍛件鍛造成功。我們對鍛H13鋼之所以能順利地獲得成功，主要原因是對該鋼的鍛造特點進行了充分的分析和研究,并采取了相應的措施,總結(jié)出了兩輕一重和三勤的原則。為鍛造H13鋼種闖出了一條新路，而且此工藝對其它難鍛的鋼種如3~4Cr13、18Cr2Ni4w、30Mn2MoTiB等也起到了指導和借鑒的作用。