H13模具钢疲劳性能研究

　　H13模具钢里的高温渗碳后的疲劳性能的研究

　　1H13简介

　　H13是热作模具钢，执行标准GB/T1299—2000。 统一数字代号T20502;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模具钢特性

　　电渣重熔钢，该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，该钢含有较高含量的碳和钒，耐磨性好，韧性相对有所减弱，具有良好的耐热性，在较高温度时具有较好的强度和硬度，高的耐磨性的韧性，优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。

　　H13模具钢的渗碳工艺通常在930℃左右进行，是生产过程中能耗高、效率低、污染大的工艺。提高渗碳温度能够显著降低渗碳时间，提高生产效率，因此高温渗碳工艺日益受到重视并得到应用。不过，常用经950℃以上温度渗碳，原奥氏体晶粒会发生粗化，严重影响材料性能。因此，高温渗碳齿轮钢中需要添加微合金元素Nb、Ti、B等，它们的碳氮化物在高温渗碳时具有较高的稳定性，能够有效钉扎晶界迁移，阻止奥氏体晶粒长大，从而避免晶粒粗化。研究表明，930℃渗碳后齿轮钢的疲劳限与渗碳层原奥氏体晶粒尺寸密切相关。为此，在20CrMn齿轮钢基础上添加质量分数0.77%的Nb和0.048%的Nb+0.038%的Ti，研究2种微合金化经1000℃高温渗碳后的旋转弯曲疲劳性能。

　　试验用2种采用150kg真空感应冶炼，其化学成分如表1所示。2种试验钢具有较高的洁净度，氧氮含量都较低。将试验用钢锭加热至1200℃保温改锻成直径20mm棒料，经670℃退火5h后加工成旋转弯曲疲劳试样毛坯。将试样毛坯垂直挂在渗碳架上，移至高温真空渗碳炉，经80min后升温至1000℃开始渗碳，炉中碳势为1.1%。之后将2种钢疲劳试样精加工成终尺寸，金相及显微硬度试样截取疲劳试样的中间部分。