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H13钢是国内外广泛使用的铬含量为5%系列的中碳合金热作模具钢,该钢在使用温度达600℃及以上时热强性明显不足。对比国内外研究发现,通过降低Cr含量提高Mo含量是开发新型高热强性热作模具钢的重要合金化思路。本文以H13钢为基础,通过降低Cr含量到3%,提高Mo含量降低V含量,添加Ni元素,开发出两种新型热作模具钢C1和C3钢,将其与H13钢作对比,制定不同的热处理制度,从而确定新钢种最佳的热处理工艺。同时系统的研究合金元素的变化对钢种的组织与性能的影响,得到的结论如下:1、通过热力学计算发现:合金元素含量的改变降低C1钢和C3钢的临界点温度,使得钢α铁素体向γ奥氏体转变温度区间变宽,合金碳化物的溶解温度降低。2、C1钢与C3钢的淬火硬度峰值温度分别是1050℃和1030℃,峰值为61.4HRC和61.2HRC,均高于H13钢的硬度峰值58.5HRC。根据淬火晶粒度及硬度峰值,选取C1钢1030℃、C3钢在1000℃为最佳淬火温度。3、试验钢在最佳淬火温度下淬火,不同温度下回火时,均存在二次硬化现象,二次硬化峰值温度均为510℃。C1钢由于Mo含量更高,析出大量呈弥散分布的以Mo为主的M2C碳化物,二次硬化效应得到强化,使得硬度峰值更高。600℃回火时C1钢回火硬度达到50.6HRC,分别高出H13钢和C3钢5.5HRC和6.1HRC。同时由于过高的Mo含量,600℃保温24h后C1钢硬度为42HRC高于H13钢的37HRC,C1钢在650℃保温8h后硬度仍可达到38HRC,C1钢具有更高的回火抗性。4、随回火温度的升高,三种试验钢的冲击功在510℃以后开始上升,600℃回火后H13钢、C1钢、C3钢的冲击功分别为66J、46J、47J,由于Ni元素的添加C1钢与C3钢高温时韧性增长更快,700℃时冲击韧性与H13钢基本相同。对比三种试验钢的拉伸性能,C1钢Mo元素的提高,析出大量的M2C阻碍马氏体板条位错的回复,提高强度。600℃回火后,C1钢的屈服强度为1579 Mpa,较H13钢高258Mpa,C3钢为1278Mpa,在该温度下C1钢的抗拉强度为1807Mpa,较H13钢高262Mpa,C3钢为1493Mpa,C1钢具有更高的强度。