H13熱模具鋼顯微組織金相分析
關鍵詞：熱作模具鋼；熱處理；顯微組織
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1 序言
在淬硬環境中，H13鋼具有較強的韌性，并具有優異的耐熱裂性，是一種既堅韌又耐熱的空冷硬化型熱作模具用鋼。適用于制造壓鑄模具、擠壓模具、熱切邊模具、熱鍛模具等。
在中國，H13鋼是4Cr5MoSiV1鋼。法國的AFNORZ40COV5與日本的JISSKD61相似，德國的DIN1.2344，瑞典的SS142242。
大家都知道，熱作模具鋼的質量是危害模具壽命的重要因素。現在，主要通過顯微組織對熱作模具鋼的質量進行分析。北美壓鑄協會模具材料委員會編制的《高端H13鋼壓力鑄造模具驗收標準》廣泛應用于鑒定顯微組織。NADCA#207-90。參照圖普，近期探索的顯微帶狀組織驗收可以更好地顯示鋼材的力學性能和模具壽命之間的關系。所以，它們是金相定級材料的重要指標。本論文從這兩個方面對一種國產H13鋼進行顯微組織分析，并對這些材料的真空淬火顯微組織進行研究。
2 按照NADCA的解釋
按照NADCA#207-90規范，一般試件都是在淬火狀態下推斷的。
2.1 材料成分：
表1列出了國產H13鋼的化學成分分析結論。H13鋼和NADCA#207-90中高級H13鋼的成分也包含在ASTMA681(最新修訂版)中，表中包含的4Cr5MoSiV1鋼是GB/T1299-2000《合金工具鋼》所規定的H13鋼成分。
降低鋼中硫含量對于提高H13鋼的純度，從而提高其性能具有重要意義。文獻[3]介紹，當硫的質量濃度為0.014%時，可大大提高鋼件的斷裂韌性KIC值。高質量的海外電渣重熔H13鋼含硫量濃度保持在0.005%～0.008%范疇。這里，國內電渣重熔鋼H13R還有待提高。
2.2 純度：
NADCA#按ASTME-45-97(最新修訂版)進行鋼中非金屬夾雜物成分等級測量，207-90要求。這是一種利用JK定級圖來識別非金屬夾雜物的瑞典Jernkontoret方法。根據夾雜物的形狀(不根據夾雜物的成分)和分布分為四種基本類型，記錄為A、B、C和D，并且根據夾雜物的厚度或孔徑分為兩個系列，用字母e表示粗系。
國產H13R鋼試件具體測量結論見表2，基于試件中最嚴重的視角，結果表明該鋼純度略有偏差。NADCA#207-90的允許等級在表中。所以相應納入進口2344(德國)、H13鋼在W302(奧地利)的測定值。
2.3 淬火強度：
NADCA#H13鋼供應時，207-90標準淬火強度不得高于235HB。淬火態和冷拉態是ASTMA681-94標準中最需要的
235HB和262HB具有高韌性。表3列出了國內H13R鋼及循環淬火、高淬高回工藝的預處理試樣測量硬度值。為了方便比較，也列
進口2344和W302鋼的相應測量值。
2.4 淬火顯微組織
在鐵素體基體上，H13鋼供應態淬火顯微組織均勻分布在球形合金滲碳體上。NADCA#根據鋼材等級和規格驗收合格等級，207-90規范相差甚遠。
圖1顯示了國內H13R鋼淬火態顯微組織。在某些地區，鐵素體基材呈位向分布，在某些地區呈等軸狀分布，細點合金滲碳體分布不均勻，鐵素體晶界二次合金滲碳體析出較多，有些晶界幾乎呈鏈狀析出顆粒和細桿狀滲碳體。在GB1299-2000標準中，這種類型的第二級圖被評為≥4級，達標不得超過2級。根據NADCA#207-90規范，圖1所示機構應評為不合格。
預處理試樣顯微組織見圖2，國內鋼經循環淬火和高淬高回(在真空爐中進行)(a)和(b)。按圖2(a)換句話說，鐵素體的位置慢慢趨向于等軸狀，滲碳體的聯合分布水平有所提高，但是晶界上仍然有滲碳體呈鏈狀析出。按圖2(b)換句話說，鐵素體基材仍然保持著奧氏體和粒狀貝氏體(見圖4.)粒狀合金滲碳體的位置比較均勻。圖2顯示了NADCA#207-90規范。(a)評定為不過關；圖2(b)評定為基本合格，但不符合高質量H13鋼。
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圖1 H13R鋼淬火態顯微組織(×500)
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圖2 H13R循環淬火(a)跟高淬高回(b)顯微組織
a)×500????????????????????????????? b)×500
2.5 晶粒大小：
NADCA#207-90規范對晶粒尺寸的測量有特殊要求，但ASTM比較法也可以根據一定的工藝處理金相檢測試件。延伸標準是
ASTME-晶粒尺寸應在7級以上，112。
本文對具體解決試件進行了晶粒度測量，結論見表4。在測量過程中，樣品的放大倍數為400倍，換算成晶粒度值增加100倍。
2.6 熱處理特點：
NADCA#207-90標準：經1010℃(1850u)奧氏體化后，厚度不大于25.4mm的H13鋼件空冷，其最低強度應達到50HRC。
在真空爐中，國內某H13R鋼1#和2#具體工件厚度為180mm，經1030℃奧氏體化。
