長祥鍛造模具有限公司
我國自20世紀80年代引入國外通用銘系熱作模具鋼，但一直以來關于國產熱作模具鋼同國外先進水平的對比卻很少見諸報道。
本文選用國產的H13和瑞典8407鋼，從組織、沖擊韌性等方面進行對比分析，為明確國內外模具材料性能差異以及模具選材提供一定的參考。
01
化學成分分析
國產H13和8407化學成分見表1為方便對比，表1中還列入GB/T 1299-2000規定的相當于H13的4Cr5MoSiV1鋼的化學成分和NADCA*207-2003中優質鋼和高級優質鋼的化學成分。
與8407鋼相比，國產H13的P、S偏高，查閱過的文獻指出，降低鋼中P、S對提高沖擊韌性及斷裂韌性效果顯著。
與國產H13比，8407降低了Si含量，增加了Cr、Mo及V的含量，符合第二代H13 “低Si高Mo”的研發思路。
有研究表明降低Si含量，可降低回火脆性，弱化脫碳敏感性，研究表明Mo提高，可顯著增加H13淬透性，且能在回火時析出較多細桿狀M2C型碳化物，強化基體。而V是強碳（氮）化物形成元素，V含量增加可形成更多細小且彌散的MC型碳化物，顯著提高回火穩定性。
總體而言，8407合金成分設計優于國產H13。
02
退火顯微組織
NADCA#207-2003標準規定,H13鍛后退火顯微組織為鐵素體基體上均勻分布有球狀合金碳化物。
國產H13和8407退火組織如圖1所示。
按NADCA標準，H13評為不合格。
而8407鋼退火后碳化物顆粒分布的均勻度較高，但部分晶界仍有少量碳化物呈鏈狀析出。根據NADCA規定，8407退火組織評為合格，且符合高級優質鋼的標準。
03
夾雜物等級
國產H13和8407的夾雜物類型及等級見表2，由表2知。
兩者顯微清潔度一致，均不含B類和C類夾雜物，其中A類和D類夾雜物等級均滿足高級鋼要求，但兩產品均含DS類大顆粒球狀夾雜物，均為1.0級DS類夾雜物，出現幾率較低，標準中未作要求，但若降低其等級其至消除，將利于產品質量提升。
04
晶粒度
NADCA#207-2003規定，經調質后，H13鋼的晶粒度不低于7級。經分析國產H13鋼的晶粒度為9.5級，而8407鋼晶粒度為10級，兩者均滿足標準要求，但國產H13晶粒尺寸偏大。
05
退火態硬度
NADCA#207-2003規定，H13退火硬度不高于235HB，最優值為不髙于205HB。國產H13和8407退火硬度見表3，二者均滿足NADCA標準，8407硬度更接近最優值。
06
沖擊性能及斷口形貌
NADCA*207-2003標準規定，試樣經調質后測硬度，要求為42-50HRC，最優為44-46HRC。
取樣進行沖擊試驗，要求優質鋼沖擊韌性不低于10.85J/cm2,高級優質鋼的沖擊韌性不低于13.56J/cm2。
國產H13和8407的調質態硬度分別為48.1HRC和44.0HRC，兩產品均滿足NADCA標準，但國產H13硬度稍高，8407調質硬度符合最優值.
對國產H13和8407鋼分別進行沖擊試驗，測得國產H13沖擊韌性值為13.58J/cm2，而8407的沖擊韌性為14.60J/cm2，兩產品均滿足高級優質鋼的要求，但8407的沖擊性能優于國產H13鋼。
圖2為不同H13鋼橫向沖擊試樣斷口形貌：分析圖2可知，國產H13和8407斷口均呈準解理和韌窩混合特征。
兩者相比，8407宏觀斷口平面更為平整，表明應力在整個斷口平面分布較均勻。其斷口中顯微孔洞數量較多，這些孔洞在應力作用下，沿空間三個方向均勻長大，因此形成一定數量有較大深度的等軸韌窩。
國產H13和8407鋼的斷口中均存在大量呈無規則取向分布的結晶狀小刻面，這些小刻面間以撕裂方式相接，可見明顯的撕裂棱，且前者存在更多的撕裂棱。兩者相比，國產H13鋼的準解理斷裂特征更為明顯。
對于韌性斷裂而言，韌窩大小、深淺及數量是表征材料韌性水平的重要指標。8407的韌窩尺寸和深度較大，沖擊性能較優。
橫向沖擊性能主要與鋼的成分、潔凈度、帶狀偏析、析出碳化物尺寸及分布有關。8407鋼的P較低，而P降低會減弱鋼的冷脆傾向。
國產H13和8407夾雜物水平相當，但前者晶粒較大,也會導致韌性變差。
07
結論
（1）以成分而言：
國產H13比8407成分特點為低P、低Si、高Mo、高V，但兩者均評為高級優質鋼。
（2）退火組織：
國產H13評為不合格，8407鋼鐵素體基體上均勻分布有球狀碳化物，滿足高級鋼要求。
（3）顯微清潔度:
兩者夾雜物等級一致，均滿足高級優質鋼的要求，但兩者均含DS類大顆粒夾雜物。
（4）晶粒度:
兩種產品的晶粒度等級均合格，但8407鋼的晶粒度等級更大，晶粒尺寸更為細小。
（5）退火硬度:
兩種產品退火態硬度均滿足標準要求，但8407鋼的硬度更低。
（6）沖擊性能：
兩產品均滿足高級鋼的要求，但8407鋼比國產H13沖擊韌性高，沖擊性能更優異。
如果您的使用要求并不高，H13完全可以達到您的使用期望，但是如果您是用于壓鑄使用甚至更高端，或許8407，8418的性價比會更高。
