長(zhǎng)祥鍛造模具有限公司
我國(guó)自20世紀(jì)80年代引入國(guó)外通用銘系熱作模具鋼，但一直以來(lái)關(guān)于國(guó)產(chǎn)熱作模具鋼同國(guó)外先進(jìn)水平的對(duì)比卻很少見(jiàn)諸報(bào)道。
本文選用國(guó)產(chǎn)的H13和瑞典8407鋼，從組織、沖擊韌性等方面進(jìn)行對(duì)比分析，為明確國(guó)內(nèi)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(xué)成分分析
國(guó)產(chǎn)H13和8407化學(xué)成分見(jiàn)表1為方便對(duì)比，表1中還列入GB/T 1299-2000規(guī)定的相當(dāng)于H13的4Cr5MoSiV1鋼的化學(xué)成分和NADCA*207-2003中優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的化學(xué)成分。
與8407鋼相比，國(guó)產(chǎn)H13的P、S偏高，查閱過(guò)的文獻(xiàn)指出，降低鋼中P、S對(duì)提高沖擊韌性及斷裂韌性效果顯著。
與國(guó)產(chǎn)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M(jìn)o”的研發(fā)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(shí)析出較多細(xì)桿狀M2C型碳化物，強(qiáng)化基體。而V是強(qiáng)碳（氮）化物形成元素，V含量增加可形成更多細(xì)小且彌散的MC型碳化物，顯著提高回火穩(wěn)定性。
總體而言，8407合金成分設(shè)計(jì)優(yōu)于國(guó)產(chǎn)H13。
02
退火顯微組織
NADCA#207-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(guó)產(chǎn)H13和8407退火組織如圖1所示。
按NADCA標(biāo)準(zhǔn)，H13評(píng)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(jù)NADCA規(guī)定，8407退火組織評(píng)為合格，且符合高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
03
夾雜物等級(jí)
國(guó)產(chǎn)H13和8407的夾雜物類型及等級(jí)見(jiàn)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(jí)均滿足高級(jí)鋼要求，但兩產(chǎn)品均含DS類大顆粒球狀?yuàn)A雜物，均為1.0級(jí)DS類夾雜物，出現(xiàn)幾率較低，標(biāo)準(zhǔn)中未作要求，但若降低其等級(jí)其至消除，將利于產(chǎn)品質(zhì)量提升。
04
晶粒度
NADCA#207-2003規(guī)定，經(jīng)調(diào)質(zhì)后，H13鋼的晶粒度不低于7級(jí)。經(jīng)分析國(guó)產(chǎn)H13鋼的晶粒度為9.5級(jí)，而8407鋼晶粒度為10級(jí)，兩者均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但國(guó)產(chǎn)H13晶粒尺寸偏大。
05
退火態(tài)硬度
NADCA#207-2003規(guī)定，H13退火硬度不高于235HB，最優(yōu)值為不髙于205HB。國(guó)產(chǎn)H13和8407退火硬度見(jiàn)表3，二者均滿足NADCA標(biāo)準(zhǔn)，8407硬度更接近最優(yōu)值。
06
沖擊性能及斷口形貌
NADCA*207-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣經(jīng)調(diào)質(zhì)后測(cè)硬度，要求為42-50HRC，最優(yōu)為44-46HRC。
取樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，要求優(yōu)質(zhì)鋼沖擊韌性不低于10.85J/cm2,高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的沖擊韌性不低于13.56J/cm2。
國(guó)產(chǎn)H13和8407的調(diào)質(zhì)態(tài)硬度分別為48.1HRC和44.0HRC，兩產(chǎn)品均滿足NADCA標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)產(chǎn)H13硬度稍高，8407調(diào)質(zhì)硬度符合最優(yōu)值.
對(duì)國(guó)產(chǎn)H13和8407鋼分別進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，測(cè)得國(guó)產(chǎn)H13沖擊韌性值為13.58J/cm2，而8407的沖擊韌性為14.60J/cm2，兩產(chǎn)品均滿足高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的要求，但8407的沖擊性能優(yōu)于國(guó)產(chǎn)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(guó)產(chǎn)H13和8407斷口均呈準(zhǔn)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(yīng)力在整個(gè)斷口平面分布較均勻。其斷口中顯微孔洞數(shù)量較多，這些孔洞在應(yīng)力作用下，沿空間三個(gè)方向均勻長(zhǎng)大，因此形成一定數(shù)量有較大深度的等軸韌窩。
國(guó)產(chǎn)H13和8407鋼的斷口中均存在大量呈無(wú)規(guī)則取向分布的結(jié)晶狀小刻面，這些小刻面間以撕裂方式相接，可見(jiàn)明顯的撕裂棱，且前者存在更多的撕裂棱。兩者相比，國(guó)產(chǎn)H13鋼的準(zhǔn)解理斷裂特征更為明顯。
對(duì)于韌性斷裂而言，韌窩大小、深淺及數(shù)量是表征材料韌性水平的重要指標(biāo)。8407的韌窩尺寸和深度較大，沖擊性能較優(yōu)。
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(guān)。8407鋼的P較低，而P降低會(huì)減弱鋼的冷脆傾向。
國(guó)產(chǎn)H13和8407夾雜物水平相當(dāng)，但前者晶粒較大,也會(huì)導(dǎo)致韌性變差。
07
結(jié)論
（1）以成分而言：
國(guó)產(chǎn)H13比8407成分特點(diǎn)為低P、低Si、高M(jìn)o、高V，但兩者均評(píng)為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。
（2）退火組織：
國(guó)產(chǎn)H13評(píng)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(jí)鋼要求。
（3）顯微清潔度:
兩者夾雜物等級(jí)一致，均滿足高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的要求，但兩者均含DS類大顆粒夾雜物。
（4）晶粒度:
兩種產(chǎn)品的晶粒度等級(jí)均合格，但8407鋼的晶粒度等級(jí)更大，晶粒尺寸更為細(xì)小。
（5）退火硬度:
兩種產(chǎn)品退火態(tài)硬度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但8407鋼的硬度更低。
（6）沖擊性能：
兩產(chǎn)品均滿足高級(jí)鋼的要求，但8407鋼比國(guó)產(chǎn)H13沖擊韌性高，沖擊性能更優(yōu)異。
如果您的使用要求并不高，H13完全可以達(dá)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(jià)比會(huì)更高。
