乐发ll500　　更多材料问题，欢迎点击右侧咨询窗口与客服在线沟通，或与我们销售代表联系。H13钢是世界范围内使用较广泛的一种热作模具钢，其钢材质量直接影响模具的使用寿命影响H13钢材质量的重要因素是带状偏析及偏析带中的大块共晶碳化物，这也是国产H13钢中较常见的一种缺陷

　　模具钢，图源网络

　　1试验材料及方法

　　试验钢采用非真空感应炉初炼+电渣重熔，钢锭重量约75kg，经℃加热锻造成70mm圆棒，平均锻造比约为4锻造成品缓冷后，经880℃×2h760℃×4h等温退火试验钢的化学成分如表1(质量分数)所示

乐发ll500　　金相试样用4%硝酸酒精腐蚀，用光学显微镜和发射扫描电子显微镜和能谱分析仪观察和分析圆棒心部的显微组织碳化物的类型形态尺寸成分；采用显微硬度计进行显微硬度测定

　　2试验结果及分析

　　2.1铸态组织向退火组织的转化

　　试验钢锭头部铸态组织见图1组织中可见由大量合金碳化物富集的偏析带及存在于偏析带间的一次共晶碳化物[图1(b)]

　　(a)50倍金相照片；(b)500倍金相照片

　　图1.H13钢的铸态组织

乐发ll500　　凝固过程中，更先凝固区域碳及合金元素含量较低h13相当于我国的哪种钢，形成枝晶臂[图1(b)中“灰白色区域”]；在枝晶臂之间[图1(b)中“黑色区域”]以及晶界处更后凝固的液体由于富集金属元素，凝固时液体过饱和，会析出第二相粒子，这些第二相粒子偏聚于枝晶间就成为凝固过程中的微观偏析来源更后凝固的中心区域，碳及金属元素(主要是钒元素)富集会形成不平衡的亚稳定共晶碳化物，主要是MC共晶碳化物，呈现白亮条块状，见图1(b)所以，H13钢铸态组织中金属元素大量富集于枝晶间是后续组织中的带状偏析形成的直接原因

　　(a)横向；(b)纵向

　　图3.H13退火态金相组织

　　图3为试验钢经等温退火处理后横纵向组织可见，热锻拔长及等温退火对消除H13钢的带状偏析作用不明显更初的铸态组织枝晶偏析在钢锭热加工锻造过程中沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，在一定程度上仍保留着枝晶偏析，从而形成碳及金属元素的贫化带[图3(b)中“浅色区域”]富化带[图3(b)中“深色区域”]彼此交替堆叠的形貌两偏析带分别对应原铸态组织中的枝晶臂和枝晶间

乐发ll500　　偏析导致碳及金属元素的贫化带富化带固相转变温度不同。等温球化退火过程中碳化物为降低表面能逐渐以Oswald熟化的形式由小粒子向大粒子迁移，更终形成粗大碳化物和细小碳化物区域交替排列于铁素体上的形貌锻造对原枝晶间一次碳化物有碎化作用，但不能完全消除这些碳化物，退火后该类碳化物分布在二次碳化物密集区(图6)

　　图6.退火组织中的共晶碳化物

　　2.2淬回火处理后带状偏析的转化

　　图7为H13经过1030℃淬火后的组织由图可见，退火组织中带状偏析遗传到淬火组织中

乐发ll500　　(a)横向;(b)纵向

　　图7.H13淬火态金相组织

乐发ll500　　由于马氏体相变是一种无扩散型转变，因此淬火后金属元素分布不均匀状态被保留1030℃奥氏体化过程中，退火组织中(Cr,Fe)7C3M6C等相完全溶解进奥氏体，部分MC相(包括颗粒及共晶碳化物)由于溶点较高仍然保留退火组织中碳化物偏析造成淬火后残留MC碳化物的不均匀分布其结果是残留MC碳化物集中分布的区域，在较高的温度淬火后晶粒度仍保持较高的级别

　　这是由于细小的碳化物颗粒对晶界的钉扎作用，以及金属元素的富集降低了碳原子扩散速度，从而抑制晶粒长大退火+1100℃高温淬火热处理仍然不能消除组织中的粗大共晶碳化物，导致这些碳化物被保留到H13钢的更终回火状态（图12）

　　(a)深色区域；(b)浅色区域

　　图12.H13回火组织

乐发ll500　　回火组织中仍然存在条带差异，为淬火后带状偏析的组织遗传。但经较高温度回火以后，隐针和针状马氏体区域已不明显，组织为回火马氏体和细小的碳化物

　　金属元素的不均匀分布直接导致回火转变过程中组织转变差异，回火组织的不均匀性影响H13钢的更终力学性能更终得到的H13成品的横纵向V型缺口冲击试样冲击功分别为6.1和13.4J，等向性仅为0.46可见，带状组织在常规热处理之后，仅具有较低的力学性能尤其是显微硬度较高的带状偏析区，由于集中分布有大量残留共晶碳化物，材料受到外力作用时极易产生应力集中，是组织中的较薄弱地带

　　一般而言，相同冶炼条件下，随着尺寸的增大，钢锭心部力学性能有下降的趋势，即所谓的“尺寸效应”可见，工业上应用的大尺寸模具钢受带状偏析的影响更严重。

　　模具的使用寿命与钢材的冲击韧性有密切关系。Corwyn曾对532块不同退火带状偏析级别的模块做过试验h13相当于我国的哪种钢。研究发现，退火组织的优劣与冲击韧性存在一定的关系如果退火组织中存在严重的碳化物偏析带，偏析带中又存在大量的一次液析共晶碳化物，这种缺陷将被保留到回火状态，对钢的冲击韧性产生较大的影响带状偏析不仅影响钢的冲击韧性，还影响抗拉强度等一系列重要性能，从而降低钢材等向性

乐发ll500　　如上所述，常规热处理(退火-淬火-回火)无法显著改善元素的不均匀分布状况，不能消除带状偏析，锻造或者轧制虽然能减小带状偏析带宽，但仍不能从根本上消除偏析因此，退火前的原始组织的均匀性对钢的质量有重要的影响控制退火前组织的均匀性对得到均匀的退火组织有重要意义

乐发ll500　　长时间高温扩散退火能改善元素的不均匀分布状况，也能溶解偏析带中存在的大块共晶碳化物，使其尺寸减小，减轻一次共晶碳化物对钢材力学性能的影响高温扩散温度和时间的选择需考虑以下2个方面：

　　1)尽可能地提高扩散温度，增加扩散时间，更大限度地降低金属元素的偏析指数，但应考虑高温和长时间扩散造成的脱碳及晶粒的异常长大现象

乐发ll500　　2)高温扩散后采用特殊的细化方法恢复长大的晶粒有文献报道，采用这种工艺提高H13的退火组织的均匀性，从而提高H13的综合性能，笔者采用类似的工艺将H13的横纵向冲击功(V型缺口)分别提高到10.2和14.2J，等向性达到0.72h13相当于我国的哪种钢，但仍需进一步的试验研究提高H13的横向冲击韧性，以达到世界先进水平

　　1)H13钢铸态枝晶组织存在严重的成分偏析，这种偏析在热变形后沿锻造方向呈带状分布，造成退火组织中出现呈带状的碳化物偏析，表现为碳化物尺寸分布及密集程度差异，带状偏析的本质是金属元素的成分偏析

　　2)H13钢退火态带状偏析会遗传到淬火态及回火态，偏析带间的组织转变存在差异，组织的不均匀性影响H13钢的综合性能

乐发ll500　　3)常规热处理无法消除退火组织中偏析带中存在的大块一次液析共晶碳化物，这些碳化物一直保留到钢的回火状态，对H13钢的冲击韧性造成了较大的影响

乐发ll500　　4)控制良好的退火组织可以制造出高品质H13热作模具钢

　　GNRS3仪器特点:

乐发ll500　　手持式光谱仪｜直读光谱仪｜油料光谱仪

乐发ll500　　苏州东锜公司自创立以来一直秉承“诚信、务实、高效、创新”的企业精神，将这一精神融入到企业的经营管理和工作实践当中，并获得了社会各界信任与尊重。我公司先后多次被评为“苏州市钢材营销企业五十强”，“全国百强钢材营销企业”，被中国质量检验协会评为“全国质量服务诚信示范企业”及“全国行业质量示范企业”。

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