H13模具钢金相组织分析.doc

热作模具钢H13的显微组织金相分析

摘要：按照北美压铸协会提出的优质压铸模H13钢验收标准NADCA#207-90和H11、H13及改良型钢的显微成分偏析验收参考图谱对H13某国产钢进行显微组织分析，并对其真空淬火显微组织进行研究。
关键词：热作模具钢；热处理；显微组织

1前言
H13钢在淬硬条件下具有较高韧度，并具有优良的抗热裂能力，是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢。它适用于制造压铸模、挤压模、热切边模、热锻模的热冲孔模具等。
H13钢在我国为4Cr5MoSiV1钢。德国的DIN1.2344，瑞典的SS142242，法国的AFNORZ40COV5和日本的JISSKD61与之相类似。
众所周知，影响模具寿命的最重要因素是热作模具钢的质量。现在，描述热作模具钢的质量主要通过显微组织分析。评定显微组织的标准广泛采用北美压铸协会模具材料委员会编的《压力铸造模具用高级H13钢的验收标准》NADCA#207-90。新近研究的显微带状组织验收参考图谱更能说明钢材力学性能和模具寿命的关系。因而，它们是对材料进行金相评级的重要依据。本文从这两方面着手对一种国产H13钢进行显微组织分析，并对这种材料的真空淬火显微组织作研究。
2按NADCA的分析
按照NADCA#207-90标准，一般试样都在退火态下进行推测。
2.1材料化学成分：
国产H13钢的化学成分分析结果列于表1。表中还列入ASTMA681(最新修订版)中H13钢和NADCA#207-90中高级H13钢的化学成分，表中列入的4Cr5MoSiV1钢为GB/T1299-2000《合金工具钢》中规定的相当于H13钢的成分。

降低钢中含硫量对提高H13钢的纯净度，从而改善其性能具有重要意义。文献[3]介绍，硫的质量分数<0.014%时可以大大提高钢件的断裂韧度KIC值。国外电渣重熔优质H13钢的含硫质量分数控制在0.005%～0.008%范围。在此，国产电渣重熔钢H13R尚有待提高。
2.2纯净度：
NADCA#207-90规定，钢中非金属夹杂物含量等级测定按ASTME-45-97(最新修订版)中方法A进行。它基于瑞典Jernkontoret方法来评定非金属夹杂物，应用JK评级图。评级按夹杂物形态(不依据夹杂物成分)和分布分四种基本类型，记为A、B、C和D，并据夹杂物厚度或直径分粗细两种系列，对粗系以字母e表示。
国产H13R钢试样实际测定结果见表2，以试样中最严重的视域为依据，结果表明该钢的纯净度略有超差。表中允许等级为NADCA#207-90的规定。为此比较，相应列入进口2344(德国)、W302(奥地利)的H13钢的测定值。

2.3退火态硬度：
NADCA#207-90标准规定，H13钢交货时退火态硬度不应高于235HB。在ASTMA681-94标准中规定退火态和冷拉态的最
高硬度为235HB和262HB。国产某H13R钢及循环退火、高淬高回工艺进行预处理试件测定硬度值列于表3。为便于比较，也列
入进口2344和W302钢的相应测定值。

2.4退火显微组织
H13钢供货态退火显微组织为铁素体基体上均匀分布着球状合金碳化物。NADCA#207-90标准按钢材等级和尺寸验收合格级别相差相当大。
国产某H13R钢的退火态显微组织示于图1中。铁素体基体在有的区域呈位向分布，在有的区域呈等轴状分布，细点状合金碳化物分布不匀，铁素体晶界上二次合金碳化物析出较多，有的晶界上几乎呈链状析出粒状和细杆状碳化物。这种分布按GB1299-2000标准中第二级别图评定为≥4级，合格应不大于2级。按NADCA#207-90标准，图1示的组织应评为不合格。
国产钢经循环退火和高淬高回(真空炉中进行)预处理试件显微组织见图2(a)和(b)。按图2(a)言，铁素体位向逐渐趋于等轴状，碳化物均匀分布程度有提高，但晶界上仍有呈链状析出的碳化物。按图2(b)言，铁素体基体仍保持着马氏体和粒状贝氏体(见图4.)的位向，粒状合金碳化物分布较为均匀。按NADCA#207-90标准，图2(a)评为不合格；图2(b)评为基本合格，但不符合优质H13钢要求。

图1H13R钢退火态显微组织(×500)

图2H13R循环退火(a)和高淬高回(b)显微组织
a)×500b)×500
2.5晶粒大小：
NADCA#207-90标准对晶粒大小测定有特殊规定，但也可按一定工艺处理的金相检验试样采用ASTM比较法，沿用标准为
ASTME-112，晶粒大小应在7级以上。
本文对实际处理试样作晶粒度测定，结果见表4。测定时试样的放大倍数为400，换算成放大100倍时的晶粒度值。

2.6热处理特性：
NADCA#207-90标准规定：厚度不大于25.4mm的H13钢件经1010℃(1850u)奥氏体化后空冷，其最低硬度应达到50HRC