H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制

优胜编程龚老师

H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制：



AISIH13作为一种强韧兼备的热作模具钢，广泛用于热锻压模、热挤压模和铝合金压铸模，本身需要具备优良的高温强度及韧性。H13钢合金元素质量分数较高，尤其是碳化物形成元素钼、钒、铬，

凝固过程中合金元素的偏析会导致大尺寸碳化物或碳氮化物的析出，这些大尺寸硬质析出相的存在，对于模具钢产品的强度、韧性无疑是有害的。H13钢中大尺寸析出相主要包含钒、铬、钼的碳化物

相或碳氮化物相，各大尺寸析出相中或多或少会固溶一些其他的合金元素，这些大尺寸析出相一般认为是在钢液凝固过程中所形成，然而目前研究中对于大尺寸析出相的行为特征，并没有详细的分

析，对其析出机制，也没有得到合理一致的解释说明。


在实际生产过程中对铸锭取样存在诸多不便，取头部或尾部试样不具有代表性，取铸锭中部试样则会使余下部分无法继续锻造成材，造成材料的浪费，而在锻材、轧材上取样无法还原出大尺寸析出

相的原始形貌。北科大研究人员采用真空感应炉按照NADCA207-2003规定的H13钢成分范围进行实验室小钢锭熔炼，分析铸锭中小尺寸析出相的特征，同时利用热力学计算软件Thermo-calc对凝固过程

中大尺寸析出相的析出行为进行计算，以此对H13钢中大尺寸析出相的析出行为进行合理的解释分析。

实验室真空感应炉熔炼钢锭质量为5kg，合金原料采用纯铁、金属铬、金属钼、金属锰及金属硅，钒采用FeV51.8钒铁合金。将钢锭纵向平均剖开，在高度1/2处沿横截面1/2半径及中心处取样。试样

进行粗磨、抛光，采用SEM+EDS对大尺寸析出物的形貌及成分特征进行观察。研究表明：

(1)实验室冶炼H13钢中大尺寸析出相包含3类，富钒的(V、Mo、Cr、Fe)C相、富Mo-Cr的(V、Mo、Cr、Fe)C相及硫化锰。富钒的(V、Mo、Cr、Fe)C相多呈长条状，尺寸可达数十微米，钼、铬质量分数

较低;富Mo-Cr的(V、Mo、Cr、Fe)C相形状不规则，钒质量分数相对较低。

(2)大尺寸析出相常结合在一起析出，3类析出相或由内而外包裹，或单方向首尾连接。通过大尺寸析出相的存在形式，可以大致推测出其析出顺序：硫化物首先析出，富钒类的(V、Mo、Cr、Fe)C相

随后，富Mo-Cr的(V、Mo、Cr、Fe)C相则最后析出。

(3)Thermo-calc计算所得凝固过程中析出相的成分特征及析出顺序与试验结果基本一致。随着凝固过程的进行，富钒的FCC-A1#相首先析出，富Cr-Fe的M7C3相及富Mo-Fe的M6C相在凝固末端最后析出

。按照成分特征，钢锭中存在的富Mo-Cr的(V、Mo、Cr、Fe)C相可能为M6C相及M7C3相的相互溶解相或混合相。