H13热作模具钢的大尺寸分析特征及生成机制

AISI H13热锻压模、热挤压模、铝合金压铸模作为一种具有强韧性的热作模具钢，广泛应用于热锻压模、热挤压模和铝合金压铸模。H13钢合金元素的质量分数较高，特别是钼、钒、铬等碳化物形成元素。在凝固过程中，合金元素的偏析会导致大型碳化物或碳氮化物的沉淀。这些大型硬沉淀相的存在无疑对模具钢产品的强度和韧性有害。本项目采用真空感应炉NADCA207-2003规定的H13钢成分范围进行实验室小钢锭熔炼，分析铸锭中大尺寸析出相的特征，同时利用热力学计算软件Thermo-calc计算凝固过程中大尺寸沉淀相的沉淀行为H13合理解释和分析钢中大尺寸沉淀相的沉淀行为。

  实验室真空感应炉熔炼钢锭的质量5kg，纯铁、金属铬、金属钼、金属锰和金属硅是合金原料FeV5.18钒铁合金。钢锭成分如表1所示，由于合金原料中携带少量硫，更终硫质量分数为0.0059%。纵向平均切割冶炼钢锭，沿横截面1/2半径和中心取样1/2高度10mm×10mm×10mm。样品粗磨抛光，采用SEM EDS观察大尺寸沉淀物的形状和成分特征。

表1 钢锭成分(质量分数，%)

项目

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

S

N

NADCA

207-2003

0.37～0.42

0.80～1.20

0.20～0.50

5.00～5.50

1.20～1.75

0.80～1.20

-

-

H13

0.42

1.06

0.42

5.38

1.50

0.97

0.0059

0.0056

    研究发现，H13钢中大尺寸沉淀相包含3类-富钒（V，Mo，Cr，Fe）C类、富Mo-Cr的（V，Mo，Cr，Fe）C硫化锰。富钒的（V，Mo，Cr，Fe）C大尺寸沉淀相形状多为长条形，尺寸达数十微米，部分依附于硫化锰核沉淀相呈椭圆形；富Mo-Cr的（V，Mo，Cr，Fe）C析出相无规则形貌，钼、铬原子分数相差不大，钒原子分数稍低。根据复合大尺寸析出相的结合形式，可以推测出大尺寸析出相的析出顺序。硫化物首先析出，富钒类（V，Mo，Cr，Fe）C相随后，富Mo-Cr类（V，Mo，Cr，Fe）C相则更终沉淀。结合大尺寸沉淀相的成分特征，Thermo-calc计算结果与试验结果一致。

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