H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制

　　H13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。本项目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，分析铸锭中大尺寸析出相的特征，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FeV5.18钒铁合金。获得钢锭成分如表1所示，由于合金原料中会携带些许硫，钢锭最终硫质量分数为0.0059%。将冶炼钢锭纵向平均剖开，在高度1/2处沿横截面1/2半径及中心处取样，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。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。

　　表1 钢锭成分(质量分数，%)

　　研究发现，H13钢中大尺寸析出相包含3类—富钒的(V，Mo，Cr，Fe)C类、富Mo-Cr的(V，Mo，Cr，Fe)C类及硫化锰。富钒的(V，Mo，Cr，Fe)C类大尺寸析出相形状多呈现长条形，尺寸达数十微米，部分依附于硫化锰形核的析出相呈类椭圆形;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相则最后析出。结合大尺寸析出相的成分特征，Thermo-calc计算结果与试验结果一致。