消除H13模具钢网状碳化物的热处理工艺研究

H13模具钢是从美国引进的H13空淬硬化热作模具钢，其牌号为4Cr5MoSiV1,执行标准为GB/T1299-2000，因为其属于C-Cr-Mo-Si-V型钢，具备较高的热强性，良好的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，是强韧兼备的热作模具钢，使用范围广泛，主要用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模，铝、铜及其合金压铸模。H13钢制作的模具生产的压铸件外观质量较其他模具好很多，因此十分受市场青睐。

然而由于H13属于中碳钢，且钢中强碳化物形成元素Cr、Mo、V含量较高，因此在锻造和热处理过程中稍有不慎便会出现大量沿晶碳化物，影响模具的冲击性能和使用寿命。因此，找出H13模具钢网状碳化物的有效控制措施，探索出一套合理的H13球化退火工艺是亟待研究解决的重点课题。

H13模具钢化学成分的特点：

1）中碳，质量分数为0.32～0.45%，以保证高硬度、高韧性和较高的热疲劳抗力。2）加入较多提高淬透性的元素Cr、Mn、Si，Mn可以改变钢在凝固时所形成氧化物的性质和形状，避免S在晶界上形成低熔点的FeS，而以具有一定塑性的MnS存在，从而消除S的有害影响，改善H13的热加工性能，Cr和Si又可以提高回火稳定性。

3）加入产生二次硬化的元素Mo、V，能有效防止第二类回火脆性，提高回火稳定性。

研究发现，H13钢退火组织中出现碳化物网状有两种原因：其一是锻后组织中奥氏体晶界已有细小的二次碳化物存在，锻后高温加热过程碳化物网没有完全被熔掉，在球化退火时得以保留；其二是锻后高温加热后淬火冷却速度偏慢，过饱和奥氏体可能在冷却过程中沿晶界析出二次碳化物，球化过程中碳化物进一步析出加粗。退火组织中已存在的碳化物网，在淬火+回火后，虽然很少形成全封闭网络，但网孔一般比较粗大，采用硝酸酒精溶液浸蚀磨面就能观察到白色网络，采用热染色可以更好地提高其清晰度。这种碳化物会严重影响模具钢的冲击韧性和等向性，导致模具早期失效。

试验表明，终锻温度控制不好、锻后加热温度过低及加热后冷却速度偏慢都会造成H13模具钢组织中出现大量网状碳化物，影响模具的性能和使用寿命，而加热温度越高，淬火冷却强度越大，球化退火所得到的退火显微组织越均匀，网状碳化物越少，无缺口冲击性能也越好。试验发现，锻后通过1100℃左右的高温加热，然后快速冷却能够有效避免和消除网状碳化物，获得均匀、理想的退火显微组织和性能。