微量镁改善H13钢中碳化物的机理研究

H13热作模具钢属于中碳钢，钢中的Cr、Mo、V含量较高，因此钢在凝固过程中这些碳化物形成元素会偏聚析出大量的网状碳化物，经过热处理也很难完全消除，从而降低了钢的性能。近年来，研究发现向钢中加入一定量的镁能够改善钢中碳化物的形态分布，提高钢的性能。但目前仍处于经验阶段，同时关于镁对H13钢铸态组织和一次碳化物的影响研究还较少，因此科研人员以H13钢为研究对象，探究镁对其铸态组织和碳化物的作用及机理。

试验材料采用H13钢，经20kg真空感应炉冶炼6组加入不同镁含量（0、0.001%、0.0025%、0.004%、0.0055%、0.007%）的含镁钢锭，其中镁以镁镍合金（镁的质量分数为25%）的方式加入钢中。

将成品的H13钢截取后，加入到中频炉内，盖上炉盖，将炉子升温，同时将炉内抽成真空，之后先向炉内通入氩气使炉子内部压强达到0.07MPa，再次把炉内抽成真空，达到洗气的目的，最后再将炉内通入氩气至炉内压强达到0.07MPa，待钢全部融化后，加入镁镍合金，2min之后出钢，浇铸成锭，空冷至室温。将钢锭取出，在离钢锭底部30mm处取20mm×20mm×20mm的小钢样，通过光学显微镜观察碳化物的形貌和分布，利用扫描电镜对碳化物成分进行分析。结果表明：

（1）H13钢中加入微量的镁元素之后，能够打断H13钢中的网状碳化物，改善碳化物的形状以及其在钢中的分布，使粗大的网状碳化物转变成细小的短条状，经过镁处理后的H13钢中的碳化物以M7C3型铬铁复合碳化物（（Fe，Cr）3C）为主。

（2）镁细化H13钢中的碳化物有一个含量范围，在这个范围内镁含量越高，碳化物的细化程度就越高，但当达到一定程度之后随着镁含量的加入，其对碳化物的细化效果变差，直至最后细化效果消失。镁加入量为0.004%时，其对碳化物的细化效果最佳。

（3）通过理论分析，在钢凝固冷却的过程中，镁元素向晶界处的偏聚倾向较大，偏聚程度也较高，当镁元素偏聚到晶界处之后，析出的碳化物以镁为形核核心形成碳化物晶体，从而阻碍了网状碳化物在晶界处的长大。