H13钢模块横向冲击不合格

   H13热模具钢具有良好的热强度、耐冷热疲劳和耐液态金属腐蚀性，广泛应用于热挤压模具、铝合金压铸模具等模具中。由于模具在使用过程中需要承受较大的冲击力，冲击性能决定了模具的使用寿命。随着汽车工业的发展，压铸工艺主要用于生产汽车支架、离合器、油底壳等部件。高压和高速填充压铸模型腔是压铸的两个特点。与挤压模具相比，压铸模具在生产过程中需要承受较大的冲击，特别是在制造较大的部件时，对模具钢的质量要求较高。传统工艺生产H挤压模具采用相对较小的钢棒和模块，其使用寿命可达预期效果。

   某厂某批次H13钢模块的生产工艺是铁液预处理→20t电炉冶炼→LF精炼炉(钢包精炼炉)→VD真空处理炉(真空精炼炉)→浇铸成16t铸棒→16t气体保护电渣炉重熔1666t钢锭→钢锭退火→加热(1180℃，20h)→45MN快锻开坯/成材(截面规格为4000)mm×500mm)→退火→无损检测→取样检验。在钢板冲击试验中，发现冲击性能未达到预期目标，为了找出冲击性能低、大冶特种钢有限公司、湖北优质特种钢重点实验室、湖北黄石产品质量监督检验李永元、杨研究人员分析材料，找出冲击不合格的原因，为后续生产提供改进依据。

NO.01

理化检验

1.1 化学成分分析

   冲击检测不合格H13钢模块化学成分的化学成分GB/T 1299—2014 工模钢标准要求。

1.2 冲击性能测试

   选择无水平间

1.3 冲击样品断口扫描电镜分析

   超声波清洗后，用扫描电镜分析冲击样品的断口。对于冲击功未达到预期目标的样品，整个断口相对平整。放大观察后，发现断裂源区域可以看到不同程度的晶体断裂特征，高冲击样品沿晶体断裂区域面积较小；相反，低冲击样品沿晶体断裂区域面积较大。冲击功达到预期目标样品的断口微观形状是未沿晶体开裂的**窝。断口内无大型杂物等缺陷。冲击功率低、样品高的断口微观形状如图1、2所示。一般来说，断口沿晶体是晶体边界的一种表现形式。

1.4 金相检验

   直接抛光冲击样品截面后，用金相显微镜观察硝酸酒精侵蚀，发现低冲击样品局部晶体边界明显，晶体边界碳化物聚集明显，带状特性明显，无大尺寸碳化物。同批次退火样品冲击功率低。抛光硝酸酒精腐蚀后，用金相显微镜观察，组织为球状珠光体，局部球状碳化物链分布，无明显碳化物聚集，冶炼过程偏析处于正常水平。

   淬火组织为均匀的回火马氏体组织，无明显的晶体碳化物；相应的退火组织为均匀的球形珠光体，无碳化物聚集成网状现象（见图4）。

NO.02

综合分析

   通过电渣冶炼H13钢的化学成分符合标准GB/T 根据组织观察，1299-2014年无明显碳化物聚集和带状偏析，断口无明显非金属夹杂物，冶炼过程控制正常。

   根据冲击断裂的微观形状和金相组织分析，低冲击样品的断裂呈现晶体特征，组织中有明显的网状碳化物。高冲击样品的断裂呈韧窝状，

   锻造前严格控制加热温度和锻造后冷却速度，可有效改善钢网碳化物沉淀。高温均匀化，增加锻造过程的变形，降低更终锻造温度，可充分细化和分散钢中的碳化物，有利于抑制晶体边界二次碳化物的沉淀。H13钢经高温均匀化处理后，可有效改善冶炼凝固过程中形成的成分分析，削弱晶体边界碳化物和杂质的偏聚倾向。锻造后的快速冷却过程可有效防止钢厚度或网状碳化物的沉淀，避免组织中二次碳化物沿晶体边界沉淀形成碳化物链。锻造后的快速冷却和退火过程可使钢形成均匀的球形珠光体组织。钢内部组织可以通过增加锻造过程中的变形、破碎较大的铸造组织和不稳定的共晶碳化物来改善。如果条件允许，锻造工艺可以进一步改进H13钢组织为提高其性能。

NO.03

结语及建议

   (1) 电渣再熔炼H13钢水平冲击性能达不到预期目标的主要原因是锻造环节控制不当。热处理后，二次碳化物沿晶体边界沉淀，削弱晶体边界。只要避免二次碳化物沿晶体边界沉淀成网络，就能有效改进H13钢模块的横向冲击韧性。

   (2) 采用高温均匀化处理，增加锻造变形，提高锻造后冷却速度，减少偏析，避免碳化物沿晶界沉淀，可有效增强H13钢的冲击韧性。

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作者：李永灯1、杨娥2、周杨2、廖凯3

单位：1.大冶特种钢有限公司；

2.湖北省优质特殊钢重点实验室；

3.湖北省黄石市产品质量监督检验所

来源:2022年第二期《理化检验-物理分册》