針對熱作模具鋼H13模(mo)塊(kuai)橫向沖(chong)擊(ji)(ji)功未達到設計要求(qiu)的(de)問題，采(cai)用掃描電鏡(jing)、顯微鏡(jing)觀察(cha)等(deng)方法對樣品進行了分析(xi)。結果表明(ming)：沖(chong)擊(ji)(ji)試樣斷口斷裂(lie)源區呈(cheng)沿晶斷裂(lie)特征，退火態顯微組(zu)織(zhi)為球粒狀(zhuang)珠光(guang)體，局(ju)部(bu)可見球狀(zhuang)碳化物(wu)呈(cheng)鏈狀(zhuang)分布，熱(re)處理(li)狀(zhuang)態下，局(ju)部(bu)可見碳化物(wu)呈(cheng)網狀(zhuang)分布;網狀(zhuang)碳化物(wu)是導致H13鋼模(mo)塊(kuai)沖(chong)擊(ji)(ji)功未達到設計要求(qiu)的(de)主(zhu)要原(yuan)因，改善鍛造工藝可提高H13鋼模(mo)塊(kuai)的(de)沖(chong)擊(ji)(ji)性能。

　　H13熱(re)(re)作(zuo)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)鋼具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)有良(liang)好的(de)(de)熱(re)(re)強性、抗冷熱(re)(re)疲(pi)勞性能(neng)及耐(nai)液態金屬沖(chong)(chong)蝕性，被廣泛用(yong)于熱(re)(re)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)、鋁合金壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)等(deng)各類(lei)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)中(zhong)[1]。由于模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)在使用(yong)過(guo)程中(zhong)需要承受較大(da)的(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)力，因(yin)此(ci)沖(chong)(chong)擊(ji)性能(neng)決定了模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命。隨著(zhu)汽(qi)車行業的(de)(de)發展(zhan)，汽(qi)車支架、離合器、油底殼等(deng)零部件(jian)的(de)(de)生(sheng)產主要采用(yong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)工(gong)藝[2,3,4,5]。高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)和高(gao)速填充(chong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)型腔是壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)的(de)(de)兩(liang)大(da)特點，相(xiang)對擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)來說，壓(ya)(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)在生(sheng)產過(guo)程中(zhong)需要承受的(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)功更大(da)，尤其是制造較大(da)的(de)(de)零部件(jian)時，對模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)鋼的(de)(de)質量(liang)要求更高(gao)。采用(yong)常規工(gong)藝生(sheng)產的(de)(de)H13鋼棒材及尺(chi)寸相(xiang)對較小的(de)(de)模(mo)塊制作(zuo)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)模(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)，其壽(shou)命可以達到預期效果。

　　某廠某批次H13鋼(gang)模塊的生產工藝(yi)流程(cheng)為(wei)鐵(tie)液預(yu)(yu)處理→20 t電爐(lu)冶(ye)煉(lian)→LF爐(lu)(鋼(gang)包(bao)精煉(lian)爐(lu))精煉(lian)→VD爐(lu)(真空精煉(lian)爐(lu))真空處理→澆鑄成16 t鑄棒→16 t氣體保護電渣爐(lu)重熔16 t鋼(gang)錠(ding)→鋼(gang)錠(ding)退火→加(jia)熱(1 180 ℃,20 h)→45 MN快鍛(duan)開坯(pi)/成材(cai)(斷面規(gui)格(ge)為(wei)400 mm×500 mm)→退火→無損檢測(ce)→取樣(yang)檢驗。在進(jin)行(xing)(xing)鋼(gang)板的沖(chong)擊功(gong)檢驗時，發現沖(chong)擊性能(neng)沒(mei)有達到預(yu)(yu)期目(mu)標，為(wei)了找出(chu)沖(chong)擊性能(neng)偏低(di)的原(yuan)因，筆(bi)者對(dui)材(cai)料進(jin)行(xing)(xing)了分析，找出(chu)沖(chong)擊功(gong)不合格(ge)的原(yuan)因，為(wei)后續的生產提供了改進(jin)依據。

　　1 理(li)化檢驗(yan)

　　1.1 化學成分分析

　　檢測沖(chong)擊功不合格H13鋼(gang)(gang)模塊(kuai)的化學成分，結果如表1所示，滿足GB/T 1299-2014 《工模具鋼(gang)(gang)》標準的要求(qiu)。

　　表1 H13鋼的化(hua)學成分　%

    1.2 沖擊性能(neng)檢驗(yan)

　　選擇(ze)橫向無缺口的沖擊(ji)(ji)試樣(yang)(yang)進行沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)檢測。在模塊中心部(bu)位取(qu)樣(yang)(yang)，制成毛(mao)坯后再進行淬火(huo)、回火(huo)處理，然后機加工至最終樣(yang)(yang)品尺寸。檢測3個試樣(yang)(yang)，沖擊(ji)(ji)試樣(yang)(yang)尺寸為55 mm×10 mm×7 mm。沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)好的試樣(yang)(yang)的沖擊(ji)(ji)功可(ke)達(da)到300 J以(yi)上，沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)差(cha)的試樣(yang)(yang)的沖擊(ji)(ji)功不到100 J。

　　1.3 沖擊試樣斷口掃描(miao)電(dian)鏡分(fen)析(xi)

　　沖(chong)(chong)擊試(shi)樣經過超聲波(bo)清洗后(hou)，采用FEI QUANTA 400F型掃(sao)描電(dian)鏡對(dui)其斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口進行(xing)分析。對(dui)于沖(chong)(chong)擊功未(wei)達(da)到(dao)預(yu)期(qi)目標的(de)試(shi)樣，其斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口整體較(jiao)平整，放大觀察后(hou)，發現斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)源區域可見不同程度的(de)沿(yan)(yan)(yan)晶(jing)斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)特征(zheng)(zheng)，沖(chong)(chong)擊功較(jiao)高的(de)試(shi)樣沿(yan)(yan)(yan)晶(jing)斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)區域面(mian)積(ji)較(jiao)小;反之(zhi)，沖(chong)(chong)擊功較(jiao)低試(shi)樣的(de)沿(yan)(yan)(yan)晶(jing)斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)區域面(mian)積(ji)較(jiao)大。沖(chong)(chong)擊功達(da)到(dao)預(yu)期(qi)目標試(shi)樣的(de)斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口微(wei)觀形貌為(wei)軔窩，未(wei)見沿(yan)(yan)(yan)晶(jing)開(kai)裂(lie)。斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口未(wei)見大型夾雜物等缺(que)陷。沖(chong)(chong)擊功較(jiao)低和(he)較(jiao)高試(shi)樣的(de)斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口微(wei)觀形貌如(ru)圖1,2所示。一般來說，斷(duan)(duan)(duan)(duan)(duan)口出現沿(yan)(yan)(yan)晶(jing)特征(zheng)(zheng)是晶(jing)界的(de)一種表現形式[6]。

　　1.4 金相檢驗(yan)

　　直(zhi)接磨拋(pao)沖擊(ji)試(shi)樣(yang)斷口面后，經(jing)硝(xiao)酸酒精浸蝕(shi)，采用金相(xiang)顯微(wei)鏡觀察(cha)(cha)，發現(xian)沖擊(ji)功(gong)較低試(shi)樣(yang)的(de)(de)局部(bu)(bu)晶(jing)界明(ming)(ming)顯，可(ke)見碳(tan)化物在(zai)晶(jing)界聚集和明(ming)(ming)顯的(de)(de)帶狀特征，未(wei)(wei)見大尺(chi)寸的(de)(de)一次碳(tan)化物。取沖擊(ji)功(gong)較低的(de)(de)同(tong)批次退火態試(shi)樣(yang)，經(jing)磨拋(pao)、硝(xiao)酸酒精浸蝕(shi)后，用金相(xiang)顯微(wei)鏡觀察(cha)(cha)，組(zu)(zu)織為(wei)球粒狀珠(zhu)光體，局部(bu)(bu)可(ke)見球狀碳(tan)化物呈鏈狀分布，未(wei)(wei)見明(ming)(ming)顯碳(tan)化物聚集現(xian)象，說明(ming)(ming)冶煉過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)偏(pian)析處于(yu)正常水平(ping)，沖擊(ji)功(gong)較低試(shi)樣(yang)的(de)(de)顯微(wei)組(zu)(zu)織形貌如圖3所示。

　　對于沖擊功較高的試樣，其(qi)淬回火態的組織為均(jun)勻的回火馬氏體組織，未見明顯的晶界(jie)碳化(hua)物(wu);對應的退火態組織為均(jun)勻的球粒狀珠光體，未見碳化(hua)物(wu)聚集成(cheng)網狀現象(見圖(tu)4)。

　　2 綜合(he)分析

　　通過電渣(zha)重熔冶煉的H13鋼的化(hua)學成分滿足標(biao)準GB/T 1299—2014要求，根據組織觀察，發現(xian)其沒有明顯的碳化(hua)物聚集及帶狀(zhuang)偏析現(xian)象，斷(duan)口上未見明顯的非金屬(shu)夾雜物，說(shuo)明冶煉過程控制正常。

　　根據沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)斷(duan)口(kou)(kou)的微觀形(xing)(xing)貌(mao)及金相組織(zhi)(zhi)分析(xi)(xi)，沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)功較(jiao)低(di)試樣的斷(duan)口(kou)(kou)呈(cheng)現沿晶(jing)(jing)特(te)征(zheng)，組織(zhi)(zhi)中明(ming)(ming)顯有網狀碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)，沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)功較(jiao)高試樣的斷(duan)口(kou)(kou)為(wei)韌窩形(xing)(xing)貌(mao)，組織(zhi)(zhi)均勻。由于鋼(gang)材晶(jing)(jing)界(jie)(jie)比較(jiao)薄弱，因(yin)(yin)此承受沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)載荷時(shi)會形(xing)(xing)成沿晶(jing)(jing)斷(duan)口(kou)(kou)。二次碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)沿晶(jing)(jing)界(jie)(jie)析(xi)(xi)出(chu)是沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)韌性低(di)的主要(yao)原(yuan)因(yin)(yin)。研究表(biao)明(ming)(ming)[7],H13鋼(gang)中碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)主要(yao)為(wei)V8C7,Cr23C6和Cr3C2(Cr2VC2)。受鍛造加熱不充(chong)分、鍛后冷(leng)卻控制不當等因(yin)(yin)素的影響，這些(xie)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)極易在(zai)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)上聚集，弱化(hua)晶(jing)(jing)界(jie)(jie)，從(cong)而降低(di)鋼(gang)材的沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)韌性。盡量避免(mian)二次碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)沿晶(jing)(jing)界(jie)(jie)析(xi)(xi)出(chu)是提高H13鋼(gang)沖(chong)(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)性能的關(guan)鍵因(yin)(yin)素。

　　只要嚴(yan)格控(kong)制(zhi)鍛(duan)(duan)造(zao)前加熱溫度及(ji)鍛(duan)(duan)造(zao)后冷(leng)(leng)卻(que)(que)速(su)度，就可(ke)(ke)有效(xiao)改善(shan)該鋼(gang)(gang)種(zhong)網狀(zhuang)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的析出(chu)[8,9,10]。高溫均勻化(hua)(hua)(hua)(hua)、增加鍛(duan)(duan)造(zao)過程變形(xing)量、降低終(zhong)鍛(duan)(duan)溫度等可(ke)(ke)使鋼(gang)(gang)中碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)充(chong)分(fen)細(xi)化(hua)(hua)(hua)(hua)并彌散分(fen)布，有利于抑制(zhi)二(er)次(ci)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)沿晶界析出(chu)。H13鋼(gang)(gang)經過高溫均勻化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理后，冶煉(lian)凝固過程中形(xing)成的成分(fen)偏析能得到(dao)有效(xiao)改善(shan)，碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)及(ji)雜質在晶界上偏聚(ju)傾向減弱。鍛(duan)(duan)后快速(su)冷(leng)(leng)卻(que)(que)工藝可(ke)(ke)有效(xiao)預(yu)防鋼(gang)(gang)材中粗大或者網狀(zhuang)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的析出(chu)，避(bi)免組(zu)織(zhi)(zhi)中二(er)次(ci)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)沿晶界析出(chu)形(xing)成碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)鏈。鍛(duan)(duan)后快速(su)冷(leng)(leng)卻(que)(que)再(zai)退火(huo)工藝可(ke)(ke)使鋼(gang)(gang)材形(xing)成均勻的球(qiu)粒狀(zhuang)珠(zhu)光(guang)體組(zu)織(zhi)(zhi)。只要增加鍛(duan)(duan)造(zao)過程中的變形(xing)量，并采(cai)用(yong)(yong)較(jiao)大應力破碎粗大的鑄態組(zu)織(zhi)(zhi)及(ji)不穩定的共晶碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)，就可(ke)(ke)改善(shan)鋼(gang)(gang)材內部組(zu)織(zhi)(zhi)。條(tiao)件允許的話，可(ke)(ke)以采(cai)用(yong)(yong)鐓拔鍛(duan)(duan)造(zao)工藝來進一步改善(shan)H13鋼(gang)(gang)的組(zu)織(zhi)(zhi)，以提高其性(xing)能[11,12]。

　　3 結語及建議

　　(1) 電渣重熔冶煉的H13鋼橫向(xiang)沖擊性能達(da)不到預期目標的主(zhu)要原(yuan)因(yin)為鍛(duan)造環節(jie)控制不當，經過熱處理后，二次(ci)碳化物沿晶界析(xi)出，弱化了晶界。只要避免(mian)二次(ci)碳化物沿晶界析(xi)出成網，就可有效提高(gao)H13鋼模塊的橫向(xiang)沖擊韌性。

　　(2) 采用高溫均勻化處理，增加鍛造變形量、提高鍛后冷卻速度等工藝，并盡量降低偏析、避免碳化物沿晶界析出，可有效增強H13鋼的沖擊韌性。