針對熱作模具鋼H13模塊橫(heng)向(xiang)沖擊功未(wei)達(da)到設(she)計要求的問題，采用(yong)掃(sao)描(miao)電(dian)鏡、顯微(wei)鏡觀察(cha)等方法(fa)對樣品進行了(le)分析。結果表(biao)明：沖擊試樣斷口(kou)斷裂(lie)源區呈(cheng)沿(yan)晶斷裂(lie)特征，退火(huo)態(tai)顯微(wei)組(zu)織為球粒狀(zhuang)(zhuang)珠光體(ti)，局部(bu)可見球狀(zhuang)(zhuang)碳化(hua)物呈(cheng)鏈(lian)狀(zhuang)(zhuang)分布，熱(re)處理狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下(xia)，局部(bu)可見碳化(hua)物呈(cheng)網狀(zhuang)(zhuang)分布;網狀(zhuang)(zhuang)碳化(hua)物是導致H13鋼模塊沖擊功未(wei)達(da)到設(she)計要求的主要原(yuan)因(yin)，改(gai)善鍛(duan)造工藝(yi)可提高H13鋼模塊的沖擊性能。

　　H13熱(re)作(zuo)模(mo)(mo)(mo)(mo)具鋼(gang)(gang)具有(you)良好的(de)(de)熱(re)強(qiang)性(xing)、抗(kang)冷熱(re)疲(pi)勞性(xing)能及耐液態金(jin)屬沖蝕(shi)性(xing)，被廣泛用(yong)于熱(re)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)(mo)(mo)(mo)具、鋁合(he)金(jin)壓(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)(mo)(mo)(mo)具等各類模(mo)(mo)(mo)(mo)具中(zhong)[1]。由于模(mo)(mo)(mo)(mo)具在使用(yong)過程(cheng)中(zhong)需要(yao)承(cheng)受較(jiao)大的(de)(de)沖擊(ji)力(li)，因此(ci)沖擊(ji)性(xing)能決定(ding)了模(mo)(mo)(mo)(mo)具的(de)(de)使用(yong)壽命(ming)。隨著(zhu)汽車行(xing)業的(de)(de)發展，汽車支架、離合(he)器、油底(di)殼等零部件(jian)(jian)的(de)(de)生(sheng)產主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)壓(ya)(ya)鑄(zhu)工藝[2,3,4,5]。高(gao)(gao)壓(ya)(ya)和高(gao)(gao)速填充壓(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)(mo)(mo)(mo)型腔是(shi)壓(ya)(ya)鑄(zhu)的(de)(de)兩(liang)大特點，相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)(mo)(mo)(mo)具來說(shuo)，壓(ya)(ya)鑄(zhu)模(mo)(mo)(mo)(mo)具在生(sheng)產過程(cheng)中(zhong)需要(yao)承(cheng)受的(de)(de)沖擊(ji)功更(geng)(geng)大，尤(you)其是(shi)制造較(jiao)大的(de)(de)零部件(jian)(jian)時，對(dui)(dui)模(mo)(mo)(mo)(mo)具鋼(gang)(gang)的(de)(de)質量要(yao)求更(geng)(geng)高(gao)(gao)。采(cai)用(yong)常(chang)規工藝生(sheng)產的(de)(de)H13鋼(gang)(gang)棒材及尺寸(cun)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)小的(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊制作(zuo)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模(mo)(mo)(mo)(mo)具，其壽命(ming)可以達到預期效果。

　　某(mou)廠某(mou)批次H13鋼(gang)模塊的生產工藝(yi)流(liu)程(cheng)為鐵液(ye)預處理→20 t電(dian)爐冶煉(lian)(lian)→LF爐(鋼(gang)包精煉(lian)(lian)爐)精煉(lian)(lian)→VD爐(真空精煉(lian)(lian)爐)真空處理→澆(jiao)鑄(zhu)成16 t鑄(zhu)棒→16 t氣(qi)體保護電(dian)渣(zha)爐重熔16 t鋼(gang)錠(ding)→鋼(gang)錠(ding)退(tui)火→加熱(1 180 ℃,20 h)→45 MN快鍛開坯/成材(斷面規(gui)格為400 mm×500 mm)→退(tui)火→無損檢測→取樣檢驗(yan)。在進(jin)行(xing)鋼(gang)板的沖(chong)擊(ji)功檢驗(yan)時，發現沖(chong)擊(ji)性(xing)能沒有(you)達到預期(qi)目(mu)標(biao)，為了找出(chu)(chu)沖(chong)擊(ji)性(xing)能偏低的原因(yin)，筆者對(dui)材料進(jin)行(xing)了分析，找出(chu)(chu)沖(chong)擊(ji)功不合格的原因(yin)，為后續(xu)的生產提供了改進(jin)依據。

　　1 理(li)化檢(jian)驗(yan)

　　1.1 化(hua)學成分分析(xi)

　　檢測沖擊功不合格H13鋼模塊的(de)化學成分，結果如表1所示，滿足GB/T 1299-2014 《工(gong)模具鋼》標準的(de)要求。

　　表1 H13鋼的化學(xue)成(cheng)分　%

     1.2 沖(chong)擊性(xing)能(neng)檢驗

　　選擇橫(heng)向無(wu)缺口的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)進行(xing)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)性能檢測(ce)。在(zai)模塊中心(xin)部位取樣(yang)(yang)(yang)，制(zhi)成毛坯后(hou)再(zai)進行(xing)淬火、回火處(chu)理，然后(hou)機加(jia)工至最終樣(yang)(yang)(yang)品尺寸(cun)。檢測(ce)3個試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)，沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)尺寸(cun)為55 mm×10 mm×7 mm。沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)性能好的試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)功(gong)可達到(dao)300 J以上，沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)性能差(cha)的試(shi)(shi)樣(yang)(yang)(yang)的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)(ji)(ji)功(gong)不(bu)到(dao)100 J。

　　1.3 沖擊試樣斷口掃描電鏡(jing)分析

　　沖擊(ji)試樣(yang)經過(guo)超聲波清洗(xi)后，采用(yong)FEI QUANTA 400F型(xing)掃描電鏡對其斷(duan)口(kou)(kou)進行分析。對于沖擊(ji)功未(wei)(wei)達到預(yu)(yu)期目(mu)標的(de)試樣(yang)，其斷(duan)口(kou)(kou)整體較平整，放大(da)觀察后，發現(xian)(xian)(xian)斷(duan)裂(lie)源區(qu)域(yu)可見不(bu)同程度的(de)沿晶(jing)(jing)斷(duan)裂(lie)特征，沖擊(ji)功較高的(de)試樣(yang)沿晶(jing)(jing)斷(duan)裂(lie)區(qu)域(yu)面(mian)積較小(xiao);反之，沖擊(ji)功較低(di)試樣(yang)的(de)沿晶(jing)(jing)斷(duan)裂(lie)區(qu)域(yu)面(mian)積較大(da)。沖擊(ji)功達到預(yu)(yu)期目(mu)標試樣(yang)的(de)斷(duan)口(kou)(kou)微(wei)觀形(xing)(xing)貌(mao)為軔窩，未(wei)(wei)見沿晶(jing)(jing)開裂(lie)。斷(duan)口(kou)(kou)未(wei)(wei)見大(da)型(xing)夾(jia)雜物(wu)等缺(que)陷(xian)。沖擊(ji)功較低(di)和較高試樣(yang)的(de)斷(duan)口(kou)(kou)微(wei)觀形(xing)(xing)貌(mao)如圖(tu)1,2所示。一般來說，斷(duan)口(kou)(kou)出現(xian)(xian)(xian)沿晶(jing)(jing)特征是晶(jing)(jing)界的(de)一種表現(xian)(xian)(xian)形(xing)(xing)式[6]。

　　1.4 金相檢驗(yan)

　　直(zhi)接磨拋(pao)沖(chong)(chong)擊(ji)試(shi)樣斷口面后(hou)，經(jing)硝酸(suan)酒精(jing)浸(jin)蝕，采(cai)用金(jin)相顯(xian)微鏡(jing)觀(guan)(guan)察，發現(xian)沖(chong)(chong)擊(ji)功(gong)較低(di)試(shi)樣的(de)(de)局部(bu)晶界明(ming)顯(xian)，可(ke)(ke)見(jian)(jian)碳化物(wu)(wu)在晶界聚(ju)集和明(ming)顯(xian)的(de)(de)帶狀(zhuang)特征，未(wei)見(jian)(jian)大尺寸(cun)的(de)(de)一次(ci)碳化物(wu)(wu)。取(qu)沖(chong)(chong)擊(ji)功(gong)較低(di)的(de)(de)同(tong)批次(ci)退火態(tai)試(shi)樣，經(jing)磨拋(pao)、硝酸(suan)酒精(jing)浸(jin)蝕后(hou)，用金(jin)相顯(xian)微鏡(jing)觀(guan)(guan)察，組織(zhi)為球粒狀(zhuang)珠(zhu)光體，局部(bu)可(ke)(ke)見(jian)(jian)球狀(zhuang)碳化物(wu)(wu)呈鏈(lian)狀(zhuang)分布，未(wei)見(jian)(jian)明(ming)顯(xian)碳化物(wu)(wu)聚(ju)集現(xian)象，說明(ming)冶煉(lian)過程中的(de)(de)偏析處于正(zheng)常水平，沖(chong)(chong)擊(ji)功(gong)較低(di)試(shi)樣的(de)(de)顯(xian)微組織(zhi)形貌(mao)如圖3所示。

　　對(dui)(dui)于沖擊功較高(gao)的(de)(de)(de)試(shi)樣，其淬回(hui)火態的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)為均(jun)勻的(de)(de)(de)回(hui)火馬氏(shi)體組(zu)織(zhi)(zhi)，未見明顯(xian)的(de)(de)(de)晶界碳化物(wu);對(dui)(dui)應的(de)(de)(de)退火態組(zu)織(zhi)(zhi)為均(jun)勻的(de)(de)(de)球粒狀(zhuang)珠光體，未見碳化物(wu)聚(ju)集成網狀(zhuang)現象(見圖4)。

　　2 綜(zong)合分析(xi)

　　通過電渣重熔冶(ye)煉的H13鋼的化(hua)學成(cheng)分(fen)滿足標(biao)準(zhun)GB/T 1299—2014要求，根據組織觀察(cha)，發現(xian)其沒有(you)明(ming)顯的碳化(hua)物(wu)聚集及帶狀偏(pian)析(xi)現(xian)象，斷口上未見明(ming)顯的非金(jin)屬夾雜物(wu)，說明(ming)冶(ye)煉過程(cheng)控制(zhi)正常。

　　根據沖(chong)(chong)(chong)擊斷口的微觀形貌及金相組織(zhi)(zhi)分(fen)析，沖(chong)(chong)(chong)擊功(gong)較低試樣的斷口呈現沿晶(jing)特征，組織(zhi)(zhi)中(zhong)明(ming)顯有網狀(zhuang)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)，沖(chong)(chong)(chong)擊功(gong)較高(gao)試樣的斷口為韌窩(wo)形貌，組織(zhi)(zhi)均勻。由于(yu)鋼(gang)(gang)材晶(jing)界(jie)比較薄弱，因此承受(shou)沖(chong)(chong)(chong)擊載(zai)荷時會(hui)形成沿晶(jing)斷口。二次(ci)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)沿晶(jing)界(jie)析出(chu)(chu)是沖(chong)(chong)(chong)擊韌性低的主要(yao)原因。研究表明(ming)[7],H13鋼(gang)(gang)中(zhong)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)主要(yao)為V8C7,Cr23C6和Cr3C2(Cr2VC2)。受(shou)鍛造加熱不(bu)充(chong)分(fen)、鍛后(hou)冷卻控制不(bu)當等(deng)因素的影響，這些碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)極易在晶(jing)界(jie)上聚集，弱化(hua)晶(jing)界(jie)，從而降低鋼(gang)(gang)材的沖(chong)(chong)(chong)擊韌性。盡量避免(mian)二次(ci)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)沿晶(jing)界(jie)析出(chu)(chu)是提高(gao)H13鋼(gang)(gang)沖(chong)(chong)(chong)擊性能的關鍵(jian)因素。

　　只(zhi)要(yao)嚴格控制(zhi)鍛造前加熱溫(wen)(wen)度(du)及(ji)鍛造后(hou)冷卻(que)速度(du)，就可(ke)有(you)效改(gai)善(shan)該鋼(gang)(gang)種(zhong)網(wang)狀碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)析出(chu)(chu)[8,9,10]。高溫(wen)(wen)均(jun)勻化(hua)(hua)(hua)、增加鍛造過(guo)程變形(xing)(xing)量(liang)、降低終(zhong)鍛溫(wen)(wen)度(du)等可(ke)使鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)充分(fen)細化(hua)(hua)(hua)并(bing)彌散分(fen)布，有(you)利于抑制(zhi)二次(ci)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)沿晶界(jie)析出(chu)(chu)。H13鋼(gang)(gang)經過(guo)高溫(wen)(wen)均(jun)勻化(hua)(hua)(hua)處理(li)后(hou)，冶煉凝固過(guo)程中(zhong)(zhong)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)偏析能得到有(you)效改(gai)善(shan)，碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)及(ji)雜質在晶界(jie)上偏聚傾向減(jian)弱。鍛后(hou)快速冷卻(que)工(gong)藝可(ke)有(you)效預防鋼(gang)(gang)材中(zhong)(zhong)粗大或者(zhe)網(wang)狀碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)析出(chu)(chu)，避免組(zu)織(zhi)(zhi)中(zhong)(zhong)二次(ci)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)沿晶界(jie)析出(chu)(chu)形(xing)(xing)成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)鏈(lian)。鍛后(hou)快速冷卻(que)再退(tui)火工(gong)藝可(ke)使鋼(gang)(gang)材形(xing)(xing)成(cheng)均(jun)勻的(de)(de)(de)球粒狀珠光體組(zu)織(zhi)(zhi)。只(zhi)要(yao)增加鍛造過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)變形(xing)(xing)量(liang)，并(bing)采(cai)用(yong)較大應力破碎(sui)粗大的(de)(de)(de)鑄態組(zu)織(zhi)(zhi)及(ji)不(bu)穩(wen)定的(de)(de)(de)共晶碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)，就可(ke)改(gai)善(shan)鋼(gang)(gang)材內(nei)部組(zu)織(zhi)(zhi)。條件允許(xu)的(de)(de)(de)話，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)鐓(dui)拔鍛造工(gong)藝來進一步改(gai)善(shan)H13鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)，以(yi)提高其性能[11,12]。

　　3 結語及建議(yi)

　　(1) 電渣(zha)重(zhong)熔冶(ye)煉的(de)H13鋼橫(heng)向沖擊(ji)性能達(da)不到(dao)預(yu)期目標的(de)主要原因為鍛造(zao)環節控制不當(dang)，經(jing)過熱處理后，二次(ci)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物沿晶(jing)界(jie)析出(chu)，弱化(hua)(hua)了晶(jing)界(jie)。只要避免(mian)二次(ci)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物沿晶(jing)界(jie)析出(chu)成(cheng)網(wang)，就可有效提高H13鋼模塊的(de)橫(heng)向沖擊(ji)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。