H13压铸模具钢球化退火组织评级图解读

　　

　　　　前言：退火组织的优劣影响热作模具钢的冲击韧性，此类钢通常应用于急冷急热及高压环境，热疲劳裂纹是更主要的失效形式。在一定强度下，高的冲击韧性对于提高模具热疲劳抗性，阻止裂纹扩展从而提高模具使用寿命具有重大意义。虽然影响H13钢冲击韧性的因素较多，但冲击韧性与退火组织级别的确存在对应关系，因此获得良好的退火组织是必要的。

　　

　　　　对于H13钢显微组织等级的判定依据，国外先进的模具钢和模具生产厂家以及各研究机构进行了多年的研究和广泛的实践，逐渐形成了一些技术标准。如早期的NADCA# 207-90、Chrysler NP-2080、VDG、GM (U.S.，specification DS 9999-1)、JMS (Italy， specifications TT001 and TT022)等，通过金相评级的方法也可以正确评定热作模具钢的质量。之后B?hler Edelstahl、Edelstahl Witten-Krefeld及进口 Tooling AB等公司在NADCA# 207-90标准基础上联合研制了新的图谱，VDEH（德国钢铁协会）则以新的标准号SEP-1614-1996发布。随着对压铸模失效机理的不断认识，NADCA（北美压铸协会）对其标准进行了修订（1997和2003），进一步精简了90版本中的显微组织评级图谱。近年来，这两个标准普遍得到了世界各国用户的认可，但对某些评级和测定方法还存在一定的争议，因此，在需要对退火组织进行细致的评级时，常常仍然沿用NADCA# 207-90标准。另外，即便钢材通过了横向V型冲击的认定，也仍然需要退火组织评级来确定钢材的更终等级。我国也针对热作模具钢的显微组织制定了相关标准，如热作模具钢显微组织评级（JB/T8420-96）及修订版本（JB/T8420-08），但该标准未涉及到热作模具钢的退火组织评级。

　　

　　　　下面我们开始分析SEP-1614-1996标准图谱（同NADCA# 207-90）：

　　

　　　　01 退火组织（500倍）评级图片

　　

　　　　由该评级图可知，位于蓝色折线右侧的不可接受退火组织具有三个主要特征：沿晶界析出网状碳化物、由局部偏析造成的部分区域碳化物空白、析出碳化物分布排列呈不同位向的针状、严重的偏析以及沿晶碳化物析出。

　　

　　　　按SEP 1614-1996，Microscopic inspection of hot-work tool steels中的相关规定，每列组织的特征如下：

　　

　　　　（1）GA列主要用于评价1.2343钢（H11）；

　　

　　　　（2）GB列主要用于评价1.2344钢（H13），GB列图谱中可见网状碳化物析出，由于1.2344钢V含量较高，网状碳化物析出是此类钢主要的组织特征；

　　

　　　　（3）GC列和GD列组织的出现原因是钢锭热加工后发生了贝氏体相变，而随后的退火过程，碳化物没有完全球化，按行区分，由上到下（数字1到5），钢锭热加工后转变的贝氏体量越来越多；

　　

　　　　（4）GE列组织的出现原因是热加工后发生了珠光体相变，在发生了相变的珠光体区域，形成的铁素体内部隐含合金碳化物，非常稀疏，金相组织上呈现白色，同时碳化物沿晶界析出；

　　

　　　　（5）GF列组织的出现原因是热加工后发生了完全珠光体相变。经过了不充分的退火过程，导致了严重的网状碳化物组织及碳化物偏聚。按行区分，由上到下（数字1到5），发生珠光体相变的量越来越多，因此组织级别也越来越差。此列组织非常不适合后续的机械加工。

　　

　　　　NADCA（北美压铸协会）对其标准进行了修订（2003），进一步精简了97版本中的显微组织评级图谱，各级别不再进行钢种区分，其对应关系如下：

　　

　　　　AS1-AS9：合格退火组织

　　

　　　　AS10-AS18：不合格退火组织

　　

　　　　02 带状偏析组织（50倍）评级图片

　　

　　　　H13钢凝固过程中形成枝晶偏析，即合金元素偏析，如果未采取措施消除这种成分偏析，钢锭锻轧变形时，枝晶臂和枝晶间被压延而伸长，形成纤维组织，即所谓的一次带状偏析组织，退火后形成带状偏析。H13钢球化退火的目的是降低硬度，获得良好的机加工硬度，同时得到更终热处理所需要的预备组织，由于成分偏析，退火过程中析出的碳化物存在尺寸分布及密集程度差异，在金相照片上表现为“黑区”和“白区”交替分布。带状偏析形貌特征决定于钢锭凝固过程、热加工工艺及扩散工艺。

　　

　　　　按SEP 1614-1996，带状偏析图谱特征如下：

　　

　　　　（1）SA和SC列用于评价1.2343（H11）；

　　

　　　　（2）SB和SD列用于评价1.2344（H13）和1.2367；

　　

　　　　（3）SE系列为不合格带状偏析组织；

　　

　　　　（4）按行划分，由上至下（数字1到5），对应不同的锻造比。

　　

　　　　NADCA 207#-2003标准中进行了修订，划分依据是偏析带中是否存在可见的大颗粒一次碳化物，存在即判为不合格，并且不再区分不同钢种的带状组织。如下图：

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