摘要 ： 首先对 Ｈ１３ 进行了高温正火 ＋ 球化退火的预备热处理 ， 获得碳化物分布均匀 、 球化率高于 ９５％ 的退火组织 ． 进而对退火组织进行了淬火 ＋ 回火最终热处理 ， 研究了淬火温度对 Ｈ１３ 钢组织 和硬度的影响 ． 随着淬火温度的提高 ， 溶解的合金碳化物增多 ， 溶解的合金碳化物使基体中的碳含 量和合金含量增多 ， 淬火组织硬度得到了提高 ， 大颗粒碳化物熔解为细小的碳化物 ， 当淬火温度为 １ １００℃，保 温 １．５ｈ，合 金碳化物几乎全部溶解 ． 对淬火组织进行了二次回火 ， 回火使淬火过程中熔 解的碳化物又重新弥散析出 ， 且随着淬火温度的提高 ， 回火硬度提高 ， 碳化物更加细小 ， 分布得更 均匀 ．
Ｈ１３ 属 于 热 作 模 具 钢 ， 我 国 的 牌 号 是 ４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１，是在碳素工具钢中加入 Ｃｒ、 Ｖ 等合金 元素而形成的钢种 ， 在中温下的综合性能好 ， 可空冷 淬硬 ， 广泛应用于锻模 、 压铸模和挤压模 ， 是目前应用 最广泛的热作模具钢种之一 ． 由于 Ｈ１３ 钢中合金 元素含量可达到 ８％ 左右 ， 合金元素改变了铁碳平衡 相图 ， 共析点左移 ， 属过共析钢 ， 在凝固过程中出现二 次网状碳化物 ， 如果熔炼和凝固过程控制不当 ， 还会出现 Ｃｒ 和 Ｖ 的一次碳化物和合金元素的偏析 ． 目前 很多国内生产厂家的 Ｈ１３ 钢锻前热处理为简单的球 化退火 ， 退火温度低 ， 合金元素不能得到扩散 ， 一次碳 化物不能充分熔解 ， 造成组织中存在粗大的一次碳化 物 ， 偏析也十分严重 ， 锻造后形成局部的链状碳化物 ， 强烈影响模块的冲击韧度 ． 前期研究表明 ， 高温正 火 ＋ 球化退火热处理工艺加热温度高 ， 冷却速度快 ， 有利于减少合金元素的偏析 ， 获得分布均匀二次碳化 物 、 细小的组织 ． 本文对前期的预备热处理进行了 后续的最终热处理工艺 ， 即淬火 ＋ 回火 ． 淬火温度对 Ｈ１３ 钢的最终性能具有重要的作用 ， 如果淬火温度过 低 ， 碳化物溶解不充分 ， 钢的淬透性下降 ， 回火的稳定 性降低 ， 硬度达不到要求 ， 温度过高又会导致奥氏体 晶粒长大 ， 大量碳化物溶入基体 ， 淬火后出现针状马 氏体 ， 且硬度过高 ， 增加热应力 ， 服役容易开裂和折 断 ． 因此 ， 有必要研究淬火温度对 Ｈ１３ 钢的组织和性 能的影响 ， 优化淬火工艺 ， 获得组织均匀而细小 、 弥散程度高 、 硬度适中的 Ｈ１３ 钢 ， 进而提高其后续使用性 能 ．
１ 实验材料的制备
试验用 Ｈ１３ 钢通过电炉熔炼 ＋ 真空精炼 ＋ 电渣 重熔获得铸锭 ， 将电渣重熔后的铸锭进行锻造 ． 在进 行锻造前 ， 首先将铸锭送至天然气加热的热处理炉 ， 以一定的加热速度将铸锭加热到 １ ２００℃，在 该温度 下保温 ２ｈ，由于加热温度高 ， 保温时间长 ， 碳化物可 以达到充分的熔解 ， 合金元素的扩散能力也得到了提 高 ， 可以大大改善合金元素的偏析 ． 锻造时 ， 控制始锻 温度为 １ １５０℃，终 锻温度不得低于 ８５０℃，保证锻件 不硬化 ， 并且保证横向和纵向都锻透 ， 锻造比 ＞３，将 锻造后的 Ｈ１３ 钢送入热处理炉进行热处理 ． 试验用 Ｈ１３ 钢化学成分见表 １．
为了进一 步 观 察 不 同 温 度 淬 火 下 Ｈ１３ 钢 的 组 织 ， 对试样做了扫描电镜分析 ． 图 ４ 所示为通过电镜 扫描观察到的分别在 ９５０℃、 １ ０００℃、 １ ０５０℃、 １ １００℃ 炉中保温 １．５ｈ 后在油中淬火所得的显微组织 ． 通过 观察发现 ，Ｈ １３ 钢在在 ９５０℃ 淬火时 ， 其未溶碳化物 的尺寸大小不一 ， 最大的碳 化物可以达到十几个 微 米 ， 当提高淬火温度到 １ ０００℃ 时 ， 未溶的碳化物的尺 寸较小 ， 但也存在个别的大尺寸碳化物 ． 其主要原因 是在较低的温度下进行保温 ， 奥氏体成分还没有足够 均匀化 ， 碳化物溶解较少 ， 尤其是大尺寸的碳化物熔 解不 充 分 ， 导 致 淬 火 后 碳 化 物 组 织 不 均 匀 ； 而 在 １ ０５０℃ 和 １ １００℃ 淬火后 ， 碳化物进一步得到了减少 ， 其中在 １ ０５０℃ 淬火组织碳化物均匀 ， 而在 １ １００℃ 淬 火组织中只存在少量的碳化物 ， 且碳化物的尺寸只有 几个微米 ．
对比图 ３ 和图 ７ 发现 ，９ ５０℃ 为回火后的组织 ， 为 回火马氏体 ＋ 残余奥氏体 ＋ 少量的铁素体 ＋ 碳化物 ， 回火组织中的碳化物颗粒较大 ， 有的碳化物还成链状 分布 ， 这是由于淬火温度过低 ， 碳化物熔解不充分 ， 从 而影响了回火时碳化物的弥撒析出 ， 且在回火组织中 还发现了少量的铁素体 ， 这是由于奥氏体化不充分造 成的 ．１ ０００℃ 淬火 ＋ 回火后的组织为回火马氏体 ＋ 残余奥氏体 ＋ 碳化物 ， 此时析出的碳化物尺寸区别较 大 ， 不利于性能的均匀性 ．１ ０５０℃ 淬火 ＋ 回火后的组 织为回火马氏体 ＋ 残余奥氏体 ＋ 碳化物 ， 碳化物弥撒 析出 ， 尺寸差别小 ， 且分布均匀 ， 回火马氏体中还有少 量的板条状马氏体 ， 这些都有利于 Ｈ１３ 钢综合性能 的提高 ． 图 ８ 为淬火 ＋ 回火后的硬度 ， 随着淬火温度 的提高硬度提高 ， 造成这种现象的主要原因是 ， 淬火 温度提高 ， 熔解在基体中的合金元素越多 ， 淬硬性得 到了提高 ．
