H13钢制成的模具失效问题分析

H13（4Cr5MoSiV1）是国际上广泛使用的热作模具钢，它具有较高的热强度和硬度、高的耐磨性和韧性、较好的耐热疲劳性能，广泛应用于制造各种锻模、热挤压模以及铝、铜及其合金的压铸模。热作模具钢工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环引起的热应力以及高温氧化，常常出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式。

H13钢模具的制造要经历设计、选材、锻造、退火、机加工和热处理等到一系列工艺环节，每一工艺环节的工艺设计不当或工艺操作不当都会造成模具过早失效，降低模具使用寿命。热作模具钢常常出现崩裂、塌陷、磨损和龟裂等失效形式，热作模具钢的失效形式、程度和位置记录了设计、选材、锻造、退火、机加工和热处理等到一系列工艺环节中的重要信息。

观察和分析H13钢模具的失效位置处的宏观形貌特征、显微组织及失效形式，运用金属学、材料物理及断裂力学的理论和方法提示H13钢模具失效位置处的宏观形貌特征、材料显微组织及失效形式与模具设计、选材、加工工艺之间的关系，从而提出科学合理的工艺改进措施。

（1）原材料化学成分和冶金质量分析

提高H13钢的洁净度，特别降低硫含量是提高H13钢模具寿命的有效措施。优质H13钢的硫含量在0.005～0.008%之间。H13钢是合金元素含量较高的过共析钢，在冶炼、铸造时会出现碳化物偏析，钢锭经锻轧后形成粗大的碳化物偏析带。碳化物偏析带和铸造残留的树枝晶、缩孔、疏松和夹杂直接影响H13钢模具的组织及性能，是模具早期失效的重要原因之一。对原材料化学成分和冶金质量的分析可以评定原材料是否合格，从而用来指导制定科学合理的锻造工艺和热处理工艺。

试验方法：对H13钢材原材料进行取样，分析其化学成分，评定其化学成分是否符合要求；从钢材中心部位切取试样，打磨、抛光，采用4％硝酸酒精溶液浸蚀，在光学显微镜上检查显微组织，按相关技术标准对碳化物偏析带等级、夹杂物等级做出评定。

（2）模具显微组织分析

显微组织分析可确定模具失效位置是否存在碳化物偏析带，大块非金属夹杂、网状碳化物、共晶碳化物及回火马氏体；微区成分分析可确定模具失效位置的化学成分分布特点；显微硬度分析可确定模具失效位置的力学性能。综合分析模具失效位置处的显微组织、显微硬度和微区成分，揭示模具失效位置处的宏观形貌特征及失效形式的微观机理，正确评价现行的锻造、球化退火，淬火和回火工艺，从而提出科学合理的工艺改进措施。

试验方法：从模具失效位置切取试样，打磨、抛光，采用4％硝酸酒精溶液浸蚀、在光学显微镜或扫描电子显微镜上检查显微组织，在显微硬度仪上测量硬度，在能谱分析仪上确定微区成分。