H13鋼相當于4Cr5MoSiV1，是一種典型的熱作模具鋼。在低倍檢驗中經常出現(xiàn)不同程度的偏析，影響鋼材的質量。偏析嚴重達到6級以上，為此，有必要對偏析的形成原因進行分析，以便提高H13鋼的低倍水平。

　　⒈試樣選擇

　　H13鋼是采用是電爐初煉+VHD精煉的雙聯(lián)工藝冶煉成錠，后經鍛造加工形成不同尺寸的棒材。試驗用料是從∣←→∣140mm棒材上取下的，化學成分如下：

　　成分(%)

　　0.003

　　0.013

　　按規(guī)定部位從棒材上取低倍試片，腐蝕后偏析為67級。試驗用樣品就是從此低倍試片上按掃描電鏡的試樣尺寸切取。試樣上包括偏析帶和基體，以便進行比較分析。試驗首先用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察偏析形態(tài)，夾雜物特征，而后用掃描電鏡作元素分析及夾雜物定性，從中找出偏析產生的原因。

　　二、試驗結果

　　⒈偏析的形態(tài)特征

　　低倍試片腐蝕后的宏觀特征如照片1。

　　從照片看出，試樣左側有較重的偏析帶，呈現(xiàn)出較明顯的黑色條帶，右側偏析較輕，其中顏色較淺的為基體。

　　用掃描電鏡在不同放大倍數下，觀察偏析帶和基體的確良微觀特征。照片2就是掃描電鏡的二次電子像。左側為偏析帶，右側為基體。從2-1照片看，偏析帶上類似網狀的白色區(qū)域幾乎連成一片，黑色區(qū)域很少。基體上白色網狀明顯減少，呈斷續(xù)開頭黑區(qū)占多數。白色類似網狀的就是低倍試片上易受腐蝕的區(qū)域，所以在低倍試片上偏析帶表現(xiàn)出較深的顏色。照片2-2是較高倍數的特征。為敘述方便，二次電子像中的白區(qū)稱為A區(qū)，黑區(qū)稱為B區(qū)。就是說，偏析帶上A區(qū)遠多于B區(qū)，基體相反。所以只要測試出A區(qū)和B區(qū)的差異，就可知偏析帶與基體的差異。為此我們做了兩個區(qū)域的元素分析。

　　⒉元素分析

　　選擇視場如照片3左上角的二次電子像，大約放大130倍，照片上的白線就是電子束線掃描的位置，包括二個A區(qū)和二個B區(qū)。試驗條件顯示在照片3右上角。試樣移動的距離為04mm。元素分析結果如照片3中六條曲線，分別顯示白線位置上Mn、Si、Mo、C、Cr、V六元素的變化。由此看出模具鋼h13多少錢一噸，A區(qū)的C、Mo、Cr、V明顯高于B區(qū)，而且這些元素在A區(qū)的分布不是均勻連續(xù)的，有不同程度的波動，特別是C、Mo、V更為明顯。由引此推測這些元素多是以顆粒狀的形式存在。用半定量粗略估計：B區(qū)中的C約為A區(qū)的56%，Cr約為84%，V約為68%，Mo約為62%，Si、Mn在兩區(qū)間無差異。由此可知，偏析帶是C、Cr、Mo、V元素的富聚形成的。為了進一步搞清楚這些元素在偏析帶及基體中的存在形式及分布狀態(tài)，我們又做了組織觀察和部分定性分析。

　　⒊組織觀察及定性

　　Ⅰ.一次相和夾雜物的特征及定性

　　磨拋好的金相樣品不腐蝕，觀察一次相及夾雜物在偏析帶和基體上的分布。觀察發(fā)現(xiàn)：樣品上一次相有明顯的邊界，有一定形狀，如四方、三角、長條等，而且在顯微鏡下呈淡黃色，這些相在偏析帶上的數量明顯多于基體。樣品中還有黑色夾雜物點狀，數量明顯少于一次相，分布較均勻。如照片4。另外，在觀察中變換焦距隱隱約約看到小顆粒聚集分布，但是不易分辯偏析帶與基體的區(qū)別。

　　為了確定一次相及夾雜物點狀中所包含的元素，對此作了元素面掃描：成分相中黑色一次相是（V、Ti）（C、N），但是，在不同的一次相顆粒中，所含元素的含量不是一樣的，有的可相差很大，有的顆粒中還有明顯的Mo。

　　夾雜物點狀的面掃描是C、O、Mo、Al、Ti、V六元素的面掃結果。上邊黑顆粒是Al、Mg的氧化物，外邊包著V、Ti的碳化物（合金中不是所有的氧化物周圍都有V、Ti的碳化物），左圖顆粒是近似四方形，是（V、Ti）（C、N）。

　　Ⅱ.組織特征

　　磨拋好的金相樣品，用苦味酸試劑腐蝕后，觀察組織為球狀珠光體，如照片5，左側為偏析帶組織，右側為基體。從照片5-1可明顯看出：偏析帶上以滲碳體為主的小顆粒密集區(qū)。為了解小顆粒密集區(qū)與低倍偏析帶上A區(qū)、B區(qū)的關系，我們把金相樣品作了深腐蝕，在金相顯微鏡中進行對比，結果如照片5-2。從5-2看出，小顆粒密集區(qū)容易受腐蝕而變黑。偏析帶上的黑區(qū)明顯多于基體。在低倍腐蝕時，小顆粒密集區(qū)同樣會優(yōu)先腐蝕，如照片5-3，其規(guī)律與金相相似。只是金相，低倍腐蝕條件有差別，低倍的腐蝕力遠大于金相，雖都優(yōu)先腐蝕，腐蝕程度不同，表現(xiàn)出的特征也稍有差異，可以說是大同小異。所以金相試樣中小顆粒密集區(qū)就是低倍試片上的A區(qū)，非密集區(qū)就是B區(qū)。

　　⒋硬度測定

　　從以上的分析可知，偏析帶是Cr、Fe滲碳體小顆粒和一次碳氮化物密集的地方，這樣偏析帶與基體的硬度應有差別。為此，我們在腐蝕后的金相試樣上打魏氏硬度，結果是：偏析帶測量5點的平均值為154，基體平均值為143。由此可見：偏析帶的魏氏硬度高出基體（HV1011）

　　以上的測試結果可知，H13合金低倍試片的組織為球狀珠光體。珠光體中Cr、Fe滲碳體小顆粒在合金中是不均勻分布，出現(xiàn)滲碳體小顆粒密集區(qū)，非密集區(qū)。合金中還有具有一定形狀，如四方、三角形等，有明顯邊界，呈淡黃色的一次碳氮化物為（V、Ti、Mo）（C、N），而在這些碳氮化物中各元素的含量有明顯的差別。碳氮化物在合金中的分布是不均勻的，與滲碳體小顆粒的分布狀態(tài)相一致，即滲碳體小顆粒的密集區(qū)中，碳氮化物也多模具鋼h13多少錢一噸。合金名點狀夾雜物為Al、Mg氧化物，有的在其外邊由V、Ti碳氮化物包圍著，其分布較均勻。

　　偏析條帶的組織和基體相比有明顯的差別，偏析帶上的滲碳體小顆粒密集區(qū)明顯多于基體，一次碳氮化物也多于基體，硬度稍高于基體。金相的深腐蝕試驗證明，滲碳體小顆粒是易受腐蝕優(yōu)先變黑，低倍同樣道理，只是低倍的腐蝕能力大于金相，所以顯示出比金相更黑，受腐蝕面大的特征。另外，從低倍偏析帶上A、B兩區(qū)的元素分析特征來看，各元素的峰值是對應相應的顆粒。

　　①、H13鋼低倍試片的組織為球狀珠光體，滲碳體中主要元素是Cr、Fe，一次相碳氮化物為（V、Ti、Mo）（C、N），點狀夾雜物為Al、Mg氮化物，有的外邊由V、Ti碳化物包圍著。

　　②、H13鋼低倍偏析帶是由于合金中出現(xiàn)C、Cr、V、Mo、Ti等元素偏析，從而形成滲碳體小顆粒，一次相碳氮化物的偏聚，低倍腐蝕時，它們優(yōu)先腐蝕，形成偏析帶。

　　③、合金成分確定后，選擇合理的冶煉，加工工藝及退火工藝，可減輕偏析級別。

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