H13鋼制成的模具失效問題分析
H13（4Cr5MoSiV1）是國際上廣泛使用的熱作模具鋼，它具有較高的熱強度和硬度、高的耐磨性和韌性、較好的耐熱疲勞性能，廣泛應(yīng)用于制造各種鍛模、熱擠壓模以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。熱作模具鋼工作時承受很大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)引起的熱應(yīng)力以及高溫氧化，常常出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。
H13鋼模具的制造要經(jīng)歷設(shè)計、選材、鍛造、退火、機加工和熱處理等到一系列工藝環(huán)節(jié)，每一工藝環(huán)節(jié)的工藝設(shè)計不當或工藝操作不當都會造成模具過早失效，降低模具使用壽命。熱作模具鋼常常出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損和龜裂等失效形式，熱作模具鋼的失效形式、程度和位置記錄了設(shè)計、選材、鍛造、退火、機加工和熱處理等到一系列工藝環(huán)節(jié)中的重要信息。
觀察和分析H13鋼模具的失效位置處的宏觀形貌特征、顯微組織及失效形式，運用金屬學(xué)、材料物理及斷裂力學(xué)的理論和方法提示H13鋼模具失效位置處的宏觀形貌特征、材料顯微組織及失效形式與模具設(shè)計、選材、加工工藝之間的關(guān)系，從而提出科學(xué)合理的工藝改進措施。
（1）原材料化學(xué)成分和冶金質(zhì)量分析
提高H13鋼的潔凈度，特別降低硫含量是提高H13鋼模具壽命的有效措施。優(yōu)質(zhì)H13鋼的硫含量在0.005～0.008%之間。H13鋼是合金元素含量較高的過共析鋼，在冶煉、鑄造時會出現(xiàn)碳化物偏析，鋼錠經(jīng)鍛軋后形成粗大的碳化物偏析帶。碳化物偏析帶和鑄造殘留的樹枝晶、縮孔、疏松和夾雜直接影響H13鋼模具的組織及性能，是模具早期失效的重要原因之一。對原材料化學(xué)成分和冶金質(zhì)量的分析可以評定原材料是否合格，從而用來指導(dǎo)制定科學(xué)合理的鍛造工藝和熱處理工藝。
試驗方法：對H13鋼材原材料進行取樣，分析其化學(xué)成分，評定其化學(xué)成分是否符合要求；從鋼材中心部位切取試樣，打磨、拋光，采用4％硝酸酒精溶液浸蝕，在光學(xué)顯微鏡上檢查顯微組織，按國家相關(guān)技術(shù)標準對碳化物偏析帶等級、夾雜物等級做出評定。
（2）模具顯微組織分析
顯微組織分析可確定模具失效位置是否存在碳化物偏析帶，大塊非金屬夾雜、網(wǎng)狀碳化物、共晶碳化物及回火馬氏體；微區(qū)成分分析可確定模具失效位置的化學(xué)成分分布特點；顯微硬度分析可確定模具失效位置的力學(xué)性能。綜合分析模具失效位置處的顯微組織、顯微硬度和微區(qū)成分，揭示模具失效位置處的宏觀形貌特征及失效形式的微觀機理，正確評價現(xiàn)行的鍛造、球化退火，淬火和回火工藝，從而提出科學(xué)合理的工藝改進措施。
試驗方法：從模具失效位置切取試樣，打磨、拋光，采用4％硝酸酒精溶液浸蝕、在光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡上檢查顯微組織，在顯微硬度儀上測量硬度，在能譜分析儀上確定微區(qū)成分。
