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退火組織的優(yōu)劣影響熱作模具鋼的沖擊韌性，此類鋼通常應(yīng)用于急冷急熱及高壓環(huán)境，熱疲勞裂紋是最主要的失效形式。在一定強(qiáng)度下，高的沖擊韌性對(duì)于提高模具熱疲勞抗性，阻止裂紋擴(kuò)展從而提高模具使用壽命具有重大意義。雖然影響H13鋼沖擊韌性的因素較多，但沖擊韌性與退火組織級(jí)別的確存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此獲得良好的退火組織是必要的。
對(duì)于H13鋼顯微組織等級(jí)的判定依據(jù)，國(guó)外先進(jìn)的模具鋼和模具生產(chǎn)廠家以及各研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了多年的研究和廣泛的實(shí)踐，逐漸形成了一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。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，通過(guò)金相評(píng)級(jí)的方法也可以正確評(píng)定熱作模具鋼的質(zhì)量。之后Böhler Edelstahl、Edelstahl Witten-Krefeld及Uddeholm Tooling AB等公司在NADCA# 207-90標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上聯(lián)合研制了新的圖譜，VDEH（德國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)）則以新的標(biāo)準(zhǔn)號(hào)SEP-1614-1996發(fā)布。隨著對(duì)壓鑄模失效機(jī)理的不斷認(rèn)識(shí)，NADCA（北美壓鑄協(xié)會(huì)）對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂（1997和2003），進(jìn)一步精簡(jiǎn)了90版本中的顯微組織評(píng)級(jí)圖譜。近年來(lái)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)普遍得到了世界各國(guó)用戶的認(rèn)可，但對(duì)某些評(píng)級(jí)和測(cè)定方法還存在一定的爭(zhēng)議，因此，在需要對(duì)退火組織進(jìn)行細(xì)致的評(píng)級(jí)時(shí)，常常仍然沿用NADCA# 207-90標(biāo)準(zhǔn)。另外，即便鋼材通過(guò)了橫向V型沖擊的認(rèn)定，也仍然需要退火組織評(píng)級(jí)來(lái)確定鋼材的最終等級(jí)。我國(guó)也針對(duì)熱作模具鋼的顯微組織制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如熱作模具鋼顯微組織評(píng)級(jí)（JB/T8420-96）及修訂版本（JB/T8420-08），但該標(biāo)準(zhǔn)未涉及到熱作模具鋼的退火組織評(píng)級(jí)。
下面我們開(kāi)始分析SEP-1614-1996標(biāo)準(zhǔn)圖譜（同NADCA# 207-90）：
01退火組織（500倍）評(píng)級(jí)圖片
由該評(píng)級(jí)圖可知，位于藍(lán)色折線右側(cè)的不可接受退火組織具有三個(gè)主要特征：沿晶界析出網(wǎng)狀碳化物、由局部偏析造成的部分區(qū)域碳化物空白、析出碳化物分布排列呈不同位向的針狀、嚴(yán)重的偏析以及沿晶碳化物析出。
按SEP 1614-1996，Microscopic inspection of hot-work tool steels中的相關(guān)規(guī)定，每列組織的特征如下：
（1）GA列主要用于評(píng)價(jià)1.2343鋼（H11）；
（2）GB列主要用于評(píng)價(jià)1.2344鋼（H13），GB列圖譜中可見(jiàn)網(wǎng)狀碳化物析出，由于1.2344鋼V含量較高，網(wǎng)狀碳化物析出是此類鋼主要的組織特征；
（3）GC列和GD列組織的出現(xiàn)原因是鋼錠熱加工后發(fā)生了貝氏體相變，而隨后的退火過(guò)程，碳化物沒(méi)有完全球化，按行區(qū)分，由上到下（數(shù)字1到5），鋼錠熱加工后轉(zhuǎn)變的貝氏體量越來(lái)越多；
（4）GE列組織的出現(xiàn)原因是熱加工后發(fā)生了珠光體相變，在發(fā)生了相變的珠光體區(qū)域，形成的鐵素體內(nèi)部隱含合金碳化物，非常稀疏，金相組織上呈現(xiàn)白色，同時(shí)碳化物沿晶界析出；
（5）GF列組織的出現(xiàn)原因是熱加工后發(fā)生了完全珠光體相變。經(jīng)過(guò)了不充分的退火過(guò)程，導(dǎo)致了嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物組織及碳化物偏聚。按行區(qū)分，由上到下（數(shù)字1到5），發(fā)生珠光體相變的量越來(lái)越多，因此組織級(jí)別也越來(lái)越差。此列組織非常不適合后續(xù)的機(jī)械加工。
NADCA（北美壓鑄協(xié)會(huì)）對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂（2003），進(jìn)一步精簡(jiǎn)了97版本中的顯微組織評(píng)級(jí)圖譜，各級(jí)別不再進(jìn)行鋼種區(qū)分，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
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AS1
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GA1
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AS10
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GB5
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AS2
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GA5
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AS11
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GC3
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AS3
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GB1
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AS12
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GC4
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AS4
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GB4
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AS13
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GD3
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AS5
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GC1
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AS14
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GD4
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AS6
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GC2
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AS15
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GE2
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AS7
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GD1
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AS16
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GE3
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AS8
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GD2
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AS17
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GF1
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AS9
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GE1
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AS18
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GF2
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AS1-AS9：合格退火組織
AS10-AS18：不合格退火組織
新的退火組織圖片如下圖：
02帶狀偏析組織（50倍）評(píng)級(jí)圖片
H13鋼凝固過(guò)程中形成枝晶偏析，即合金元素偏析，如果未采取措施消除這種成分偏析，鋼錠鍛軋變形時(shí)，枝晶臂和枝晶間被壓延而伸長(zhǎng)，形成纖維組織，即所謂的一次帶狀偏析組織，退火后形成帶狀偏析。H13鋼球化退火的目的是降低硬度，獲得良好的機(jī)加工硬度，同時(shí)得到最終熱處理所需要的預(yù)備組織，由于成分偏析，退火過(guò)程中析出的碳化物存在尺寸分布及密集程度差異，在金相照片上表現(xiàn)為“黑區(qū)”和“白區(qū)”交替分布。帶狀偏析形貌特征決定于鋼錠凝固過(guò)程、熱加工工藝及擴(kuò)散工藝。
按SEP 1614-1996，帶狀偏析圖譜特征如下：
（1）SA和SC列用于評(píng)價(jià)1.2343（H11）；
（2）SB和SD列用于評(píng)價(jià)1.2344（H13）和1.2367；
（3）SE系列為不合格帶狀偏析組織；
（4）按行劃分，由上至下（數(shù)字1到5），對(duì)應(yīng)不同的鍛造比。
NADCA 207#-2003標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了修訂，劃分依據(jù)是偏析帶中是否存在可見(jiàn)的大顆粒一次碳化物，存在即判為不合格，并且不再區(qū)分不同鋼種的帶狀組織。如下圖：
以上內(nèi)容參考資料：
Kirpichnikov M S, Sinitsyn E O, Érgardt N V. Developing regimes for the heat treatment of tool steel 1.2344 with a specific structure[J]. Metallurgist, 2007, 51(9-10): 499-502.
Stahl-Eisen- Prüfblatt SEP 1614 , Microscopic Inspection of Hot-work Tool Steels. Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf, Germany, 1996.
Guthrie B D, Cleaver T H. Method for qualifying die material and testing dies: U.S. Patent 6,963,844[P]. 2005-11-8.
Bernd G, Bengt K, Alfred S. Relation between Microstructure and Ductility of Hot Work Tool steels H-11 and H-13-Presentation of Acceptance References for Microstructures, NADCA Indianapolis T95-103 :337-342,
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本文作者周健 鋼鐵研究總院特殊鋼研究所工模具及軸承鋼研究室
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