H13模具鋼中氧化物和氮化物生成的機理研究

美標AISIH13(國標4Cr5MoSiV1)是國內外使用最廣泛的熱作模具鋼之一，在擠壓模、壓鑄模、鍛造模、穿孔頂頭等均有重要應用，夾雜物是影響H13鋼疲勞壽命的重要因素。劉建華等先后對H13鋼冶煉過程中夾雜物演變規律進行分析，指出電渣錠和鍛材中存在著Al2O3復合夾雜、方形(Ti，V)N或TiN、VC及少量硫化物等，而氧化物、硫化物在經過電渣重熔后可有效去除，故碳化物和氮化物對鋼材性能影響也十分突出。

北京科技大學的學者通過掃描電鏡和電子探針對H13模具鋼中的氧化物和氮化物進行分析，發現鋼中氧化物主要為5μm左右的球狀Al2O3和少量MgO?Al2O3，此外還存在(Tix，V1-x)N復合氮化物，部分以2～3μm的MgO?Al2O3和Al2O3氧化物作為核心。根據熱力學計算了Al2O3、Ti3O5和SiO2生成的可能性，當溫度降至1829K時Al2O3可以由液相中生成，而Ti3O5和SiO2均不能生成。平衡態下H13鋼中TiN、VN、AlN均不能在液相和兩相區中生成，非平衡凝固時合金元素尤其是Ti發生明顯偏析，理論計算二元氮化物TiN和VN在臨界固相率為0.699和0.987時由凝固前沿生成。而試驗發現氮化物中Ti、V等合金元素變化趨勢一致，說明(Tix，V1-x)N復合氮化物直接以復合析出的方式形成氮化物固溶體。復合氮化物中Ti元素的摩爾分數為0.5～0.6，理論計算其在固相率達到0.7時可在固液兩相區生成。從形成條件、錯配度等因素分析了氧化物作為氮化物核心的作用，而氧化物對氮化物形核的影響將作進一步的研究。