H13 钢是目前应用最广泛的热作模具钢。由于其高温强度和硬度高，在中温条件下具有良好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性，并能抵抗熔融金属的腐蚀。, 常用于制作压铸模具。
压铸模具在使用过程中，既要承受高温熔融金属的冲击和压缩应力，又要承受脱模时压铸金属压缩产生的拉应力。受力情况较为复杂，使用过程中经常会因脆性断裂、腐蚀或侵蚀而产生热裂纹和整体失效。
导致压铸模失效的因素有很多。很难正确判断故障原因。此外，国内厂家生产的 H13 钢质量参差不齐，热处理工艺不合理。这给压铸模的失效分析带来了很大的困难。
某冶金厂使用 H13 钢制造的铝合金压铸模具，仅试生产了 100 多个产品。使用不到一天，模具就整体破裂，给该厂造成了一定的经济损失。为了找到 H13 钢压铸模失效的原因，作者进行了失效分析。
组织缺陷
模具毛坯钢的退火结构中存在明显的带状偏析缺陷。带状偏析是一种化学成分偏析。钢锭在锻造和轧制时，凝固过程中形成的树枝状偏析被轧制拉长，形成偏析带。退火时，碳化物沿偏析带析出，形成密度不同的带状偏析。偏析。带状偏析是衡量 H13 钢偏析程度的最简单也是最重要的指标。它可以反映钢锭结构中合金元素和枝晶的偏析情况，以及热加工工艺是否适当。它对钢的横向冲击韧性有很大影响。因此，NADCA#2007-2003 标准明确规定了 H13 钢退火组织和带状偏析的可接受程度。带状偏析对淬火后的组织和性能有很大影响。淬火后，在贫碳区形成低碳马氏体结构，在富碳区形成高碳隐晶马氏体结构，并最终继承下来。回火状态。失效模具钢的带状偏析严重，结构很不均匀，严重影响模具的横向韧性。
偏析区的非金属夹杂物和液化碳化物。研究指出，钢锭的再加热和扩散可以减少元素偏析，但对于 H13 钢来说，偏析很难完全消除，一旦偏析区出现大量非金属夹杂物和液化碳化物，将进一步降低钢的横向冲击韧性。这也是 NADCA#2007-2003 中区分带状偏析等级是否合格的重要依据。根据测试结果，模具钢的纯净度较低，偏析带中含有大量非金属夹杂物。其中，DS Al 2 O 3 大颗粒夹杂物已达到 2.0 的水平，严重破坏了基体的连续性。在外力作用下，容易产生裂纹。钢的强度随夹杂物数量的增加而降低，夹杂物的尺寸越大，对韧性的影响越大。液化碳化物是 H13 钢锭中粗大而连续的块状物，锻造后破碎，沿锻造方向呈链状分布。传统的热处理工艺对液化碳化物的分布和形态基本没有影响。因此，在回火结构的带状区域仍然可以看到液化碳化物的链状分布。与夹杂物类似，液化碳化物也会因自身断裂或与基体界面分离而增加钢的脆性。此外，局部尖角链状碳化物容易造成应力集中和微裂纹。非金属夹杂物和液化碳化物的集中分布，一方面严重影响钢的横向韧性，另一方面在使用过程中容易形成裂纹源。
模具硬度过高
从硬度测试结果可以看出，不合格模具的硬度高于 NADCA#2007-2003 推荐的硬度范围，且分布不均匀。根据 H13 钢的淬火和回火曲线可以看出，过高的淬火温度或过低的回火温度都可能导致 H13 钢的硬度升高，而回火不足则可能导致模具硬度分布不均匀。在热处理过程中，由于操作不当或炉温控制不当，模具在淬火回火后可能会出现硬度偏高的现象，进一步影响模具的冲击韧性，最终使显微组织处于不稳定状态，残余内应力过大。大，外力作用时容易开裂，造成模具早期失效。
失败过程
压铸模具在使用过程中要承受高温熔融金属的冲击和压应力，以及脱模时压铸金属压缩产生的拉应力，使用环境比较恶劣。从测试结果可以看出，大量夹杂物和液化碳化物集中在表面裂纹源附近。夹杂物和液化碳化物的弹性、塑性和热膨胀系数与基体存在差异。当反复施加热应力和机械力时，夹杂物和液化碳化物周围容易形成应力集中，最终产生微裂纹。由于模具钢的韧性较低，当微裂纹形成时，模具没有足够的韧性阻止裂纹扩展。当应力超过其断裂强度时，很容易导致裂纹穿透模具，造成模具开裂报废。由此可以判断，模具钢中的非金属夹杂物和液态沉积碳化物造成了模具表面的早期微裂纹，模具钢极低的韧性导致裂纹迅速扩展，是模具开裂的重要原因。
改进措施
根据上述分析，对 H13 钢及其热处理工艺进行了如下改进：
