长祥锻造模具有限公司
我国自20世纪80年代引入国外通用铭系热作模具钢，但一直以来关于国产热作模具钢同国外先进水平的对比却很少见诸报道。
本文选用国产的H13和瑞典8407钢，从组织、冲击韧性等方面进行对比分析，为明确国内外模具材料性能差异以及模具选材提供一定的参考。
01
化学成分分析
国产H13和8407化学成分见表1为方便对比，表1中还列入GB/T 1299-2000规定的相当于H13的4Cr5MoSiV1钢的化学成分和NADCA*207-2003中优质钢和高级优质钢的化学成分。
与8407钢相比，国产H13的P、S偏高，查阅过的文献指出，降低钢中P、S对提高冲击韧性及断裂韧性效果显著。
与国产H13比，8407降低了Si含量，增加了Cr、Mo及V的含量，符合第二代H13 “低Si高Mo”的研发思路。
有研究表明降低Si含量，可降低回火脆性，弱化脱碳敏感性，研究表明Mo提高，可显著增加H13淬透性，且能在回火时析出较多细杆状M2C型碳化物，强化基体。而V是强碳（氮）化物形成元素，V含量增加可形成更多细小且弥散的MC型碳化物，显著提高回火稳定性。
总体而言，8407合金成分设计优于国产H13。
02
退火显微组织
NADCA#207-2003标准规定,H13锻后退火显微组织为铁素体基体上均匀分布有球状合金碳化物。
国产H13和8407退火组织如图1所示。
按NADCA标准，H13评为不合格。
而8407钢退火后碳化物颗粒分布的均匀度较高，但部分晶界仍有少量碳化物呈链状析出。根据NADCA规定，8407退火组织评为合格，且符合高级优质钢的标准。
03
夹杂物等级
国产H13和8407的夹杂物类型及等级见表2，由表2知。
两者显微清洁度一致，均不含B类和C类夹杂物，其中A类和D类夹杂物等级均满足高级钢要求，但两产品均含DS类大颗粒球状夹杂物，均为1.0级DS类夹杂物，出现几率较低，标准中未作要求，但若降低其等级其至消除，将利于产品质量提升。
04
晶粒度
NADCA#207-2003规定，经调质后，H13钢的晶粒度不低于7级。经分析国产H13钢的晶粒度为9.5级，而8407钢晶粒度为10级，两者均满足标准要求，但国产H13晶粒尺寸偏大。
05
退火态硬度
NADCA#207-2003规定，H13退火硬度不高于235HB，最优值为不髙于205HB。国产H13和8407退火硬度见表3，二者均满足NADCA标准，8407硬度更接近最优值。
06
冲击性能及断口形貌
NADCA*207-2003标准规定，试样经调质后测硬度，要求为42-50HRC，最优为44-46HRC。
取样进行冲击试验，要求优质钢冲击韧性不低于10.85J/cm2,高级优质钢的冲击韧性不低于13.56J/cm2。
国产H13和8407的调质态硬度分别为48.1HRC和44.0HRC，两产品均满足NADCA标准，但国产H13硬度稍高，8407调质硬度符合最优值.
对国产H13和8407钢分别进行冲击试验，测得国产H13冲击韧性值为13.58J/cm2，而8407的冲击韧性为14.60J/cm2，两产品均满足高级优质钢的要求，但8407的冲击性能优于国产H13钢。
图2为不同H13钢横向冲击试样断口形貌：分析图2可知，国产H13和8407断口均呈准解理和韧窝混合特征。
两者相比，8407宏观断口平面更为平整，表明应力在整个断口平面分布较均匀。其断口中显微孔洞数量较多，这些孔洞在应力作用下，沿空间三个方向均匀长大，因此形成一定数量有较大深度的等轴韧窝。
国产H13和8407钢的断口中均存在大量呈无规则取向分布的结晶状小刻面，这些小刻面间以撕裂方式相接，可见明显的撕裂棱，且前者存在更多的撕裂棱。两者相比，国产H13钢的准解理断裂特征更为明显。
对于韧性断裂而言，韧窝大小、深浅及数量是表征材料韧性水平的重要指标。8407的韧窝尺寸和深度较大，冲击性能较优。
横向冲击性能主要与钢的成分、洁净度、带状偏析、析出碳化物尺寸及分布有关。8407钢的P较低，而P降低会减弱钢的冷脆倾向。
国产H13和8407夹杂物水平相当，但前者晶粒较大,也会导致韧性变差。
07
结论
（1）以成分而言：
国产H13比8407成分特点为低P、低Si、高Mo、高V，但两者均评为高级优质钢。
（2）退火组织：
国产H13评为不合格，8407钢铁素体基体上均匀分布有球状碳化物，满足高级钢要求。
（3）显微清洁度:
两者夹杂物等级一致，均满足高级优质钢的要求，但两者均含DS类大颗粒夹杂物。
（4）晶粒度:
两种产品的晶粒度等级均合格，但8407钢的晶粒度等级更大，晶粒尺寸更为细小。
（5）退火硬度:
两种产品退火态硬度均满足标准要求，但8407钢的硬度更低。
（6）冲击性能：
两产品均满足高级钢的要求，但8407钢比国产H13冲击韧性高，冲击性能更优异。
如果您的使用要求并不高，H13完全可以达到您的使用期望，但是如果您是用于压铸使用甚至更高端，或许8407，8418的性价比会更高。
