En tant qu'acier pour matrices de travail à chaud offrant à la fois résistance et ténacité, l'AISIH13 est largement utilisé dans les matrices de forgeage à chaud, les matrices d'extrusion à chaud et les matrices de moulage sous pression en alliage d'aluminium. Il doit lui-même avoir une excellente résistance et ténacité à haute température. L'acier H13 contient une fraction massique élevée d'éléments d'alliage, en particulier les éléments formant du carbure que sont le molybdène, le vanadium et le chrome. La ségrégation des éléments d'alliage au cours du processus de solidification entraînera la précipitation de carbures ou de carbonitrures de grande taille. L'existence de ces précipités durs de grande taille, qui est sans aucun doute préjudiciable à la résistance et à la ténacité des produits en acier moulé. Les précipités de grande taille dans l'acier H13 comprennent principalement des phases carbure ou des phases carbonitrures de vanadium, de chrome et de molybdène. Chaque phase de précipité de grande taille mettra en solution plus ou moins solide certains autres éléments d'alliage. Ces précipités de grande taille sont généralement considérés comme étant formés lors du processus de solidification de l'acier en fusion. Cependant, dans les recherches actuelles, il n’existe pas d’analyse détaillée des caractéristiques comportementales des phases précipitées de grande taille, ni d’explication raisonnable et cohérente de leur mécanisme de précipitation.
L'échantillonnage des lingots au cours du processus de production proprement dit présente de nombreux inconvénients. Le prélèvement d'échantillons sur la tête ou la queue n'est pas représentatif. Prélever des échantillons au milieu du lingot rendra impossible la poursuite du forgeage des pièces restantes en matériaux, ce qui entraînera un gaspillage de matériau. Dans les matériaux de forge, l'échantillonnage sur le matériau laminé ne permet pas de restituer la morphologie originale des précipités de grande taille. Les chercheurs ont utilisé un four à induction sous vide pour fondre de petits lingots d'acier en laboratoire selon la gamme de composition de l'acier H13 spécifiée dans NADCA207-2003, et ont analysé les caractéristiques des précipités de petite taille dans les lingots. Ils ont également utilisé le logiciel de calcul thermodynamique Thermo-calc pour analyser les caractéristiques des précipités de grande taille lors du processus de solidification. Le comportement de précipitation est calculé pour fournir une explication et une analyse raisonnables du comportement de précipitation de précipités de grande taille dans l'acier H13.
La masse du lingot d’acier fondu dans le four à induction sous vide du laboratoire est de 5 kg. Les matières premières de l'alliage sont le fer pur, le chrome métallique, le molybdène métallique, le manganèse métallique et le silicium métallique. Le vanadium est un ferro-alliage de vanadium FeV51.8. Coupez le lingot d'acier uniformément dans le sens longitudinal et prélevez des échantillons à la moitié de la hauteur, à la moitié du rayon de la section transversale et au centre. Les échantillons ont été grossièrement broyés et polis, et SEM + EDS ont été utilisés pour observer les caractéristiques de morphologie et de composition de précipités de grande taille. Des études montrent:
(1) Les phases précipitées de grande taille dans la fusion en laboratoire de l'acier H13 comprennent trois types, la phase C riche en vanadium (V, Mo, Cr, Fe), la phase C riche en Mo-Cr (V, Mo, Cr, Fe) et sulfure de manganèse. La phase C riche en vanadium (V, Mo, Cr, Fe) se présente principalement sous la forme de longues bandes, d'une taille allant jusqu'à plusieurs dizaines de microns, et d'une faible fraction massique de molybdène et de chrome ; la phase C riche en Mo-Cr (V, Mo, Cr, Fe) La forme de la phase est irrégulière et la fraction massique de vanadium est relativement faible.
(2) Les précipités de grande taille précipitent souvent ensemble. Les trois types de précipités sont soit enveloppés de l’intérieur vers l’extérieur, soit reliés bout à bout dans une seule direction. Grâce à l'existence de phases précipitées de grande taille, l'ordre de précipitation peut être grossièrement déduit : le sulfure précipite en premier, suivi de la phase C riche en vanadium (V, Mo, Cr, Fe) et de la phase riche en Mo-Cr ( Les phases V, Mo, Cr, Fe)C sont finalement précipitées.
(3) Les caractéristiques de composition et la séquence de précipitation des phases précipitées pendant le processus de solidification calculées par Thermo-calc sont fondamentalement cohérentes avec les résultats des tests. Au fur et à mesure du processus de solidification, la phase FCC-A1# riche en vanadium précipite en premier, et la phase M7C3 riche en Cr-Fe et la phase M6C riche en Mo-Fe précipitent finalement à la fin de la solidification. Selon les caractéristiques de composition, la phase C riche en Mo-Cr (V, Mo, Cr, Fe) présente dans le lingot d'acier peut être une phase mutuellement dissoute ou une phase mixte de la phase M6C et de la phase M7C3.
