به عنوان یک فولاد قالب داغ با استحکام و چقرمگی، AISIH13 به طور گسترده در قالب های فورج گرم، قالب های اکستروژن داغ و قالب های ریخته گری آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. خود باید استحکام و چقرمگی عالی در دمای بالا داشته باشد. فولاد H13 دارای کسر جرمی بالایی از عناصر آلیاژی است، به ویژه عناصر تشکیل دهنده کاربید مولیبدن، وانادیم و کروم. جداسازی عناصر آلیاژی در طول فرآیند انجماد منجر به رسوب کاربیدها یا کربنیتریدهای بزرگ می شود. وجود این رسوبات سخت در ابعاد بزرگ که بدون شک برای استحکام و چقرمگی محصولات فولادی قالب مضر است. رسوبات با اندازه بزرگ در فولاد H13 عمدتاً شامل فازهای کاربید یا فازهای کربنیترید وانادیوم، کروم و مولیبدن هستند. هر فاز رسوبی با اندازه بزرگ، عناصر آلیاژی دیگر را کم و بیش جامد حل می کند. این رسوبات با اندازه بزرگ معمولاً در طی فرآیند انجماد فولاد مذاب تشکیل می شوند. با این حال، در تحقیقات کنونی، تحلیل دقیقی از ویژگیهای رفتاری فازهای رسوبشده با اندازه بزرگ وجود ندارد و توضیح منطقی و منسجمی درباره مکانیسم بارش آن وجود ندارد.
مشکلات زیادی در نمونه برداری از شمش در طول فرآیند تولید واقعی وجود دارد. نمونه برداری از سر یا دم معرف نیست. نمونه برداری از وسط شمش، ادامه آهنگری قطعات باقی مانده را غیرممکن می کند و در نتیجه مواد هدر می رود. در مواد آهنگری، نمونه برداری از مواد نورد شده نمی تواند مورفولوژی اصلی رسوبات با اندازه بزرگ را بازیابی کند. محققان از یک کوره القایی خلاء برای ذوب شمش های فولادی کوچک در آزمایشگاه با توجه به محدوده ترکیب فولاد H13 مشخص شده در NADCA207-2003 استفاده کردند و ویژگی های رسوبات با اندازه کوچک را در شمش ها تجزیه و تحلیل کردند. آنها همچنین از نرم افزار محاسبه ترمودینامیکی Thermo-calc برای تجزیه و تحلیل ویژگی های رسوبات با اندازه بزرگ در طول فرآیند انجماد استفاده کردند. رفتار بارش برای ارائه یک توضیح و تحلیل منطقی برای رفتار بارشی رسوبات با اندازه بزرگ در فولاد H13 محاسبه شده است.
جرم شمش فولادی ذوب شده در کوره القایی خلاء آزمایشگاهی 5 کیلوگرم است. مواد اولیه آلیاژی عبارتند از آهن خالص، فلز کروم، فلز مولیبدن، فلز منگنز و فلز سیلیکون. وانادیم فروآلیاژ وانادیوم FeV51.8 است. شمش فولادی را به صورت طولی برش دهید و در 1/2 ارتفاع، 1/2 شعاع مقطع و در مرکز نمونه برداری کنید. نمونهها زمین خشن و صیقلی بودند و از SEM+EDS برای مشاهده مورفولوژی و ویژگیهای ترکیب رسوبهای با اندازه بزرگ استفاده شد. تحقیقات نشان میدهد:
(1) فازهای رسوبی با اندازه بزرگ در ذوب فولاد H13 آزمایشگاهی شامل سه نوع، فاز C غنی از وانادیم (V، Mo، Cr، Fe)، فاز C غنی از Mo-Cr (V، Mo، Cr، Fe) و سولفید منگنز فاز C غنی از وانادیوم (V، Mo، Cr، Fe) بیشتر به شکل نوارهای بلند، با اندازه تا ده ها میکرون، و کسر جرمی کم مولیبدن و کروم است. فاز C غنی از Mo-Cr (V, Mo, Cr, Fe) شکل فاز نامنظم است و کسر جرمی وانادیوم نسبتاً کم است.
(2) رسوبات با اندازه بزرگ اغلب با هم رسوب می کنند. سه نوع رسوب یا از داخل به بیرون پیچیده می شوند یا از سر به انتها در یک جهت متصل می شوند. از طریق شکل وجود فازهای رسوبی با اندازه بزرگ، میتوان ترتیب بارش را تقریباً استنباط کرد: ابتدا سولفید رسوب میکند و سپس فاز C غنی از وانادیوم (V، Mo، Cr، Fe) و غنی از Mo-Cr. فاز V، Mo، Cr، Fe)C در نهایت رسوب میکند.
(3) ویژگیهای ترکیب و توالی بارش فازهای رسوبشده در طول فرآیند انجماد محاسبهشده توسط Thermo-calc اساساً با نتایج آزمایش سازگار است. با ادامه فرآیند انجماد، فاز FCC-A1# غنی از وانادیم ابتدا رسوب میکند و فاز M7C3 غنی از Cr-Fe و فاز M6C غنی از Mo-Fe در پایان در پایان انجماد رسوب میکند. با توجه به ویژگی های ترکیب، فاز C غنی از Mo-Cr (V، Mo، Cr، Fe) موجود در شمش فولاد ممکن است یک فاز محلول متقابل یا یک فاز مخلوط فاز M6C و فاز M7C3 باشد.
