Microstructure Evolution and Mechanical Property Control of H13 Hot-work Die Steel during Tempering

Chen Jinpeng; Wang Haojie; Chen Cheng; Tian Junyu; Li Jianli; Li Guangqiang; Wang Qiang

doi:10.20057/j.1003-8620.N260083

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Microstructure Evolution and Mechanical Property Control of H13 Hot-work Die Steel during Tempering

Forming and Phase Transition | 更新时间：2026-10-13

- Microstructure Evolution and Mechanical Property Control of H13 Hot-work Die Steel during Tempering
- Special Steel Vol. 47, Issue 5, Pages: 87-95(2026)
- 作者机构：
  
  1.武汉科技大学，钢铁冶金及资源利用教育部重点实验室，武汉 430081
  2.大冶特殊钢有限公司，黄石 435001
  3.武汉科技大学材料科学与工程学院，武汉 430081
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N260083
  CLC： TG156.5
- Received：08 June 2026，
  
  Revised：2026-07-04，
  
  Accepted：06 July 2026，
  
  Published：30 September 2026
- 稿件说明：
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陈锦鹏,王豪杰,陈枨等.H13热作模具钢回火组织演变与力学性能调控[J].特殊钢,2026,47(05):87-95.

Chen Jinpeng,Wang Haojie,Chen Cheng,et al.Microstructure Evolution and Mechanical Property Control of H13 Hot-work Die Steel during Tempering[J].Special Steel,2026,47(05):87-95.
陈锦鹏,王豪杰,陈枨等.H13热作模具钢回火组织演变与力学性能调控[J].特殊钢,2026,47(05):87-95. DOI：10.20057/j.1003-8620.N260083.

Chen Jinpeng,Wang Haojie,Chen Cheng,et al.Microstructure Evolution and Mechanical Property Control of H13 Hot-work Die Steel during Tempering[J].Special Steel,2026,47(05):87-95. DOI：10.20057/j.1003-8620.N260083.

摘要

以铸态H13热作模具钢为研究对象，采用1 100 ℃保温20 min油冷淬火后，分别在560、620、650 ℃下进行不同回火时间和回火次数的回火处理，利用OM、SEM、EPMA、XRD、EBSD及硬度、夏比冲击试验研究回火工艺对其组织演变和力学性能的影响。结果表明：回火温度是影响H13钢组织演变的主导因素。随着回火温度升高以及回火时间、次数增加，马氏体板条特征逐渐弱化，碳化物由细小弥散析出向聚集、球化和粗化转变，残余奥氏体含量和马氏体固溶碳含量总体降低，组织由回火马氏体向高温回火组织演变。560 ℃回火有利于保持较高硬度，其中，560 ℃回火65 min+回火三次组的硬度最高，为54.6HRC，但冲击吸收功较低；650 ℃回火可促进基体回复和碳化物球化，其中，650 ℃回火65 min+回火两次组的冲击吸收功最高，达到15.39 J，表现出了较好的冲击韧性。断口形貌由低温回火下的解理/准解理断裂逐渐向高温回火下的微孔聚集型韧性断裂转变。合理控制回火温度、回火时间和回火次数，可实现H13钢硬度与韧性的协同调控。

Abstract

Taking as-cast H13 hot-work die steel as the research material， specimens were austenitized at 1 100 ℃ for 20 min followed by oil quenching， and subsequently subjected to tempering treatments at 560 ℃， 620 ℃ and 650 ℃ with varying tempering durations and cycles. Optical microscopy （OM）， scanning electron microscopy （SEM）， electron probe microanalysis （EPMA）， X-ray diffraction （XRD）， electron backscatter diffraction （EBSD）， hardness measurements and Charpy impact tests were employed to investigate the effects of tempering parameters on microstructure evolution and mechanical properties of the steel. The results reveal that tempering temperature dominates the microstructure evolution of H13 steel. With increasing tempering temperature， time and number of cycles， the lath feature of martensite gradually weakens； precipitated fine dispersed carbides undergo aggregation， spheroidization and coarsening， while the retained austenite content and dissolved carbon content in martensite show an overall decrease， and the microstructure evolves from tempered martensite to high-temperature tempered microstructure. Tempering at 560 ℃ retains relatively high hardness， among which the group tempered at 560 ℃ for 65 min with three cycles achieves the maximum hardness of 54.6 HRC， yet a low impact absorbed energy. Tempering at 650 ℃ accelerates matrix recovery and carbide spheroidization， and the group tempered at 650 ℃ for 65 min with two cycles achieves the highest impact absorbed energy of 15.39 J with superior impact toughness. The fracture morphology gradually transforms from cleavage/quasi-cleavage fracture at low tempering temperature to dimple ductile fracture at high tempering temperature. Optimized regulation of tempering temperature， time and number of cycles enables synergistic improvement in hardness and toughness of H13 steel.

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