H13钢是一种在模具行业和关键零部件中都具有广泛应用的模具钢。但是该类材料在具备高硬度的同时,其冲击韧性却大幅降低,限制了其在高冲击、强磨损工况的使用。为解决这一问题,本文开展了H13钢的马氏体(Martensite,M)和贝氏体(Bainite,B)的复相(M/B复相)微观结构研究。首先,对H13钢进行了不同热处理工艺研究,包括先B后M的AQT工艺(Austempering-QuenchingTempering)、先M后B的QAT工艺(Quenching-Austempering-Tempering),以及将B置于碳化物析出之后的QTA工艺(Quenching-Tempering-Austempering),同时也使用了常规热处理工艺(淬火加高温回火)以便于进行对比;其次,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对H13钢的微观组织进行了深入研究,同时对其力学性能进行检测,详细分析了热处理工艺对微观组织和力学性能的影响,结果表明:(1)经AQT工艺处理,H13钢形成无碳化物贝氏体(carbon-free bainite,后文简称CFB)+M复相组织,此类复相组织不但对H13钢的硬度和强度提升较少,而且过多的无碳化物贝氏体还会增大H13钢的脆性并扩大脆性温度区。(2)经QAT工艺处理,H13钢形成下贝氏体(lower bainite,后文简称LB)+M复相组织,此类复相组织可提高H13钢的回火稳定性,使其在610℃时仍可维持50 HRC的硬度值;其中,预淬温度为160℃的QAT工艺可使H13钢在低温回火后具备高韧性和高强度,冲击吸收功和抗拉强度均远高于全M组织的H13钢。(3)经QTA工艺处理,H13钢形成LB+回火马氏体(M’)的复相组织,此类复相组织既可提高H13钢的回火稳定性,还可使H13钢同时具备高硬度和高韧性;预淬温度为210℃的QTA工艺可使H13钢的硬度峰值达到57.5 HRC,与常规工艺处理的H13钢的峰值硬度值相等,而冲击吸收功达到10.1 J,是后者的近三倍,抗拉强度达到2173 MPa,也高于后者。(4)合适比例的CFB/M复相组织、LB/M复相组织以及LB/M’复相组织的峰值硬度和抗拉强度均可高于全M’组织。(5)LB在回火过程中也存在二次硬化现象,且二次硬化产生的脆性比M’更大;高温回火后LB板条上的碳化物在相界偏聚,是其较大脆性的主要原因。总之,经过预淬温度为210℃的QTA工艺处理后的H13钢,可以兼具高硬度与高冲击韧性,可以应用在强冲击、强磨损的严酷工况。