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h13鋼是一種重要的熱作模具鋼，具有優(yōu)(yōu)良的熱強(qiáng)性、塑韌性、抗氧化性及熱疲勞抗力。為了提高模具的表面硬度、耐腐蝕、抗粘結(jié)等性能，通常需要對(duì)其進(jìn)(jìn)行表面滲氮處理，在保持模具心部原有強(qiáng)度和韌性的同時(shí)(shí)，能有效提高模具的表面強(qiáng)度，對(duì)提高工件的使用壽命具有重要意義。

1. 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用試樣直接從已熱處理完畢的h13模具鋼上切取，尺寸均為20mm×20mm×10mm，試樣表面經(jīng)(jīng)預(yù)磨拋光和清洗除油，保證滲氮面的平整光潔。在ldmc-75f型輝光離子氮化爐中對(duì)試樣進(jìn)(jìn)行離子氮化處理，介質(zhì)(zhì)采用純氨，滲氮溫度為500℃，滲氮時(shí)(shí)間為10h，滲氮壓力為300pa。在箱式爐中分別采用不同保溫溫度和時(shí)(shí)間對(duì)滲氮試樣進(jìn)(jìn)行退氮處理，空冷冷卻，最后一組試樣隨爐冷卻。處理完畢后利用顯微硬度計(jì)對(duì)滲氮試樣進(jìn)(jìn)行表面硬度和滲氮層硬度梯度的測(cè)定(載荷砝碼300g，加載12s)，在帶圖像分析儀的光學(xué)(xué)顯微鏡上進(jìn)(jìn)行試樣的組織觀(guān)察，并與原始滲氮件進(jìn)(jìn)行對(duì)比。

2. 試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)退氮溫度和時(shí)(shí)間對(duì)表面硬度的影響

不同溫度和時(shí)(shí)間下退氮處理后表面硬度對(duì)比?？梢鑰闖?，在高于570℃的溫度退氮處理后表面硬度均有不同程度的下降;溫度越高，硬度下降越多;隨時(shí)(shí)間增加，硬度從2～5h硬度下降明顯，5h以后硬度變化趨小;溫度的影響要比時(shí)(shí)間大，630℃×2h處理的效果比570℃×8h效果更顯著(zhù)。另外，可以看出保溫8h后空冷和爐冷試樣表面硬度變化相差不大，說(shuō)(shuō)明冷卻方式對(duì)退氮后表面硬度影響不大。

 

(2)退氮溫度和時(shí)(shí)間對(duì)滲層硬度梯度的影響

是不同溫度在不同時(shí)(shí)間下滲層的硬度梯度分布。從梯度的變化可以看出，退氮處理后試樣表層硬度下降明顯，相比原始滲氮試樣，滲氮層的硬度梯度更加平緩，滲層厚度有所增加。

 

 

對(duì)于570℃和590℃處理的試樣，從距表面0.25mm向里，其硬度的下降有所緩和，并超過(guò)(guò)了處理前滲氮的硬度值。退氮不僅使氮原子向外擴(kuò)散，且伴隨著(zhù)向內(nèi)擴(kuò)散，表層硬度下降的同時(shí)(shí)，滲層內(nèi)部硬度增加。對(duì)于610℃和630℃，滲氮層0.25mm以后的硬度都低于了原滲氮試樣，雖然氮原子向內(nèi)擴(kuò)散，但由于加熱溫度高于試樣回火溫度，使基體軟化，導(dǎo)致滲層硬度下降。

(3)退氮處理后滲層組織的變化

退氮后滲氮層金相組織?？梢?jiàn)擴(kuò)散層和基體組織間有一條明顯的過(guò)(guò)渡層。對(duì)滲層部位1在500倍下觀(guān)察可看出擴(kuò)散層的脈狀氮化物均已擴(kuò)散分解成粒狀。由于在箱式爐中退氮，滲層表面有明顯的脫氮氧化現(xiàn)象。

3. 滲氮模具退氮處理后的加工情況

滲氮模具直接翻新時(shí)(shí)，由于滲層硬度高，容易出現(xiàn)銑刀折斷和嚴(yán)重的磨損;根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在保證基體硬度的前提下，采用保溫溫度610℃、保溫時(shí)(shí)間5h的工藝對(duì)滲氮模具進(jìn)(jìn)行了退氮處理，在高速銑床上對(duì)退氮模具進(jìn)(jìn)行了加工試驗(yàn)。

結(jié)果表明：退氮處理后，加工性能相比未退氮模具有了極大的改善，試驗(yàn)過(guò)(guò)程中沒(méi)(méi)有發(fā)(fā)現(xiàn)折刀現(xiàn)象，磨損情況較為理想。

4. 結(jié)語(yǔ)(yǔ)

(1)高于570℃的溫度退氮處理后表面硬度均有不同程度的下降。在保證基體硬度滿(mǎn)足要求的條件下，退氮處理可使表面硬度由處理前的1000hv以上最低降至700hv左右。

(2)退氮處理后，試樣表層硬度下降明顯，相比原始滲氮試樣，滲氮層的硬度梯度更加平緩。另外，退氮對(duì)滲氮層組織也產(chǎn)(chǎn)生較大影響。

(3)實(shí)(shí)際加工生產(chǎn)(chǎn)表明，退氮處理后，滲氮模具的翻新加工性能有了明顯的改善。