退氮處理對h13模具鋼滲氮層組織與性能的影響
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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、抗粘結等性能,通常需要對其進(jìn)(jìn)行表面滲氮處理,在保持模具心部原有強度和韌性的同時(shí)(shí),能有效提高模具的表面強度,對提高工件的使用壽命具有重要意義。
1. 試驗材料及方法
試驗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對滲氮試樣進(jìn)(jìn)行表面硬度和滲氮層硬度梯度的測定(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)(guān)察,并與原始滲氮件進(jìn)(jìn)行對比。
2. 試驗結果及分析
(1)退氮溫度和時(shí)(shí)間對表面硬度的影響
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)(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)明冷卻方式對退氮后表面硬度影響不大。
(2)退氮溫度和時(shí)(shí)間對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散,且伴隨著(zhù)(zhù)向內擴散,表層硬度下降的同時(shí)(shí),滲層內部硬度增加。對于610℃和630℃,滲氮層0.25mm以后的硬度都低于了原滲氮試樣,雖然氮原子向內擴散,但由于加熱溫度高于試樣回火溫度,使基體軟化,導致滲層硬度下降。
(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)擴散層和基體組織間有一條明顯的過(guò)(guò)渡層。對滲層部位1在500倍下觀(guān)(guān)察可看出擴散層的脈狀氮化物均已擴散分解成粒狀。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,容易出現銑刀折斷和嚴重的磨損;根據試驗結果,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的工藝對滲氮模具進(jìn)(jìn)行了退氮處理,在高速銑床上對退氮模具進(jìn)(jìn)行了加工試驗。
結果表明:退氮處理后,加工性能相比未退氮模具有了極大的改善,試驗過(guò)(guò)程中沒(méi)(méi)有發(fā)(fā)現折刀現象,磨損情況較為理想。
4. 結語(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)(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。