【正文】 滲氮時(shí)與氮生成多種合金氮化物，顯著提高滲氮層的硬度，且形成的各種氮化物相的比溶比鐵大， 滲氮后表面形成了較大的殘余壓應(yīng)力，可以抵消部分外加拉應(yīng)力，使?jié)B層疲勞強(qiáng)度顯著 提高。ε相具有較高的電位， 它的抗腐蝕性能較穩(wěn)定。氮化層由表面的氮化層和次表面的擴(kuò)散層構(gòu)成。 氮化層的組成 模具的表面強(qiáng)化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用最廣泛的。這樣復(fù)合處理后，在模具表面產(chǎn)生約 10um 左右的致密氧化膜。鋁在微秒級(jí)脈寬電子束的作用下瞬時(shí)加熱到高溫，溶入機(jī)體表面，實(shí)現(xiàn)表面的鋁合金化，靠金屬基體良好的導(dǎo)熱性快速冷卻。 高能束表面合金化：高能束表面合金化是近年來(lái)發(fā)展的新興技術(shù)，主要能源是激光束和電子束。激光熔覆技術(shù)通過(guò)在模具表面覆蓋一層具有一定性能的熔覆材料，以改善表面性能。 （ 2）高能束流表面處理 激光表面處理： H13 鋼經(jīng)激光淬火，表面硬度可達(dá) 62HRC 【 16】。雖然熱疲勞裂紋起源較早，但不向縱深擴(kuò)展 ，因而也改善了熱疲勞抗力。然后進(jìn)行多元滲，共滲后滲層深度為 硬度為 58~62HRC。多元共滲：比較典型的多元共滲工藝為 C、 N、O、 S、 B 五元共滲。軟氮化溫度在 565℃以下附近較好，既能保證滲速，又能使形成的ε +γ’相所需的 N 濃度較高，可以在表層形成ε之前有更多的 N 深入基體，這樣在第二階段 N 原子擴(kuò)散時(shí)，有利于形成合理的擴(kuò)散層。 NC 共滲（軟氮化）： H13 鋼由于滲氮，化合物中的相韌性較低，膨脹系數(shù)較大，對(duì)熱疲勞性能產(chǎn)生不利影響。 H13 鋼中有較多的 Cr、 Mo 等元素，氮化時(shí)能生成穩(wěn)定的氮化物并使其彌散分布，有利于提高 H13 鋼的耐磨性、耐蝕性、抗粘結(jié)性及抗熱疲勞性能。離子滲氮：離子滲氮就是在真空中加入含氮元素的氣體，把工件作為陰極，在陰極和陽(yáng)極間施加高壓，使氣體產(chǎn)生輝光放電，一方面使工件加熱，另一方面撞擊工件表面使氮向工件內(nèi)部擴(kuò)散。滲氮層深度與滲氮溫度近似直線關(guān)系，與 滲氮時(shí)間遵循拋物線關(guān)系。 氣體滲氮：氣體滲氮介質(zhì)通常是氨或者氨與氮的混合物。 鋼常用的表面改性方法 下面是近年來(lái)對(duì) H13 鋼表面改性的常用方法： （ 1）表面低溫化學(xué)熱處理低溫化學(xué)熱處理可以提高 H13 鋼的抗熱疲勞、耐熱磨損和耐蝕性能，而且工藝成本低廉，故應(yīng)用廣泛。隨后出現(xiàn)了許多針對(duì) H13 鋼表面的處理方法。模具的表面處理技術(shù)，是通過(guò)表面涂覆、表面改性或復(fù)合技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。這些表面性能指：耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦 系數(shù)、疲勞性能等。因此說(shuō)， H13 鋼是一種性能優(yōu)異的中溫（ 600℃）熱擠壓模具鋼。 H13 鋼回火組織為回火馬氏體 +少量粒狀碳化物，低于 600℃回火的組織仍保持馬氏體板條形態(tài)；當(dāng)回火溫度高于 650℃時(shí)，馬氏體形態(tài)消失，組織為回火索氏體。關(guān)于回火脆性，大部分研究解釋為馬氏體條間析出較大的碳化物，以及殘余奧氏體的分解所導(dǎo)致 【 12】。殘余奧氏體的存在可 使材料在斷裂時(shí)吸收更多的能量，并改變裂紋的擴(kuò)展方向及裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，從而提高鋼的韌性。 一般國(guó)內(nèi)外熱擠壓模具鋼 H13 鋼都采用 540~650℃的高溫回火，以提高模具的韌性，但高溫回火易使熱擠壓模具發(fā)生熱磨損從而失效。分級(jí)淬火方法減少大型壓鑄模具熱處理微變形工藝問(wèn)題 后，可節(jié)約熱處理后的后續(xù)加工費(fèi)用，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益顯著 【 10】 回火 H13 鋼的淬 火組織是板條馬氏體 +未溶碳化物 +殘余奧氏體，為了減少殘余奧氏體，消除殘余應(yīng)力，并使馬氏體韌化必須進(jìn)行 2~3 次高溫回火。 【 9】 . (3)分級(jí)淬火： H13 鋼具有高的淬透性，在空冷條件下既能獲得馬氏體組織，但在 800~600℃緩冷或冷卻速度不夠時(shí)有二次氮化物沿晶界析出的傾向，會(huì)增加模具的脆性； 并且在貝氏體轉(zhuǎn)變 溫度（ 400~200℃）時(shí)會(huì)得到不希望出現(xiàn)的貝氏體組織；因此為了獲 得滿意的使用壽命，且減少工件表面與心部的溫差，從而有效減少淬火變形，大型復(fù)雜 的壓鑄模工件多采用分級(jí)淬火工藝： 600℃、 800℃二級(jí)預(yù)熱， 1020℃加熱淬火，氣冷至 工件表面溫度 400177。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 8頁(yè) 共 37頁(yè) (2)真空淬火：淬火溫度 1020℃，保溫 40min；充氮?dú)? 105Pa，風(fēng)扇 2800r/min。 淬火 (1)普通淬火：一般認(rèn)為淬火前進(jìn)行 800~850℃預(yù)熱，再升至奧氏體化溫度；淬火溫度一般選擇在 1000~1100℃ ,既可以保證奧氏體溶有做夠的碳和合金元素來(lái)提高材料的強(qiáng)度和紅硬性，又可以使晶粒尺寸不太大以滿足模具對(duì)韌性的要求。球化退火可以使組織均勻、氮化物細(xì)化、消除各向異性。 退火 退火工藝又稱完全退火，通常為 850℃ ~870℃，保溫 3~4 小時(shí)，爐冷到 400~500℃以下出爐空冷，爐冷速度為 30℃ /h。 H13 鋼因其導(dǎo)熱性好，度溫度的急劇變化有很好的適應(yīng)能力 ，在高溫下仍具有高的強(qiáng)度和硬度可以避免熱擠壓模具的早期變形、開(kāi)裂，減少表面磨損，所以更加適用于擠壓模具。我國(guó)從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始嘗試在一些中小型鍛模上上采用 H13 鋼，取得了滿意的效果。 （ 2）熱鍛模 熱鍛過(guò)程中，模具同樣要承受高溫高壓和巨大的沖擊力。 所以用于壓鑄模的材料需要在高溫高壓下保持足夠的硬度和強(qiáng)度，具有良好的抗蝕性和耐疲勞性。 H13 鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀 H13 鋼因其優(yōu)良的使用性能和工藝性能，是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的代表性熱擠壓模具鋼種，廣泛應(yīng)用于壓鑄模、熱鍛模和擠壓模的制造。錳也可以溶入鋼的基體中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，而且基本上不降低鋼的延展性。 錳 :錳可以改變鋼在凝固是所形成的氧化物的性質(zhì)和形狀。 釩：釩極少溶于鋼中，而是通過(guò)置換產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。另外，硅易使鋼呈現(xiàn)帶狀組織，使鋼的橫向性能比縱向性能差，也使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度升高。當(dāng) Si 作為加入鋼的一個(gè)合金元素時(shí)，一般不低于 4%的含量。同時(shí)鉬還具有細(xì)化晶粒，降低回火脆性的作用。鉻含量的增加有助于提高材料的熱強(qiáng)度，但會(huì)降低韌度。 H13 鋼中主要合金元素的作用如下【 4,5,6】： 鉻：鉻是最常見(jiàn)的合金工具鋼種所含的合金元素。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來(lái)決定熱擠壓 模具鋼的性能。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合成合金碳化 物。鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度，按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線可以知道 ,H13 鋼的淬火硬度在 55HRC【 3】左右。我國(guó) GB/T 1299 和 YB/T 094 中 4Cr5MoSiV1 和 SM 4Cr5MoSiV1 的含碳量為（ ~） %和（ ~） %，分別與 SKD61 和 AISI H13 相同。德國(guó) X40CrMoV51 和 的含碳量為（ ~） %，含碳量范圍較窄，德國(guó) DIN17350中還有 X38CrMoV51 的含碳量為（ ~） %。 H13 在世界各地均有應(yīng)用，具有優(yōu)良的性能，在 400~600℃下使用，具有良好的性價(jià)比，非常適用于制造擠壓模具。模具的表面處理多種多樣，而表面滲氮技術(shù)是改善模具材料表面質(zhì)量最 常用的一種低成本、方便實(shí)用的處理方法 【 12】。熱擠壓模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性等。目前國(guó)內(nèi)鋁型材 擠壓模具普遍使用 H13 鋼。 關(guān)鍵詞： H13 鋼，熱處理，氮化層 , 回火組織 熱擠壓 H13 steel with high hardenability,strength and toughness,thermal fatigue behavior is widely used in and abroad,which can be used in the manufacture of hot extrusion die,aluminium alloy diecasting die,hot fing die,etc,In nowadays,H13 steel is one of the most widely used hot die steel in worldwide. The heat treatment process is the most effective method to change the microstructure of steels while the chemical position is for H13 steel die surface modification treatment,is the key to prehensively improve the die nitriding is the most mon surface preparation methods .The stand or fall of nitriding have the direct bearing on the service life of mould. 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 2頁(yè) 共 37頁(yè) Based on the actual production of aluminum extrusion dies of H13 steel as the research observing the nitrided lauer, hardness measurement experiments, analysis of its performance and failure though the XRD experiment,observed diffraction pattern,analyzes its performance. Through the different way of quenching and tempering heatment, and metallographic experiment,observe its anization, measuring its hardness, so as to pare and analysis ,find better anizational performance,good heat treatment method. Key words:H13 steel, heat treatment , nitrided layer ,tempered structure 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 第 3頁(yè) 共 37頁(yè) 目錄 1 緒 論 .....................................................................................................................1 前言 ...