專利名稱：一種h13鋼表面滲層無白亮層的復(fù)合處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明屬于金屬復(fù)合熱處理技術(shù)，具體涉及提高H13鋼耐磨性、耐疲勞性能的復(fù)合熱處理方法。

　　背景技術(shù)：

　　AISI H13鋼由于具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的回火穩(wěn)定性、較高的耐冷熱疲勞性能及價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)，已成為國際上廣泛應(yīng)用的一種模具鋼，可作為壓鑄模、熱鍛模、熱擠壓模、芯棒、模鍛用鍛模、精鍛機(jī)上的鍛模、壓力機(jī)上鍛模及銅、鋁及其合金的壓鑄模等；作為熱作模具時(shí)，在服役中反復(fù)與高溫狀態(tài)的加工材料接觸，在周期性的交變應(yīng)力作用下，模 具材料尤其是表層組織將會(huì)發(fā)生變化，性能也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變，最終導(dǎo)致失效，主要失效形式有熱疲勞、熱磨損、腐蝕和塑性變形等，因此，為提高其表面硬度、耐蝕、和抗粘結(jié)等性能，需對其進(jìn)行表面處理，保持模具心部原有強(qiáng)度與韌性的同時(shí)有效提高其表面強(qiáng)度，提高其使用壽命，常用的改善H13鋼表面性能的方法有(I)電鍍，(2)離子注入，(3)滲氮等，但上述表面處理方法常存在表面滲層或涂層與基體結(jié)合力的問題，結(jié)合力不好，則滲層或涂層容易脫落。在眾多的表面處理方法中，離子氮化能有效提高模具表面強(qiáng)度，增強(qiáng)模具的耐磨性、耐蝕性，這與離子氮化后在其表面形成的滲層密切相關(guān)，H13鋼的回火溫度一般在560°C左右，離子滲氮溫度應(yīng)低于回火溫度2(T40°C，故調(diào)質(zhì)熱處理的回火溫度限制了離子滲氮溫度，因此傳統(tǒng)的H13模具鋼離子滲氮溫度一般在51(T550°C之間，常用的為520°C左右；而520°C離子氮化由于滲氮溫度較低，白亮層和擴(kuò)散層厚度都較薄，且白亮層在顯微鏡下很難看清，擴(kuò)散層約為145 ym，不能很好的提高模具的性能，處理后的金相組織如圖2所示；580°C離子氮化后能得到白亮層和擴(kuò)散層都較厚的金相組織，此時(shí)擴(kuò)散層厚度明顯高于520°C滲氮后擴(kuò)散層厚度，約為245 pm，如圖3所示，表面物相組成如圖4所示，但當(dāng)滲氮溫度高于650°C時(shí)，最高硬度值有所下降，因?yàn)殡S著滲氮溫度的升高，氮在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)增加，表層氮濃度下降，且原來亞穩(wěn)態(tài)的氮化物將會(huì)過渡到穩(wěn)定態(tài)的氮化物，共格關(guān)系受到破壞，片狀氮化物聚集并長大，彌散度下降，因此硬度也會(huì)下降。離子氮化后表面存在的白亮層盡管在某些環(huán)境下是有利的，因?yàn)槠渚哂休^好的耐蝕性和耐磨性，但在承受沖擊載荷的條件下則不利于工件的工作，這是由于白亮層在受力條件下，容易破裂，破碎的硬物質(zhì)顆粒急劇損壞對偶材料雙方，磨損微粒甚至?xí)掣皆谄渌慵希斐啥螕p害；另外，破裂時(shí)的裂紋尖端也會(huì)很快轉(zhuǎn)換成疲勞裂紋源，降低疲勞壽命，從而大大降低工件的使用壽命；早期的解決辦法是用磨削的方法去掉白亮層，僅保留擴(kuò)散層，但由于操作上的困難，難以控制，廢品率極高，現(xiàn)有技術(shù)中采用較低的溫度或壓力下也能得到無白亮層的滲層，但此時(shí)由于滲氮溫度和氣體壓力較低，得到的滲層較淺，耐磨性，耐熱疲勞性能也不足發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明針對上述方法存在的不足，采用先較高溫度離子氮化獲得厚滲層，后調(diào)質(zhì)處理溶解白亮層并提高基體N濃度的復(fù)合熱處理工藝，克服了傳統(tǒng)工藝先調(diào)質(zhì)處理后離子氮化導(dǎo)致的滲層淺和去除白亮層操作困難的不足，得到了滲層厚，硬度梯度平緩，耐磨性、耐疲勞性良好的H13模具鋼試樣。本發(fā)明的技術(shù)方案為將H13鋼試樣進(jìn)行磨光、清洗后，置于離子氮化爐中進(jìn)行較高溫度離子氮化，然后在離子氮化后的試樣表面涂覆一層抗高溫、防脫碳202涂料，以避免H13鋼在隨后的高溫淬火加熱工程中氧化脫碳，最后在箱式電阻爐中進(jìn)行淬火和回火處理。本發(fā)明的工藝路線為將H13鋼試樣進(jìn)行磨光、清洗后，置于離子氮化爐中于56(T650°C離子氮化6 50h，滲氮?dú)怏w流量N2為600mL/min，H2為200mL/min，氮?dú)浔葹?:3，氣體壓力為400Pa，接著在離子氮化后的H13鋼表面涂覆一層生產(chǎn)的抗高溫、防脫碳的202涂料，以避免H13鋼在隨后的高溫淬火加熱工程中氧化脫碳，最后在箱式電阻爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(淬火和回火處理)，淬火溫度90(Tl00(TC，時(shí)間為0. 5h，回火溫度54(T580°C，回火2次，每次2h，工藝路線見圖I。 所述抗高溫、防脫碳的202涂料購自江蘇黃巖特種涂料廠。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的顯著特點(diǎn)是

　　1、將傳統(tǒng)工藝先調(diào)質(zhì)處理后離子氮化改為先離子氮化后調(diào)質(zhì)處理；

　　2、提高離子氮化溫度和氣體壓力以得到更深的滲層；

　　3、離子氮化后采用調(diào)質(zhì)處理溶解消除白亮層，提高近表層基體N濃度，得到平緩的硬度梯度。

　　圖I本發(fā)明工藝路線 圖2傳統(tǒng)520°C +6h離子氮化后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖3傳統(tǒng)580°C +6h離子氮化后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖4傳統(tǒng)580°C +6h離子氮化后樣品表面衍射圖譜；

　　圖5 (5800C +6h)離子氮化+950°C淬火+560°C兩次回火后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖6 (5800C +6h)離子氮化+950°C淬火+560°C兩次回火樣品的表面衍射圖譜；

　　圖7 (6000C +20h)離子氮化+1000°C淬火+560°C兩次回火后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖8 H13鋼580°C +6h離子氮化與復(fù)合處理樣品截面硬度梯度圖。

　　具體實(shí)施例方式實(shí)施例I (580°C +6h)離子氮化+950°C淬火+560°C兩次回火

　　將準(zhǔn)備好的H13鋼試樣放入離子氮化爐中進(jìn)行離子氮化，滲氮溫度為580°C，保溫時(shí)間為6h，滲氮?dú)怏w流量N2為600mL/min, H2為200mL/min，氮?dú)浔葹?:3，氣體壓力為400Pa ；將經(jīng)過上述離子氮化的試樣表面涂覆一層抗高、防脫碳202涂料，然后進(jìn)行950°C淬火，560°C兩次回火；截面金相組織如圖5所示，經(jīng)復(fù)合處理后，表面白亮層消失，但擴(kuò)散層依然存在，表面的Fe3N、Fe4N均消失，取而代之的是一些鐵的氧化物(Fe3O4和Fe2O3)和鐵鉻合金(Fe, Cr)，見圖6 ;與傳統(tǒng)只進(jìn)行離子氮化相比，復(fù)合處理的截面硬度峰值為927. 7HV0.01,明顯低于僅氮化試樣的硬度峰值，但復(fù)合后硬度梯度較平緩，見圖8 ;對于承受沖擊載荷較大的模具鋼，高硬度反而會(huì)使模具更易失效，而表面硬度值不是很高，硬度梯度又較平緩的模具會(huì)顯著提高其使用壽命。實(shí)施例2 (6000C +20h)離子氮化+1000°C淬火+560°C兩次回火

　　將H13鋼試樣放入離子氮化爐中進(jìn)行離子氮化，滲氮溫度為600°C，保溫時(shí)間為20h，滲氮?dú)怏w流量N2為600mL/min，H2為200mL/min，氮?dú)浔葹?: 3， 氣體壓力為400Pa。將經(jīng)過上述離子氮化的試樣表面涂覆一層抗高溫、防脫碳202涂料，然后1000°C淬火，保溫時(shí)間0. 5h，560°C回火兩次，保溫時(shí)間2h ;從圖7可以看出，1000°C淬火后沒有明顯分層，暗黑色組織消失，取而代之的是較為均勻的組織，這可能是由于氮原子在高溫下得到充分?jǐn)U散所致；另外，從截面硬度梯度圖8可知，600°C離子氮化及1000 0C淬火后，硬度峰值為692. 5HV0.01，也明顯高于基體硬度461. 5HV0.01,而且其硬度梯度平緩，對提高承受沖擊載荷的模具的使用壽命是有利的。

　　以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

　　權(quán)利要求

　　1.一種H13鋼表面滲層無白亮層的復(fù)合處理方法，其特征在于采用先較高溫度離子氮化獲得厚滲層，后調(diào)質(zhì)處理溶解白亮層并提高基體N濃度，得到了滲層厚，硬度梯度平緩，耐磨性、耐疲勞性良好的H13模具鋼試樣，具體為將H13鋼試樣進(jìn)行磨光、清洗后，置于離子氮化爐中于56(T650°C離子氮化6 50h，滲氮?dú)怏w流量N2為600mL/min，H2為200mL/min,氮?dú)浔葹?: 3，氣體壓力為400Pa，接著在離子氮化后的H13鋼表面涂覆一層生產(chǎn)的抗高溫、防脫碳的202涂料，最后在箱式電阻爐中進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所述調(diào)質(zhì)處理包括淬火和回火處理，淬火溫度90(Tl00(TC，時(shí)間為0. 5h，回火溫度54(T580°C，回火2次，每次2h。

　　全文摘要

　　本發(fā)明屬于金屬復(fù)合熱處理技術(shù)，具體涉及提高H13鋼耐磨性、耐疲勞性能的復(fù)合熱處理方法。本發(fā)明采用先較高溫度離子氮化獲得厚滲層，后調(diào)質(zhì)處理溶解白亮層并提高基體N濃度的復(fù)合熱處理工藝，克服了傳統(tǒng)工藝先調(diào)質(zhì)處理后離子氮化導(dǎo)致的滲層淺和去除白亮層操作困難的不足，得到了滲層厚，硬度梯度平緩，耐磨性、耐疲勞性良好的H13模具鋼試樣。

　　文檔編號(hào)C23C8/38GK102797015SQ20121023818

　　公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日

　　發(fā)明者胡靜, 孟凡娜, 蔡偉 申請人:常州大學(xué)