專利名稱：一種h13鋼表面滲層無白亮層的復合處理方法

　　技術領域：

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

　　背景技術：

　　AISI H13鋼由于具有高強度、高韌性、良好的回火穩定性、較高的耐冷熱疲勞性能及價格適中的優點，已成為國際上廣泛應用的一種模具鋼，可作為壓鑄模、熱鍛模、熱擠壓模、芯棒、模鍛用鍛模、精鍛機上的鍛模、壓力機上鍛模及銅、鋁及其合金的壓鑄模等；作為熱作模具時，在服役中反復與高溫狀態的加工材料接觸，在周期性的交變應力作用下，模 具材料尤其是表層組織將會發生變化，性能也會相應的發生改變，最終導致失效，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、和抗粘結等性能，需對其進行表面處理，保持模具心部原有強度與韌性的同時有效提高其表面強度，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合力的問題，結合力不好，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度，增強模具的耐磨性、耐蝕性，這與離子氮化后在其表面形成的滲層密切相關，H13鋼的回火溫度一般在560°C左右，離子滲氮溫度應低于回火溫度2(T40°C，故調質熱處理的回火溫度限制了離子滲氮溫度，因此傳統的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，白亮層和擴散層厚度都較薄，且白亮層在顯微鏡下很難看清，擴散層約為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散層都較厚的金相組織，此時擴散層厚度明顯高于520°C滲氮后擴散層厚度，約為245 pm，如圖3所示，表面物相組成如圖4所示，但當滲氮溫度高于650°C時，最高硬度值有所下降，因為隨著滲氮溫度的升高，氮在奧氏體中的擴散系數增加，表層氮濃度下降，且原來亞穩態的氮化物將會過渡到穩定態的氮化物，共格關系受到破壞，片狀氮化物聚集并長大，彌散度下降，因此硬度也會下降。離子氮化后表面存在的白亮層盡管在某些環境下是有利的，因為其具有較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，破碎的硬物質顆粒急劇損壞對偶材料雙方，磨損微粒甚至會粘附在其它零件上，造成二次損害；另外，破裂時的裂紋尖端也會很快轉換成疲勞裂紋源，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，僅保留擴散層，但由于操作上的困難，難以控制，廢品率極高，現有技術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明內容

　　本發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，后調質處理溶解白亮層并提高基體N濃度的復合熱處理工藝，克服了傳統工藝先調質處理后離子氮化導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。本發明的技術方案為將H13鋼試樣進行磨光、清洗后，置于離子氮化爐中進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行淬火和回火處理。本發明的工藝路線為將H13鋼試樣進行磨光、清洗后，置于離子氮化爐中于56(T650°C離子氮化6 50h，滲氮氣體流量N2為600mL/min，H2為200mL/min，氮氫比為1:3，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行調質處理(淬火和回火處理)，淬火溫度90(Tl00(TC，時間為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。本發明與現有技術相比所具有的顯著特點是

　　1、將傳統工藝先調質處理后離子氮化改為先離子氮化后調質處理；

　　2、提高離子氮化溫度和氣體壓力以得到更深的滲層；

　　3、離子氮化后采用調質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本發明工藝路線 圖2傳統520°C +6h離子氮化后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖3傳統580°C +6h離子氮化后樣品放大200倍截面金相組織；

　　圖4傳統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離子氮化與復合處理樣品截面硬度梯度圖。

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

　　將準備好的H13鋼試樣放入離子氮化爐中進行離子氮化，滲氮溫度為580°C，保溫時間為6h，滲氮氣體流量N2為600mL/min, H2為200mL/min，氮氫比為1:3，氣體壓力為400Pa ；將經過上述離子氮化的試樣表面涂覆一層抗高、防脫碳202涂料，然后進行950°C淬火，560°C兩次回火；截面金相組織如圖5所示，經復合處理后，表面白亮層消失，但擴散層依然存在，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 ;與傳統只進行離子氮化相比，復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顯著提高其使用壽命。實施例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行離子氮化，滲氮溫度為600°C，保溫時間為20h，滲氮氣體流量N2為600mL/min，H2為200mL/min，氮氫比為1: 3， 氣體壓力為400Pa。將經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，保溫時間0. 5h，560°C回火兩次，保溫時間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擴散所致；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。

　　以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。

　　權利要求

　　1.一種H13鋼表面滲層無白亮層的復合處理方法，其特征在于采用先較高溫度離子氮化獲得厚滲層，后調質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，滲氮氣體流量N2為600mL/min，H2為200mL/min,氮氫比為1: 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的抗高溫、防脫碳的202涂料，最后在箱式電阻爐中進行調質處理，所述調質處理包括淬火和回火處理，淬火溫度90(Tl00(TC，時間為0. 5h，回火溫度54(T580°C，回火2次，每次2h。

　　全文摘要

　　本發明屬于金屬復合熱處理技術，具體涉及提高H13鋼耐磨性、耐疲勞性能的復合熱處理方法。本發明采用先較高溫度離子氮化獲得厚滲層，后調質處理溶解白亮層并提高基體N濃度的復合熱處理工藝，克服了傳統工藝先調質處理后離子氮化導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C23C8/38GK102797015SQ20121023818

　　公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日

　　發明者胡靜, 孟凡娜, 蔡偉 申請人:常州大學