H13模具钢热处理工艺优化及表面渗氮处理研究

摘要

本文结合生产实际，以提高挤压模具的使用寿命为目的，分析了取自生产实际的报废H13钢铝型材挤压模具渗氮层的失效形式，围绕H13挤压模具钢的热处理、渗氮工艺和热处理状态对H13模具钢渗氮层的影响等三个方面进行了系统的研究，并获得如下主要结论： 1.H13钢挤压模具失效分析。 H13钢热挤压模具渗氮层由于软化、断裂和塑性变形等导致和加速磨损而引起失效。 2.H13模具钢的热处理工艺优化。 H13钢经1050℃淬火后在560-600℃的温度下回火两次，可使其硬度达到较佳的使用范围（HRC48-52），且韧性较好。 3.渗氮工艺对H13模具钢渗氮层的影响。 采用渗氮工艺1处理的H13模具钢表面渗氮层厚度达0.24mm，其中白亮层厚度约10μm，表面硬度950HV（约67HRC），表面化合物层结构致密。采用渗氮工艺2处理的H13模具钢表面渗氮层厚度约为25μm，没有白亮层，表面硬度为52HRC。经过渗氮工艺2二次渗氮后的H13模具钢表面渗氮层厚度未有增加，但模具表面形成了一层很薄的亮白氮化层，其厚度约为3μm，表面硬度为53.8HRC。 4.热处理状态对H13模具钢渗氮层的影响。 渗氮前后芯部硬度相差不大，但渗氮处理后芯部组织进一步稳定；经“淬火十二次回火”和“淬火+三次回火”的试样渗氮后，渗氮层厚度均达到约0.24mm，致密化合物层厚度达10μm以上，表面硬度达950HV（约67HRC），且表面耐磨性较好。这两种热处理状态下化合物层均由ε相（Fe2N）、γ'相和Fe3O4构成，扩散层均出α-Fe、ε相（Fe3N）、CrN相和γ'相构成，但各相含量有一定差别。而淬火态和“淬火+一次回火”态渗氮试样未能获得具有足够好综合性能的渗层组织。 综合比较不同淬火加热温度，不同回火次数下H13模具钢的组织和性能，不同渗氮工艺下H13模具钢渗氮层的组织和性能，不同热处理态渗氮H13模具钢的化合物层及整个渗氮层厚度、渗氮层硬度及其向芯部的过度情况、渗层致密性及其缺陷和组织稳定性，铝型材挤压模具用H13钢的热处理及渗氮处理工艺应选用：1050℃淬火，560-600℃回火两次（要求较严格的模具应回火三次），稳定渗氮阶段温度为540～570℃，渗氮时间12h，NH3分解率30～40％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 文献综述

1.1课题来源及研究意义

1.2挤压工模具的选材

1.2.1模具加工方法及其工艺流程

1.2.2挤压工模具的工作条件

1.2.3铝型材挤压工模具的性能要求

1.2.4铝型材挤压工模具的合理选材

1.3 H13钢的强化技术

1.3.1 H13钢的热处理工艺

1.3.2 H13钢的表面强化技术

1.4铝型材挤压工模具的失效

1.4.1热挤压工模具的早期失效

1.4.2热挤压工模具的正常失效

1.5文的主要研究内容和研究方案

1.5.1主要研究内容

1.5.2研究方案

第2章 H13钢挤压模具渗氮层失效分析

2.1失效H13渗氮模具钢的选取

2.2失效分析结果

2.3讨沦

第3章 H13模具钢的热处理工艺优化

3.1实验方案

3.1.1挤压模具用H13钢主要的热处理工序

3.2.2挤压模具用H13钢及热处理实验方案

3.2 H13钢热处理实验结果及分析

3.2.1力学性能分析

3.2.2组织分析

3.3本章小结

第4章 渗氮工艺对H13模具钢渗氮层的影响

4.1试验方案

4.2试验结果检测

4.3 H13模具钢渗氮处理实验结果及分析

4.3.1渗氮工艺参数对渗氮质量的影响

4.3.2渗氮次数对渗氮质量的影响

4.4讨论

4.5本章小结

第5章 热处理状态对H13模具钢渗氮层的影响

5.1试样制备

5.1.1热处理

5.1.2渗氮处理

5.2检测分析实验

5.2.1组织分析

5.2.2硬度测试

5.3回火次数对渗氮后H13钢组织与硬度的影响

5.3.1渗氮处理前芯部组织

5.3.2渗氮处理后芯部组织

5.3.1渗氮处理后渗层组织与硬度

5.4渗氮层相结构及微观组织分析

5.4.1 X-ray衍射实验结果

5.4.2能谱分析结果

5.4.3透射电镜分析结果

5.5渗氮层的耐磨性

5.5.1试验方法

5.5.2试验结果及分析

5.5.3磨损机理分析

5.6讨论

5.7本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果