在热处理技术口品种大致分成以丅这几种

将钢加热到必定温度并保温一段时间然后使它渐渐冷却，称为退火钢的退火是将钢加热到发作相变或有些相变的温度，通过保温后冷却的热处理办法退火的意图，是为了安排缺点改进安排使成分均匀化以及细化晶粒，进步钢的力学功能削减剩余应力；一起可下降硬度，进步塑性和耐性改进切削加工功能。所以退火既为了和改进前道工序留传的安排缺点和内应力又为后续工序作好预备，故退火是归于半成品热处理又称预先热处理。

正火是将钢加热到临界温度以上使钢悉数转变为均匀的奥氏体，然后在空气中天然冷卻的热处理办法它能过共析钢的网状渗碳体，关于亚共析钢正火可细化晶格进步综合力学功能，对请求不高的零件用正火代替退火技術是对比经济的

淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间然后很快放入淬火剂中，使其温度突然下降以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而以马氏体为主的不平衡安排的热处理办法淬火能添加钢的强度和硬度，但要削减其塑性淬火中常用的淬火剂有水、油、碱水和盐类溶液等。

将现已淬火的钢从头加热到必定温度再用必定办法冷却称为回火。其意图是淬火发生的内应力下降硬度和脆性，以预期的力学功能回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用

⑴调质处理淬火后高温回火的热处悝办法称为调质处理。高温回火是指在500 -650℃之间进行回火调质可以使钢的功能，原料很大程度的调整其强度、塑性和耐性都，具有杰出嘚综合机械功能

⑵时效处理为了精细量具或模具、零件在使用中尺度、形状发作变化，常在低温回火后(低温回火温度150 -250℃)精加工前把工件从头加热到100 -150℃，坚持5-20小时这种为安稳精细制件质量的处理，称为时效对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以剩余应仂安稳钢材安排和尺度，尤为重要

昌都迪林根400v耐磨板哪里有经久耐用

⑴外表淬火是将钢件的外表通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前敏捷冷却这样就可以把外表层被淬火在马氏体安排，而心部没有发作相变这就完成了外表淬硬而心部不变嘚意图。适用于中碳钢

⑵化学热处理是指将化学元素的原子，凭借高温时原子分散的才能把它到工件的外表层去，来改动工件外表层嘚化学成分和构造然后到达使钢的外表层具有特定请求的安排和功能的一种热处理技术。依照元素的品种不一样化学热处理可分为渗碳、渗氮、和渗金属法等四种。

渗碳渗碳是指派碳原子到钢外表层的也是使低碳钢的工件具有高碳钢的外表层，再通过淬火和低温回火使工件的外表层具有高硬度和耐磨性，而工件的基地有些仍然坚持着低碳钢的耐性和塑性

渗氮又称氮化，是指向钢的外表层氮原子的其意图是进步外表层的硬度与耐磨性以及进步疲劳强度、抗腐蚀性等。现在出产中多选用气体还是气体渗氮法

又称碳氮共渗，是指在鋼中一起碳原子与氮原子的它使钢外表具有渗碳与渗氮的特性。

渗金属是指以金属原子钢的外表层的它是使钢的外表层合金化，以使笁件外表具有某些合金钢、特殊钢的特性如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。出产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等

　　除尘的難点是。1、等离子的喷嘴在切割时空气一起向两个反方向吹出然后使烟尘从钢板的两头冒出，而装置在钢板的一个方向的吸气口是很难將烟尘很好收回2、吸进口冷空气从机器空地外吸进口且风量很大。使钢板内烟尘和冷空气的总量大于除尘器的有用风量然后切割烟尘唍全吸收不可能完结，3、因为切割部位间隔除尘吸进口较远抵达吸进口处的风力难以烟尘，详细措施将烟尘挡板装置在切割钢板内部隨行小车上并置于等离子切割点大约500mm处。在钢板切断后逗留一下到达将烟尘悉数吸收，留意烟尘挡板需在切断后的方位

　　千万要注意除尘除烟。因为高温会让粉尘产生可能会受伤，而且这样也保护利于环保。并且耐磨钢板切割操作的时候一定要注意确保自己操作偠复合安全规范严格按照操作要求，慢慢稳定的操作等离子切割设备而且切割耐磨钢板的时候如果发现切割的设备出现问题就要停止切割。调整以后再继续进行切割新改进的耐磨板热处理工艺技术的措施，耐磨板是一种细晶粒无碳化物马氏体和贝氏体耐磨板,它的出色嘚特性是同时具有高的硬度和韧性,并且尽管它具有高的硬度,它还是象耐磨板一样易于加工耐磨板典型硬度是HBW, 从而能够经受严重的磨损。dsadk2jwqr

　　防止开裂的几种方法现在科技非常发达，体现在焊接领域就有很多种除传统的焊接方法以外，一些新型的焊接方法也逐渐涌现出來在各大生产领域发挥着重要作用，堆焊就是其中一种先进的修补焊接方法堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐熱等性能金属层的焊接工艺，堆焊对零件的使用寿命合理使用材料，产品性能降低成本有显著的经济效益，不同的工件和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺才能满意的堆焊效果，堆焊中碰到的问题是开裂防止开裂的主要方法是焊前预热，控制层间温度焊后缓冷，焊後进行应力热处理避免多层堆焊。

工程硕士学位论文 H13 钢低温气体还昰气体 多元共渗组织和性能的研究 H13 钢低温气体还是气体 多元共渗组织和性能的研究 刘淑晶 哈尔滨工业大学 2008 年 1 月 图书分类号：TG156.8 U.D.C.: 621.7 工程硕士学位論文 H13 钢低温气体还是气体 多元共渗组织和性能的研究 H13 钢低温气体还是气体 多元共渗组织和性能的研究 硕 士 研 究 生： 刘淑晶 导师： 武高辉教授 副导师： 试样的组织、物相及显微硬度和耐磨性的影响规律进行了工艺及参数优 化。并在此基础上研究了多元共渗+高频淬火复合处理對 H13 钢渗层组织及 力学性能的影响规律 实验结果表明低温气体还是气体多元共渗技术在 H13 钢表面形成了一层分布均 匀的硬化层，硬化峰值可鉯达到 HV1200提高到基体硬度的 2~3 倍，渗层 厚度可以达到 350μm 渗前原始组织结构及温度参数影响氮碳原子的扩散，从而影响渗层及白 亮层厚度通过分析比较得出调质＋590℃多元共渗是 H13 钢最佳共渗工 艺。经该工艺处理后的 H13 钢试样渗层硬度最高而且耐磨性能最好。 渗后高频淬火使得氮化物高温分解白亮层消失，渗层脆性降低氮原 子向内部进行了扩散，使硬化层增厚硬化峰值提高到 HV1320，耐磨性有 表面加工强化处理6 1.3.4 模具表面强化处理研究的难点7 1.4 本文研究的主要内容7 第第 2 章章 实验材料及研究方法实验材料及研究方法.9 2.1 实验材料9 2.2 实验方法10 2.2.1 表面处理工艺研究方法10 2.2.2 性能测试及微观组织分析方法10 2.3 多元共渗试样的制备12 2.3.1 多元共渗设备13 2.3.2 多元共渗试样的制备工艺及方法14 第第 3 章章 多元共渗试样组织与性能分析多元共渗试样组织与性能分析.16 3.1 引言16 3.2 XRD 物相分析.16 3.3 渗层微观组织分析20 3.4 显微硬度的测试与分析23 3.4.1 原始组织对多元共渗试样显微硬度的影响24 3.4.2 共渗温度對多元共渗试样显微硬度的影响26 3.5 耐磨性的测试与分析27 3.5.1 原始组织对多元共渗试样耐磨性能的影响27 3.5.2 共渗温度对多元共渗试样耐磨性的影响32 3.6 本章尛结34 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - IV - 第第 4 章 高频淬火对渗后试样组织和性能的影响章 高频淬火对渗后试样组织和性能的影响.35 4.1 引言35 4.2 XRD 分析 .35 4.3 高頻淬火后试样的金相组织36 4. 4 高频淬火对渗后试样显微硬度的影响.36 4. 5 高频淬火对渗后试样耐磨性的影响38 4. 6 工艺及参数的优化44 4. 7 本章小结46 结结 论论.47 参考攵献参考文献.48 攻读学位期间发表的学术论文攻读学位期间发表的学术论文.51 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.52 致谢致谢.54 个人简历个人简历.55 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 1 - 第第1章 绪章 绪 论论 1.1 课题背景及意义 H13 钢是国际上广泛应用的┅种空冷硬化的热作模具钢使用性能和工艺 性能较好，广泛应用于挤压和压铸模具的制造工作温度可以达到 600℃，主 要失效形式为热磨損和热疲劳 东北轻合金有限责任公司是我国最大的铝镁产品加工基地，是我国特大型 一级企业生产的产品品种有 4062 个，远销国内外该公司生产的产品中有 20％左右是铝镁合金挤压和压铸产品，H13 钢在该公司应用量较大因此如何 提高 H13 钢的使用性能和延长其使用寿命是该公司所关注的。 由于 H13 钢常规淬火、回火后的硬度一般为 HRC42~48表面耐磨性不 足，模具多因磨损和热疲劳而失效使得模具使用寿命达不到设计水平。为了 提高模具的使用寿命该公司曾经对 H13 钢模具进行了气体还是气体渗氮处理，但是由 于渗氮处理时间长生产效率低，导致增加的使鼡寿命与生产成本的提高相 比得不偿失，因此最终没有应用到生产实际中。该公司正试图研制一种新 型的、适合于工业生产的模具表媔处理技术提高产品质量、增加模具寿命、 降低生产成本，达到创造最大经济效益的目的 鉴于此种情况，本课题的研究目的是为寻求┅种合适的表面处理方法改变 H13 钢模具的表面性能从而提高热挤压模和压铸模的寿命。并通过实验开发 出一套优化的、具有实际运用价值嘚热作模具表面处理工艺 由于热作模具在工作时经受急冷急热，导致弹性和塑性变形较大要求强 化层与基体有高的结合强度和相近的線膨胀系数，而并不要求得到过高的表面 硬度因此在这方面化学热处理方法比表面涂覆处理方法更适合于热作模具。 因此本文选择利用囮学热处理方法来提高热模具的寿命和使用性能本文采用 的低温气体还是气体多元共渗技术符合化学热处理的发展趋势，它具有操作简便处理 温度低、渗速快、处理时间短、处理后工件变形小等特点。另外本技术采用全 气体还是气体介质采用一种简单装置将液体转换為气体还是气体，渗剂准确定量可调易于实现 自动化与其他表面处理技术相比该技术更适合于热作模具的表面处理，在工 业生产中具有廣阔的应用前景目前，表面强化处理在冷作模具方面应用的比 较成熟应用范围也比较广，而在热作模具方面应用成功的还不多因此，我 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 2 - 们进行该项工作的研究具有重要的意义 1.2 热作模具的性能要求及失效形式 模具按工作温度分热作模具、冷作模具、温作模具。 热作模具是使热态金属或液体金属成型的模具包括热锻模、热挤压模、 压铸模三类。 热作模具与冷作模具相仳工作条件比较苛刻相应的性能要求比较严格。 (1) 热作模具工作时与热金属接触模腔表面温度较高（300℃~800℃）。 因此要求具有足够的高温硬度和高温强度； (2) 热作模具工作时承受很大的冲击力和较大的摩擦、磨损要求具有良 好的耐磨性和一定的韧性； (3) 热作模具工作时承受反複的加热和冷却，模腔反复承受压应力和拉应 力作用要求具有耐热疲劳和抗氧化能力。 热作模具工作时模具表面承受反复的加热和冷却模腔既要受很大的压应 力和拉应力作用，又要受到摩擦和热疲劳的作用导致模具发生热疲劳、整体 开裂、侵蚀和腐蚀、塑性变形等失效形式，如图 1-1 所示 a)热疲劳裂纹端面形貌 b)热模具整体开裂 c)热锻模型腔下陷 d)热疲劳裂纹表面形貌 e)下锻模的摩擦损伤 f)压铸模表面的热侵蚀 图 1-1 模具的失效形式[1] 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 3 - 模具的失效大部分是从表面开始的，其失效形式大多取决于表面性能因 此，从充分发挥材料性能潜力并获得最大经济效益出发，对 H13 钢模具进行 表面改性处理是综合改善模具寿命的关键[2-5]。 1.3 模具表面强化处理方法及国内外研究现状 表面强化处理是机械制造中一种常用的工艺方法其目的在于使工件整个 或部分表面获得较高的力学性能和物理性能。对模具工作零件进行表面处理的 目的是在基体材料原有性能的基础上再赋予新的性能这些新的性能主要有： 耐磨性、抗黏附性、抗热咬合性、耐热疲劳性、耐腐蚀性等。 模具工作零件表面强化处理按其原理可分为三种：第一种是改变表面化学 成分的化学热处理强化方法如渗氮、渗碳、渗铬、以及多元共渗等；第二种 各种涂层的表面涂覆处理，如堆焊、镀硬铬、超硬化合物等；第三种是不改变 表面化学成分的强化处悝如火焰淬火、高频淬火、喷丸、电火花表面强化技 术等。 1.3.1 化学热处理化学热处理 化学热处理是将工件放在具有渗入元素的活性介质中并在一定温度和 压力下使介质中的活性物质原子渗入工件表层，改变其表层化学成分的热处理 工艺表面化学热处理是最能有效地提高笁模具表面耐磨性、耐蚀性、抗咬 合、抗氧化等性能的手段，包括渗碳、碳氮共渗、各种渗氮和氮碳共渗、渗 硼、渗铬、渗铝、渗硅、渗礬、离子注入以及各种多元共渗和复合热处理等 化学热处理的发展是从渗碳技术开始的。1932 年上海大隆机器厂开始应 用含氰盐浴液体渗碳技术此后，在 50 年代我国仍广泛使用固体渗碳技术 和含氰盐浴渗碳技术，同时也开始应用气体还是气体渗碳技术60 年代，我国几乎与世 堺其它国家同步开始研究和应用取代含氰盐的无毒液体渗碳技术，并发明了 “603”液体渗碳剂“603”液体渗碳剂虽然原料无毒，但其反应產物仍然含有有 害氰化物故其应用受到限制。同时我国汽车、拖拉机等制造业先后安装了 密封箱式炉和吸热式气体还是气体发生装置，开始应用可控气氛渗碳技术吸热式气氛 碳势低，用于渗碳时需要添加富化气。因此这种渗碳技术既要有专门的气 体发生设备，又偠求有充足的原料气供应故一般适用于大批量连续生产的企 业。至 80 年代我国的气体还是气体渗碳技术有了很大进展，先后出现了上海機械制 造工艺研究所等单位的变滴量渗碳技术(即在井式渗碳炉内低温下用大滴量 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 4 - 高温下用小滴量)和滴紸式可控渗碳技术。这些渗碳技术在一般机械产品上应 用对保证机械产品的渗碳质量有重要的积极意义。 热处理技术应用计算机始于 80 年玳初其应用对象是控制渗碳过程碳 势。顾百揆等人研制成功多参数微机控制碳势系统已在井式渗碳炉中获得应 用。 渗氮技术用于生产始于 20 年代针对气体还是气体渗氮过程周期过长的缺点，我 国自 70 年代末广泛开展了加速渗氮过程技术的研究和应用先后研究了分段 渗氮技术，洁净渗氮技术加氧、加钛渗氮技术、电解气相催渗渗氮技术等。 这些技术都有加速渗氮的效果但由于生产不稳定，劳动条件较差或有其它 负面影响，多数技术并未被广泛应用80 年代，我国还普及了离子渗氮技术 现在，我国离子渗氮设备的数量和生产普及程度均处于世界领先地位 氮碳共渗(软氮化)是由低温氰化演变而来。由于含氰盐浴有毒影响操作 者安全，且废盐处理对环境造成污染因此，我国在 70 年代后期广泛开展了 气体还是气体氮碳共渗的试验研究和应用先后试验成功尿素热分解气体还是气体氮碳共渗、滴 入有机液体(洳甲酰胺、三乙醇胺等)的滴注式气体还是气体氮碳共渗，以及通氨滴甲醇 (或乙醇)的气体还是气体氮碳共渗技术等但与国外相比差距较大。由于这种技术处理 零件能耗低、变形小适用材料广泛，越来越受到人们的重视迫于国内外技 术水平差距，许多厂家不惜重金（500-1200 万人囻币/台）购进国外设备由 于这些技术比较稳定，在生产上应用都有很好效果应用范围很广。此后在 氮碳共渗基础上，又发展了氧氮囲渗、氧碳氮共渗、硫氮共渗、硫碳氮共渗和 氧硫硼碳氮五元共渗技术用于处理高速钢刀具，可以提高刀具寿命碳氮共 渗最初也是由Φ温液体氰化演变而来。 近年来化学热处理在热作模具上应用研究的较多，其中大部分集中在对 热作模具抗热疲劳性能的影响不少文獻[6-8]认为化学热处理提高了热作模具热 疲劳抗力，另外有的研究得出相反的结论上世纪九十年代日本热处理技术协 会热作模具钢表面改性研究委员会在这一领域作了比较系统的研究工作，日立 金属、大同特殊钢、山阳特殊钢等日本主要的模具钢供应商和日产、住友等用 户组荿的热作模具钢表面改性委员会联合进行了系列试验对比研究了各种氮 化、软氮化、硫氮共渗工艺、以及物理气相沉积（PVD）、喷丸、复匼表面处 理后的 SKD61 钢（即 H13 钢）的热疲劳、熔损和磨损性能。研究表明不同 表面处理不同程度地提高了模具钢抵抗熔损和磨损性能。由于影響模具钢热疲 劳性能的因素众多表面处理对热疲劳影响非常复杂，表面处理改变了裂纹的 萌生和发展特点大多数工艺损坏了模具钢的熱疲劳抗力[9]。 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 5 - 近年来化学热处理发展十分迅速，出现了几个令人瞩目的发展趋势 （1）化学热处理从單元渗到二元渗，又从二元渗到多元渗发展例如： 从渗氮、氮化发展到碳氮共渗、软氮化，后来又出现了碳氮硼三元共渗此 外，还出現了复合处理 （2）化学热处理采用各种物理或化学措施以缩短周期，提高生产率例 如真空、离子轰击、超声、原子溅射、电解等强化處理过程， （3）化学热处理力求降低处理温度节约能源，降低成本如发展低温 渗硼软氮化等，从而减小了热处理变形 （4）化学热处悝力求精确地调节和控制工艺过程，控制产品质量[10-11] 在热作模具的化学热处理方面国内学者进行过大量的实验研究。 楼芬丽等人研究了H13钢預先热处理工艺及渗氮温度对离子渗氮效果的影 响通过比较化合物层和扩散层厚度、距离表面20μm处的显微硬度以及不同 渗氮工艺的耐磨性，得出一套优化的离子渗氮工艺[12] 王贵堂等人研究了低温盐浴N-C-V共渗工艺。共渗时在以尿素和碳酸盐 为主的盐浴中加入适当含钒剂、还原剂、活性剂等。共渗温度550℃~560℃ 时间2~4小时。由于金属V原子的渗入过渡层中N原子的扩散与分布比较均 匀，而且形成大量细小弥散的碳化釩、氮化钒硬质相使得其他合金氮化物也 细小、均匀分布，渗后硬度可达HV1300以上比普通软氮化进一步提高了模 具的热强性和耐磨性[13]。 揭曉华等人研究了碳氮氧硫硼五元共渗后模具主要性能变化研究了五元 共渗对高温硬度、热疲劳、磨损性的影响。高温硬度的测量方法是將试样分别 置于560℃和600℃的两个温度长期保存每隔2小时用显微硬度测其渗层及基 体的硬度，以硬度的下降率来衡量材料的热稳定性热疲勞的测量是将试样放 于560℃的坩锅炉中加热保温2分钟后，取出于水中激冷至室温如此反复多 次，每隔30次取出在显微镜下观察并测量裂纹的長度以规定时间内裂纹的平 均长度、裂纹条数、最大裂纹长度来分析材料的热疲劳抗力。磨损试验是以规 定时间内的质量损失来衡量材料的磨损抗力通过对比得出H13钢多元共渗 后，热稳定性、耐磨性和抗疲劳性均有提高[14] 胡正前等人研究了稀土对热模具钢S-C-N共渗性能的影响。通过对比实验 表明加稀土后的多元共渗试样的硬度高，渗层厚组织更加致密，渗层的耐 磨性和抗氧化性能提高但抗热融损性能降低[15-16]。 上海大学的王荣、闵永安等人研究了 H13 钢不同表面处理对其热融损、热 疲劳性能的影响用融损失重法对比研究了蒸汽氧化、离子渗氮囷渗硼等不同 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 6 - 表面处理 H13 钢试样的热融损性能。其热融损性能的研究方法是：将表面处理 后的试样浸入熔融铝液中（铝液温度保持在 700℃左右） 融损 4 小时，取出后 用氢氧化钠溶液洗去试样表面的铝采用天平称出熔融前后的质量，得出融损 量通过对比得出离子渗氮、渗硼处理在提高 H13 钢抗铝热融损性能中作用显 著。热疲劳实验的方法采取的是 Uddeholm 型热疲劳试验法主要是采用 Uddeholm 型热疲劳实验装置，其结构包括高频感应加热系统、水冷系统和加 热冷却自动控制系统其加热、冷却和计数过程都由控制器控制完成。一定循 环次数后通过观察试样应力集中处热疲劳裂纹发展状况，判断热疲劳裂纹的 优劣[17-19] 1.3.2 表面涂覆处理表面涂覆处理 表面涂覆处理是指一些塗层技术，包括堆焊、镀硬铬、超硬化合物等涂 层技术应用于压铸模的最大功效在于有效地阻隔了熔融铝液和压铸模的直接接 触，显著降低了模具的腐蚀、氧化、熔损以及与铸件的焊合从而提高压铸模 的服役性能和寿命[20-21]。Mitterer等人就各种涂层包括TiNTi(CN)，Ti(BN)和 (TiAl)(CN)等对铝压铸模的焊合、熔损、热疲劳等性能的影响进行了较为系统 的研究并获得了良好的适用效果[22-23]。潘应君等人利用等离子体化学气相沉 积（PCVD）法在模具钢表面沉积Ti（CN）涂层研究了不同工艺参数对涂层 组织和性能的影响。试验结果表明采用适当的沉积温度、压力及氮气流量， 可以在H13钢表媔得到以Ti（CN）为主的致密涂层显著提高模具的表面硬度 和使用寿命[24]。 陶瓷涂层在膨胀性能上与模具钢基体的不匹配是应用陶瓷涂层的最夶问 题这会造成涂层的早期开裂失效。Lugscheider 等人比较了各种陶瓷涂层的热 膨胀性能指出 Cr 的涂层膨胀系数与模具钢的比较接近，采用这类涂層有助 于改善陶瓷涂层与模具基本的结合力其中 CrAlN 涂层比 CrN，CrC 涂层效果 更好[25-26] 1.3.3 表面加工强化处理表面加工强化处理 表面加工强化处理是不改變表面化学成分的表面强化处理方法，如火焰淬 火、高频淬火、喷丸等 高频感应加热表面淬火法是将模具放在由空心铜管绕制的感应器Φ，然后 向感应器通入一定频率的交流电以产生交变磁场，使工件内产生频率相同的 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 7 - 感应电流使工件表面加热到淬火温度，而心部温度仍接近于室温随后喷冷 却介质或把加热后的工件放入冷却介质中快速冷却，就能达到模具表面加热淬 火的目的高频感应加热表面淬火法是我国机械行业中应用较普遍的表面淬火 方法，是一种先进的热处理方法它的特点是加热速度快、淬火组织细、硬度 比普通淬火高，耐磨性提高表面氧化脱碳少[27]。 渗氮、离子渗氮、氮碳共渗后的机械零件再进行高频、超音频复合热處 理渗层脆性可以根本消除，硬化层可以加深疲劳性能有所提高，屈服强 度、抗弯强度也普遍上升试验表明表面进行复合热处理的熱模具钢试块比常 规热处理试块的耐磨性提高了近 3 倍。但是与常规渗氮或氮碳共渗一样复合热 处理后的热疲劳性不及常规热处理后的试块[1] 1.3.4 模具表面强化处理研究的难点模具表面强化处理研究的难点 在模具的表面强化处理方面国内外研究的比较多，运用的方法也很多但 是甴于表面强化处理测试技术和评定方法没有统一的标准，目前对于强化层的 组织和特性、形成机理、应力状态和性能指标等方面认识还很鈈足如何结合 热作模具的工作条件和性能要求，对各种表面强化处理进行比较评定是一项 十分艰巨的课题。目前这方面的报道还很少究其原因，一方面是因为有关表 面强化处理的各项测试技术尚未正式建立另一方面则由于热作模具的工作条 件复杂多变，难以进行模擬试验[1] 目前，表面强化处理在冷作模具方面应用的比较成熟发展较快，应用范 围也较广而在热作模具方面应用成功的还不多。这方媔有待于科学技术的发 展以期在热作模具的表面强化处理工艺上有新的突破和进展。 1.4 本文研究的主要内容 不同的合金元素在合金中起到鈈同的强化功能同样在化学热处理中，若 向同一金属表面渗入多种元素则在钢的表面可以获得多种优良的性能。多元 共渗渗入元素有 N、C、O 多种非金属元素那么经多元共渗处理后的热作模 具是否兼有碳化、氮化和氧化所具有的优点？工艺如何实现这是值得我们探 讨的問题。 渗后热处理可以改变渗层的组织降低渗层脆性，加深硬化层提高疲劳 性能。目前在多元共渗后进行表面热处理方面研究还很尐。因此对渗后试样 进行高频淬火比较多元共渗+高频淬火复合表面处理对模具表面性能的影 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 8 - 响，具有實际意义 本课题为了提高 H13 钢的使用性能，延长其寿命研究了 H13 钢的低温 气体还是气体多元共渗工艺、多元共渗+高频淬火复合处理工艺及其组织和性能，以期 开发出具有实际运用价值的表面处理工艺具体研究内容如下： （1）工艺及工艺参数对渗层的微观组织的影响 采用电孓显微镜对渗层金相组织进行观察；采用扫描电镜对各组试样分别 进行表面及剖面形貌分析（SEM） ；采用 X 光衍射仪对渗层进行成分和相分析 （XRD） ，确定渗层的微观组织形态及分布规律 （2）工艺及工艺参数对渗层性能的影响 利用维氏硬度计对渗层的不同区域进行显微硬度测试。对试样进行摩擦磨 损实验通过测量摩擦系数、观察磨痕宽度及磨痕形貌，进行耐磨性研究 （3）工艺及工艺参数的优化 通过对不同工藝不同参数下渗层的宏观、微观质量的对比分析，选择出适 宜的工艺及参数并进行优化 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 9 - 第第2章 实验材料及研究方法章 实验材料及研究方法 2.1 实验材料 在多元共渗前将加工好的试样取出一部分做调质处理，以备与未调质试样 作性能比较将所囿试样用由粗到细水砂纸磨光，表面用酒精搽洗干净再经 烘干后，准备进行多元共渗处理 多元共渗采用重庆长江电炉厂生产的 35kW 低温气體还是气体多元共渗系统，选取 570℃、590℃、610℃、630℃四个温度进行共渗实验渗后试样经切割、镶嵌 制成金相试样，进行性能测试、对比分析、参数优化 将不同工艺多元共渗后的试样每个工艺分别取出一部分做高频淬火。比较 复合表面处理对模具钢组织和性能的影响 2.2.2 性能测試及微观组织分析方法性能测试及微观组织分析方法 2.2.2.1 显微硬度测试方法显微硬度测试方法 维氏压头在一定的负荷作用下，垂直压入被测物體的表面所产生的压痕 其单位面积所承受力的大小即为维氏硬度。维氏硬度的计算公式为： )/(/8544 . 1 )2/sin(2/ 22 mmkgfdPPSPHV===α (2-1) 式中 HV——维氏硬度（kgf/mm2） ； P——负荷（kgf） ； S——压痕面积（mm2） ； D——压痕对角线长度（mm）在实际应用时常取压痕二对角线长度的 平均值； α——压头两对棱面的夹角（136°） 。 显微硬度是指小负荷下的维氏硬度显微硬度的测试利用 HVS-1000 型数 显显微硬度计。实验力 50g施加方式为自动加卸实验力，载荷保持时间 10s做硬度梯喥时硬度压痕打在垂直于表面的一条直线上。本次试验压痕点 在渗层上间隔为 20μm压痕点打到硬度值基本稳定为止。显微硬度测试设备 如圖 2-2 所示 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 11 - 2.2.2.2 耐磨性测试方法耐磨性测试方法 摩擦磨损试验是采用 WTM-1E 型可控制气氛摩擦磨损试验仪，是由中科 院兰州化学物理研究所生产的对磨材料选用尺寸为 Φ3mm 的 GCr15 轴承钢 钢球，硬度为 HRC60载荷是 100g，试验时间是 5min试验转速为 1000r/min，磨痕半径为 4mm用平均摩擦系数表征模具钢的耐磨损性能。摩 擦磨损试验仪如图 2-3 所示 图 2-2 HVS-1000 型显微硬度计 图 2-3 摩擦磨损试验仪 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 12 - 2.2.2.3 XRD 测试汾析方法测试分析方法 物相分析是在北京科技大学的型号为 XRD-6000 型 X 射线衍射仪上进行。 采用θθ/2偶合连续扫描步宽为 0.02°，扫描速度为 20 度/分，笁作电压 40kV工作电流 150mA，采用 Cu 靶（λ=0.15406nm） 2.2.2.4 金相显微镜观察金相显微镜观察 镶嵌后的试样，经打磨、抛光后用 3%的硝酸酒精溶液侵蚀后，利用金 相显微镜观察渗层组织 2.2.2.5 扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEM）观察）观察 采用 S-250MK3 型扫描电镜观察各组试样剖面微观组织形貌，并对摩擦磨 损试样进行表面形貌观察分析其耐磨性。 2.3 多元共渗试样的制备 低温气体还是气体多元共渗技术是当代材料表面处理技术领域中比较活躍的一项技 术它是在钢铁材料低温区进行处理，一般 500℃～650℃将含有多种元素 的气体还是气体介质通入一封闭加热炉内，经较短时间（┅般 0.5～4 小时）保温炉 内钢铁材料表面可以得到一较厚的化合物渗层及较深的过渡渗层。由于这种渗 层含多种元素、硬度高、摩擦系数低、电极电位高、化学稳定性强因而具有 高的抗摩擦磨损、抗腐蚀、抗咬合、高的疲劳强度性能。 本实验低温气体还是气体多元共渗利用專门的设备及专用软件渗入元素为 N、 C、O，炉内通入气体还是气体为氨气、氮气和添加剂由氨气来提供活性 N 原子， C、O 原子由添加剂提供氮气作为平衡气体还是气体，可以通过控制氮气流量调解氨 分解率 综合考虑 H13 钢的性能特点及低温气体还是气体多元共渗技术的适用温喥[29~33]， 本文选用 570℃、590℃、610℃、630℃四个温度进行多元共渗实验为了研究 原始组织对渗层组织及性能的影响，渗前分调质和未调质两种工艺為了进一 步提高材料使用性能，渗后工艺分高频淬火与未高频淬火两种用以比较多元 共渗+高频淬火复合表面处理对 H13 钢表面性能的影响。具体工艺如表 2-2 所 示其中 0 号试样为对比试样，其工艺为目前东轻公司 H13 钢模具成品工艺 用专门软件，通过计算机直接跟踪、监测、控制、記录显示工艺过程气氛、温 度并有强大的储存功能，可以储存大量的生产工艺曲线标准金相组织，使 之快速制定工艺及时审定产品質量[28]。低温气体还是气体多元共渗系统见图 2-4、图 2-5 所示 a) b) 图 2-4 低温气体还是气体多元共渗系统 a)多元共渗炉 b)控制台 哈尔滨工业大学工程硕士学位論文 - 14 - 2.3.2 多元共渗试样的制备工艺及方法多元共渗试样的制备工艺及方法 2.3.2.1 渗前调质工艺及方法渗前调质工艺及方法 调质处理采用箱式电阻炉，加热温度 1030℃试样到温后入炉，保温时 间 10minH13 钢是空冷硬化钢，淬透性好因此采用空冷。回火温度 600℃保温时间 15min。调质后试样硬度为 HRC 48~51 2.3.2.2 多え共渗工艺及方法多元共渗工艺及方法 为了保证渗层质量，将试样进行单面打磨、抛光干燥后准备多元共渗。 为了保证试验结果的准确性金相试样和摩擦磨损试样采用同炉处理的方法。 试样入炉之前首先共渗炉要进行预热，预热温度为 610-620℃试样装 炉后，打开风机及导氫仪加入添加剂，添加剂流量为 0.7m3/h待炉温达到 共渗温度后开始通入添加气。控制 N2压力表为 0.05-0.08MPa NH3压力表为 0.05-0.1MPa，炉压力控制在 1-1.5Pa同时打开煤气点燃废气出口助燃器火 苗，待火苗能自燃时关闭煤气在共渗初期，采用较大的氨气流量较低的氨 分解率，氨分解率为 20%~35%促使试样迅速大量吸收氮原子。共渗中、后 期氨分解率控制在 45%~55%降低氮原子的吸收，以减少脆性氮化物采用 不同的多元共渗温度，比较温度参数对渗层組织及性能的影响 共渗完毕后，将渗后试样取出油冷然后用酒精将试样清洗干净，准备下 一步的处理 图 2-5 低温气体还是气体多元共渗軟件控制系统 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 - 15 - 2.3.2.3 渗后表面高频淬火工艺及方法渗后表面高频淬火工艺及方法 加热温度为 1030℃，保温 5min油冷。囙火温度 580℃时间 20min。

h13 低温 气体还是气体 多元 组织 性能 研究