压铸模具钢H13的预先热处理及渗氮
2002-12-02 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
【摘要】研究了压铸模具钢H13的预先热处理和渗氮工艺，热量出了H13钢适宜的预先热得理工艺为1030℃淬火+600℃回火，然后，再580℃渗氮4.5h。表面硬度可达900HV，渗氮层深0.20mm。H13钢压铸模采用新工艺后，其寿命可提高1倍。
关键词 H13钢 预先热处理 渗氮 压铸模具钢
1 前言
H13是目前广泛应用的一种空冷硬化模具钢，我国八五期间国家重点推广钢种。H13钢有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具的制造，特别适宜用作压铸模，其生产的压铸件外观质量好，模具使用寿命也较长。同时该钢材有较高的热强性，是一种强韧兼备的质优价廉钢种，制造压铸模的厂家特别欢迎。
作为压铸模，影响其寿命的主要因素是：模具经受热循环会产生热疲劳（即龟裂）；压铸时熔融金属被注入型腔模，在被高温金属冲刷和直接接触的模具部位，会发生冲蚀和腐蚀。因此提高模具的热疲劳性能和耐蚀性是提高H13钢压铸模具寿命的有效途径。
因渗氮可提高模具的热疲劳性和耐蚀性，通过对H13钢压铸模先进行淬火+回火的预备热处理，然后再进行氮化的复合热处理试验研究。发现新工艺较传统工艺可明显提高H13钢压铸模的表面硬度、耐磨性、热疲劳性和耐蚀性，其模具使用寿命较伟统热处理提高了1倍。
2 模具材料和预先热处理
（1）压铸模材料为AISI-H13，模具外形尺寸为ф250*120mm，基体硬度要求为46～48HRC，其化学成分和临界温度如表1所示。
表1 H13饮的化普顾分（质量分数）和临界温度（℃）ASTMA681-94
（2）预先热处理工艺。
H13钢预先热处理加热是在高温盐浴炉中进行的。为减少H13钢压铸模的热应力和促进奥氏体均匀化，在达到奥氏体化温度前应进行分段预热。因此在进入盐浴炉前，应采用550℃+40min和850℃+40min的两段预热，盐加热以1030℃为最佳。
3 H13钢压铸模的氮碳共渗热处理
H13钢压铸模选择氮碳共渗是因为该工艺是在低温范围内（500-600℃）进行的，碳原子在α铁中的固深度却低于氮原子的固深度，由于氮原子和碳原子的这种相互促进作用，使氮碳共渗速度得到很大提高。考虑到氮碳共渗后不影响H13钢压铸模的基体硬度，氮碳共渗温度应低于回火温度。
3.1 设备
H13钢压铸模的氮碳共渗可在75kW气体渗氮炉中进行。
3.2 氮碳共渗工艺。
H13钢压铸模氮碳共渗热处理是在正常气体氮碳共渗热处理生产中进行的。氮碳共渗前必须对预备热处理后的H13钢压铸模进行最后的精加工（磨削、电火花加工等），装炉前需用汽油或酒精等脱脂，经清洗后工作表面不能有锈或脏物。
H13钢压铸模的氮碳共渗介质为氨气+乙醇，工艺为580℃*4.5h。
3.3 氮碳共渗后的组织和性能
（1）渗层组织。
H13钢试样氮碳共渗后的组织依次是Fe2N、Fe3N、Fe4N及C、Mo、V等合金氮化物。
（2）渗氮层厚度及表面硬度。
H13钢试样经氮碳共渗后厚度约为0.20mm，表面硬度>900HV。耐磨性高，与调质、高频淬火的试样相比磨损失重可分别减少1-2个数量级或成倍降低。
（3）抗疲劳性能。
氮碳共渗后由于表面处于压应力状态，以及γ′等弥散析出物阴碍位错滑动，氮碳共渗后疲劳极限比渗碳及高频淬火的疲劳极限提高25%-35%。
（4）耐蚀性。
H13钢压铸模经气体氮碳共渗后，表面可形成特性较稳定的氮化物质，耐蚀性有所提高。一般耐大气腐蚀与发蓝、镀锌者相当，抗海水腐蚀与镀匐有相近的性能。
4 试验结果分析
从试验结果可知，H13钢压铸模经1030℃淬火、600℃回炎丙经580℃气体氮碳共渗热处理后，模具表面硬度达900HV以上，基体硬度46-48HRC，模具的耐磨性、抗疲劳性、耐蚀性等有很大提高。
生产实践证明：接传统热处理单纯进行淬火、回炎，H13钢压铸模一般压铸5000-6000件，工件即发生龟裂，而经淬火、回火+氮碳共渗复合热处理的H13钢压铸模，压铸同一种2件可达12000件以上，提高模具使用寿命1倍以上。
5 结束语
由H13钢制压铸模淬火、回火再进行氮碳共渗的结果可得出如下的结论：
（1）H13钢制压铸模淬火、回火后再进行氮碳共渗可获得较高的表面硬度耐磨性、耐疲劳性能、耐蚀性。同时气体氮碳共参相当于模具淬火、加工后的一次回火，模具变形小。
（2）渗层气体氮碳共参具有生产周期短、温度低、设备简单、操作方便等特点。
（3）生产实践表明：H13钢制压铸模淬火、回火后再进行氮碳共渗热处理，其使用寿命是常规热处理的2倍以上。
（4）H13钢制压铸碳较佳的热处理工艺为：1030℃淬火，600℃回火后先对模具进行修整，然后再进行580℃+4.5h气体氮碳共渗，渗氮后油冷。
1 蔡美良等，新编乙模具铜金相热处理，机械工业出版社，1998
2 热处理手册编委会。热处理手册（1），机械工业出版社，1991。
作者：温州热处理厂（浙江温州 325027）赵昌盛 居建村
关键词 H13钢 预先热处理 渗氮 压铸模具钢
1 前言
H13是目前广泛应用的一种空冷硬化模具钢，我国八五期间国家重点推广钢种。H13钢有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具的制造，特别适宜用作压铸模，其生产的压铸件外观质量好，模具使用寿命也较长。同时该钢材有较高的热强性，是一种强韧兼备的质优价廉钢种，制造压铸模的厂家特别欢迎。
作为压铸模，影响其寿命的主要因素是：模具经受热循环会产生热疲劳（即龟裂）；压铸时熔融金属被注入型腔模，在被高温金属冲刷和直接接触的模具部位，会发生冲蚀和腐蚀。因此提高模具的热疲劳性能和耐蚀性是提高H13钢压铸模具寿命的有效途径。
因渗氮可提高模具的热疲劳性和耐蚀性，通过对H13钢压铸模先进行淬火+回火的预备热处理，然后再进行氮化的复合热处理试验研究。发现新工艺较传统工艺可明显提高H13钢压铸模的表面硬度、耐磨性、热疲劳性和耐蚀性，其模具使用寿命较伟统热处理提高了1倍。
2 模具材料和预先热处理
（1）压铸模材料为AISI-H13，模具外形尺寸为ф250*120mm，基体硬度要求为46～48HRC，其化学成分和临界温度如表1所示。
表1 H13饮的化普顾分（质量分数）和临界温度（℃）ASTMA681-94
| 钢号 | 化学成分（%） | 临界温故知新（℃） | |||||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Mo | V | P | S | Ac1 | Ac3 | Ar1 | Ar3 | Ms | |
| H13 | 0.32-0.45 | 0.80-1.20 | 0.20-0.50 | 4.75-5.2 | 1.10-1.75 | 0.80-1.20 | ≤0.03 | ≤0.03 | 850 | 910 | 700 | 820 | 335 |
H13钢预先热处理加热是在高温盐浴炉中进行的。为减少H13钢压铸模的热应力和促进奥氏体均匀化，在达到奥氏体化温度前应进行分段预热。因此在进入盐浴炉前，应采用550℃+40min和850℃+40min的两段预热，盐加热以1030℃为最佳。
3 H13钢压铸模的氮碳共渗热处理
H13钢压铸模选择氮碳共渗是因为该工艺是在低温范围内（500-600℃）进行的，碳原子在α铁中的固深度却低于氮原子的固深度，由于氮原子和碳原子的这种相互促进作用，使氮碳共渗速度得到很大提高。考虑到氮碳共渗后不影响H13钢压铸模的基体硬度，氮碳共渗温度应低于回火温度。
3.1 设备
H13钢压铸模的氮碳共渗可在75kW气体渗氮炉中进行。
3.2 氮碳共渗工艺。
H13钢压铸模氮碳共渗热处理是在正常气体氮碳共渗热处理生产中进行的。氮碳共渗前必须对预备热处理后的H13钢压铸模进行最后的精加工（磨削、电火花加工等），装炉前需用汽油或酒精等脱脂，经清洗后工作表面不能有锈或脏物。
H13钢压铸模的氮碳共渗介质为氨气+乙醇，工艺为580℃*4.5h。
3.3 氮碳共渗后的组织和性能
（1）渗层组织。
H13钢试样氮碳共渗后的组织依次是Fe2N、Fe3N、Fe4N及C、Mo、V等合金氮化物。
（2）渗氮层厚度及表面硬度。
H13钢试样经氮碳共渗后厚度约为0.20mm，表面硬度>900HV。耐磨性高，与调质、高频淬火的试样相比磨损失重可分别减少1-2个数量级或成倍降低。
（3）抗疲劳性能。
氮碳共渗后由于表面处于压应力状态，以及γ′等弥散析出物阴碍位错滑动，氮碳共渗后疲劳极限比渗碳及高频淬火的疲劳极限提高25%-35%。
（4）耐蚀性。
H13钢压铸模经气体氮碳共渗后，表面可形成特性较稳定的氮化物质，耐蚀性有所提高。一般耐大气腐蚀与发蓝、镀锌者相当，抗海水腐蚀与镀匐有相近的性能。
4 试验结果分析
从试验结果可知，H13钢压铸模经1030℃淬火、600℃回炎丙经580℃气体氮碳共渗热处理后，模具表面硬度达900HV以上，基体硬度46-48HRC，模具的耐磨性、抗疲劳性、耐蚀性等有很大提高。
生产实践证明：接传统热处理单纯进行淬火、回炎，H13钢压铸模一般压铸5000-6000件，工件即发生龟裂，而经淬火、回火+氮碳共渗复合热处理的H13钢压铸模，压铸同一种2件可达12000件以上，提高模具使用寿命1倍以上。
5 结束语
由H13钢制压铸模淬火、回火再进行氮碳共渗的结果可得出如下的结论：
（1）H13钢制压铸模淬火、回火后再进行氮碳共渗可获得较高的表面硬度耐磨性、耐疲劳性能、耐蚀性。同时气体氮碳共参相当于模具淬火、加工后的一次回火，模具变形小。
（2）渗层气体氮碳共参具有生产周期短、温度低、设备简单、操作方便等特点。
（3）生产实践表明：H13钢制压铸模淬火、回火后再进行氮碳共渗热处理，其使用寿命是常规热处理的2倍以上。
（4）H13钢制压铸碳较佳的热处理工艺为：1030℃淬火，600℃回火后先对模具进行修整，然后再进行580℃+4.5h气体氮碳共渗，渗氮后油冷。
1 蔡美良等，新编乙模具铜金相热处理，机械工业出版社，1998
2 热处理手册编委会。热处理手册（1），机械工业出版社，1991。
作者：温州热处理厂（浙江温州 325027）赵昌盛 居建村
