H13模具钢热处理工艺优化及表面渗氮处理研究

论文摘要

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+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,扩散层均由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%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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 讨论
• 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
• 3.1.2 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 细织分析
• 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
• 5.3.3 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