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壓鑄模具鋼H13的預先熱處理及滲氮介紹
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2019-10-11 | 338 次瀏覽 | 分享到:
 H13是目前廣泛應用的一種空冷硬化模具鋼,我國八五期間國家重點推廣鋼種。H13鋼有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能,不容易產生熱疲勞裂紋,而且抗粘結力強,與熔融金屬相互作用小,廣泛應用于熱鐓鍛、熱擠壓和壓鑄模具的制造,特別適宜用作壓鑄模,其生產的壓鑄件外觀質量好,模具使用壽命也較長。同時該鋼材有較高的熱強性,是一種強韌兼備的質優價廉鋼種,制造壓鑄模的廠家特別歡迎。
  H13是目前廣泛應用的一種空冷硬化模具鋼,我國八五期間國家重點推廣鋼種。H13鋼有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能,不容易產生熱疲勞裂紋,而且抗粘結力強,與熔融金屬相互作用小,廣泛應用于熱鐓鍛、熱擠壓和壓鑄模具的制造,特別適宜用作壓鑄模,其生產的壓鑄件外觀質量好,模具使用壽命也較長。同時該鋼材有較高的熱強性,是一種強韌兼備的質優價廉鋼種,制造壓鑄模的廠家特別歡迎。
  
  作為壓鑄模,影響其壽命的主要因素是:模具經受熱循環會產生熱疲勞(即龜裂);壓鑄時熔融金屬被注入型腔模,在被高溫金屬沖刷和直接接觸的模具部位,會發生沖蝕和腐蝕。因此提高模具的熱疲勞性能和耐蝕性是提高H13鋼壓鑄模具壽命的有效途徑。
  
  因滲氮可提高模具的熱疲勞性和耐蝕性,通過對H13鋼壓鑄模先進行淬火+回火的預備熱處理,然后再進行氮化的復合熱處理試驗研究。發現新工藝較傳統工藝可明顯提高H13鋼壓鑄模的表面硬度、耐磨性、熱疲勞性和耐蝕性,其模具使用壽命較偉統熱處理提高了1倍。
  
  2 模具材料和預先熱處理
  
 ?。?)壓鑄模材料為AISI-H13,模具外形尺寸為ф250*120mm,基體硬度要求為46~48HRC,其化學成分和臨界溫度如表1所示。
  
  表1 H13飲的化普顧分(質量分數)和臨界溫度(℃)ASTMA681-94
  
  鋼號 化學成分(%) 臨界溫故知新(℃)
  
  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
  
 ?。?)預先熱處理工藝。
  
  H13鋼預先熱處理加熱是在高溫鹽浴爐中進行的。為減少H13鋼壓鑄模的熱應力和促進奧氏體均勻化,在達到奧氏體化溫度前應進行分段預熱。因此在進入鹽浴爐前,應采用550℃+40min和850℃+40min的兩段預熱,鹽加熱以1030℃為最佳。
  
  3 H13鋼壓鑄模的氮碳共滲熱處理
  
  H13鋼壓鑄模選擇氮碳共滲是因為該工藝是在低溫范圍內(500-600℃)進行的,碳原子在α鐵中的固深度卻低于氮原子的固深度,由于氮原子和碳原子的這種相互促進作用,使氮碳共滲速度得到很大提高??紤]到氮碳共滲后不影響H13鋼壓鑄模的基體硬度,氮碳共滲溫度應低于回火溫度。
  
  3.1 設備
  
  H13鋼壓鑄模的氮碳共滲可在75kW氣體滲氮爐中進行。
  
  3.2 氮碳共滲工藝。
  
  H13鋼壓鑄模氮碳共滲熱處理是在正常氣體氮碳共滲熱處理生產中進行的。氮碳共滲前必須對預備熱處理后的H13鋼壓鑄模進行最后的精加工(磨削、電火花加工等),裝爐前需用汽油或酒精等脫脂,經清洗后工作表面不能有銹或臟物。
  
  H13鋼壓鑄模的氮碳共滲介質為氨氣+乙醇,工藝為580℃*4.5h。
  
  3.3 氮碳共滲后的組織和性能
  
 ?。?)滲層組織。
  
  H13鋼試樣氮碳共滲后的組織依次是Fe2N、Fe3N、Fe4N及C、Mo、V等合金氮化物。
  
 ?。?)滲氮層厚度及表面硬度。
  
  H13鋼試樣經氮碳共滲后厚度約為0.20mm,表面硬度>900HV。耐磨性高,與調質、高頻淬火的試樣相比磨損失重可分別減少1-2個數量級或成倍降低。
  
 ?。?)抗疲勞性能。
  
  氮碳共滲后由于表面處于壓應力狀態,以及γ′等彌散析出物陰礙位錯滑動,氮碳共滲后疲勞極限比滲碳及高頻淬火的疲勞極限提高25%-35%。
  
 ?。?)耐蝕性。
  
  H13鋼壓鑄模經氣體氮碳共滲后,表面可形成特性較穩定的氮化物質,耐蝕性有所提高。一般耐大氣腐蝕與發藍、鍍鋅者相當,抗海水腐蝕與鍍匐有相近的性能。
  
  4 試驗結果分析
  
  從試驗結果可知,H13鋼壓鑄模經1030℃淬火、600℃回炎丙經580℃氣體氮碳共滲熱處理后,模具表面硬度達900HV以上,基體硬度46-48HRC,模具的耐磨性、抗疲勞性、耐蝕性等有很大提高。
  
  生產實踐證明:接傳統熱處理單純進行淬火、回炎,H13鋼壓鑄模一般壓鑄5000-6000件,工件即發生龜裂,而經淬火、回火+氮碳共滲復合熱處理的H13鋼壓鑄模,壓鑄同一種2件可達12000件以上,提高模具使用壽命1倍以上。
  
  5 總結
  
  由H13鋼制壓鑄模淬火、回火再進行氮碳共滲的結果可得出如下的結論:
  
 ?。?)H13鋼制壓鑄模淬火、回火后再進行氮碳共滲可獲得較高的表面硬度耐磨性、耐疲勞性能、耐蝕性。同時氣體氮碳共參相當于模具淬火、加工后的一次回火,模具變形小。
  
 ?。?)滲層氣體氮碳共參具有生產周期短、溫度低、設備簡單、操作方便等特點。
  
 ?。?)生產實踐表明:H13鋼制壓鑄模淬火、回火后再進行氮碳共滲熱處理,其使用壽命是常規熱處理的2倍以上。
  
 ?。?)H13鋼制壓鑄碳較佳的熱處理工藝為:1030℃淬火,600℃回火后先對模具進行修整,然后再進行580℃+4.5h氣體氮碳共滲,滲氮后油冷。
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