H13钢气硬氮化与气软氮化比较分析技术

导 读

厚德载物，传递能量；喜欢的话，点击顶部分享交流平台 H对比分析了13模钢气体硬氮化和气体软氮化的原理、工艺参数和组织性能。结果表明，气体硬氮化和气体软氮化各有优缺点，应采用适合企业实际情况的氮化方法。关键词：气体硬氮化、气体软氮化、H13模具钢、铝型材挤压

DAXINGcp

1

1、前言H13模具钢碳钒含量高，耐磨性好，韧性相对较弱，耐热性好，强度硬度高，耐磨韧性高，综合力学性能优异，抗回火稳定性高，是目前应用更广泛、更具代表性的热模具钢。H13模具钢经过适当的淬火 回火等热处理后，可获得优异的综合性能。挤压模具直接接触高温锭，承受高温、高压、剧烈摩擦，工作条件差，易磨损疲劳，显著降低模具的使用寿命。H13钢模具的表面改性是全面提高模具寿命的关键。采用表面渗氮技术提高模具材料的表面质量是一种低成本、方便、实用的处理方法。常用的氮化方法有气体氮化、液体氮化、光离子氮化、真空氮化等。气体氮化可分为硬氮化和软氮化。

2

1.2

2.气体硬氮化2.1.气体硬氮化的原理，即气体渗氮，是指氮原子在一定温度下渗入钢表面的化学热处理工艺。为了区分它与气体的软氮化，也称为气体硬氮化。气体渗氮时，将工件放入炉中并放置NH气体直接输入500~5600℃ NH3气体在高于480℃时经热分解如下：2NH3 →2〔N〕 3 H大多数产生大解氮原子的氮原子N2气体，少量活性氮原子被工件表面吸收，然后扩散到工件内部。一段时间后，工件表面获得一定深度的氮化层。氮化层包括外层的化合层（也称为白色亮层）和相邻的扩散层（也称为暗黑色层）。白色亮层对磨损起着决定性的作用。气体渗氮后，其组织主要为ε相与γ′相、处理不当容易产生ξ相，应尽量避免ξ相的产生。ε相和γ′硬度高、结构致密、耐磨性好的化合物层(白亮层)；ε电极电位高，耐腐蚀性好，提高了工件的耐磨性和耐腐蚀性。铁和合金元素在基体中（Mo、V、Cr等）与氮具有较强的亲和力，与氮原子形成多种合金氮化物，显著提高氮层的硬度；各种氮化物的比例大于铁。氮渗透后，材料表面形成较大的残余压力应力，可抵消无外拉应力，显著提高钢的抗高周疲劳性能。.2.氮化规律气体氮化的主要工艺参数是氮化温度、氮化时间和氨分解率。它们对氮化速度、氮化层深度、氮化层硬度和耐磨性、耐腐蚀性和韧性有很大的影响。当氮化时间与氨分解率相同时，氮化层随温度升高而增厚，氮化弥散度降低。当温度升高到580时℃以上后，表面硬度下降。氮原子扩散速度减慢，渗透层浅，表面硬度高，脆性大。氮化温度一般控制在520-540℃。氨分解率一般控制在20%-60%以内，一般在40%左右。氨分解率大于60%会降低氮化层的硬度和耐磨性；大于70%后，氮化层的深度会急剧下降。氮化保温时间取决于氮化温度和氮化层的深度要求。保温时间越长，氮化层越深，但渗透硬度会降低。

3

1.2

3.气体软氮化3.1.原理气体软氮化，即气体氮碳共渗，是指以气体渗氮为主，以渗碳为辅的低温氮碳共渗。常用介质有50%氨 50%吸热气体（Nitemper法)；35%-50%氨气 50-60%放热气体（Nitroc方法)和氨滴注乙醇或甲酰胺。在软氮化过程中，由于碳原子在软氮化过程中ε软氮表面是碳和氮的常见化合物，具有良好的韧性和耐磨性。在气体软氮化过程中，碳原子溶解度低，很快达到饱和状态，沉淀了许多超微碳化点。作为氮化物结晶的核心，这些碳化点促进了氮化物的形成。当表面氮浓度达到一定水平时，就会形成ε

相，而ε相的碳溶解能力很高，反过来可以加速碳的溶解。气体软氮化后，其组织由ε相，γ′含氮渗碳体相和Fe3（C，N）碳会降低氮的扩散速度，因此热应力和组织应力大于硬氮，渗层更薄。但与此同时，由于没有软氮化层ξ因此，氮化层的韧性优于硬氮化后。.气体软氮化的主要工艺参数是氮化温度、氮化时间和氮化气氛。气体软氮化温度通常为560-570℃，氮化物层的硬度更高。氮化时间通常为3-4小时，因为化合物层的硬度在2-3小时内达到更高，而氮化物层的深度随着时间的推移而缓慢增加。氮化气氛由氨分解率和碳渗透剂的滴速决定。

4

4、对比分析4.1.试验内容取同批次H共有4件模具钢，其中2件用于气体硬氮化，另外2件用于气体软氮化。气体硬氮化氮化工艺如下：氮化温度530±10℃，氮化时间为15小时，氨分解率为25%-30%。样品编号为1-2。氨和甲酰胺是气体软氮化的共渗介质。氮化过程如下：氮化温度为570±10℃，保温期氨分解率控制在25%-30%，甲酰胺滴量为70-80滴/分，保温时间为3-4小时；净化期氨图1是所得样品渗氮层硬度梯度的比较。因此，四个样品的表面硬度与硬度梯度曲线相似H模具钢的渗氮层气体软氮化后，模具钢的渗氮层硬度差别不大。表面硬度为1000-12000HV，所有这些都可以满足铝型材热挤压的需要。气体软氮化硬度曲线陡峭的特性尚未显示，这可能是渗透深度测量不足的原因。图2至图5为1-4样氮化后白色亮层的金相显微图。可以发现，4样品的白色亮层厚度差距很小。图2图3图4图5

5

1.2

5、结论

H13模具钢气体硬氮化和气体软氮化后，硬度与白亮层的差距很小，能更好地适应铝型材热挤压的工作环境。气体软氮化效率高，但工艺相对复杂，对操作人员要求高。铝型材制造商应根据自己的需要和实际情况选择合适的氮化方法。

6

1.2

参考文献

潘建生

胡明娟，热处理工艺，高等教育出版社，2009-01

中南大学出版社吴锡坤，铝型材加工实用技术手册，2006

蔡美良 丁蕙林 孟沪龙，新编工模具钢金相热处理，机械工业出版社，2001-05

楼芬丽 张开 张建华 方国平，H13钢表面处理技术，金属热处理，2002，27(6):28-30

1998年，21(2)，邓汝荣 郭海涛，铝型材挤压模气体软氮化工艺，28-31

●  新铝型材挤压后续表面处理工艺

●  新经典大型铝型材复杂模具设计成功

●  铝挤压模具设计技术高效实用

●  各种特殊铝合金生产技术及模具设计分析

●  铝型材壁厚和悬臂大的特殊模具设计

●  大型挤压模具设计及挤压缺陷及质量分析

● 对铝型材挤压焊接、条纹、暗痕的控制和消除方法进行了深入分析

● 这里有20个更新修模大师的绝招，值得深入研究，图文解说！

●  新统计42种新铝合金一模多出 (孔 )挤压特性及设计技术

●  详细的设计步骤(包括电子地图)教你如何用平整度测量模具。

感谢您抽出  · 来阅读此文