CN106637063A - 一种提高h13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法 - Google Patents

一种提高h13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法，包括步骤：将原始态H13钢加工成试样，对试样进行调质处理；将试样进行打磨处理，在无水乙醇中进行超声清洗、烘干；将试样放入离子氮化炉内，抽真空至18Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa，起辉升温，待温度达到540℃，通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：4～1：6，炉内压力300Pa，进行离子渗氮表面处理，保温时间为6h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。本发明的有益效果是：经过不同气氛离子渗氮处理后的H13钢模具热疲劳性能随着氢气比例的增加而提高；不同气氛离子渗氮处理能有效控制H13钢的渗层质量，提高H13钢模具的使用性能，延长其服役寿命。

Description

一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法
技术领域
本发明属于金属表面改性技术领域，涉及一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法。
背景技术
H13钢(4Cr5MoV1Si)具有高强度，高韧性及良好的回火稳定性，已在热作模具得到广泛应用。热作模具在工作中反复与高温状态的加工材料接触，材料表面组织将会发生变化，其性能也会发生变化，最终导致失效，主要失效机制为热疲劳和磨损等。为了提高模具表面性能，延长其使用寿命，常需要对其进行表面处理，使其在保持心部强度与韧性的同时提高表面强度。
离子渗氮是一种应用较为常用的化学热处理技术，被广泛应用于工程材料表面强化，以增强材料表面耐疲劳、耐磨等性能。但是，经过传统离子渗氮处理的H13钢模具表面会生成一层韧性低、脆性大的白亮层，在热作模具服役过程中反复受力，白亮层容易开裂、脱落，降低模具热疲劳性，降低服役寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法，通过调节氮气和氢气比例，使H13在离子渗氮过程主要形成具有优良综合性能的扩散层，从而显著提高其热疲劳性。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法，包括以下步骤：
(1)将原始态H13钢加工成试样，对试样进行调质处理；
(2)将试样进行打磨处理，在无水乙醇中进行超声清洗、烘干；
(3)将试样放入离子氮化炉内，抽真空至18Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa，起辉升温，待温度达到540℃，通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：4～1：6，炉内压力300Pa，进行离子渗氮表面处理，保温时间为6h；
(4)渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
进一步地，步骤(2)中打磨处理为将试样用240#～2000#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面。
本发明的有益效果是：(1)经过不同气氛离子渗氮处理后的H13钢模具热疲劳性能随着氢气比例的增加而提高；
(2)不同气氛离子渗氮处理能有效控制H13钢的渗层质量，提高H13钢模具的使用性能，延长其服役寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是实施例1得到的渗层经不同次数循环热疲劳的表面形貌图，其中，(a)循环次数为20次，(b)循环次数为40次；
图2是实施例2得到的渗层经不同次数循环热疲劳的表面形貌图，其中，(a)循环次数为20次，(b)循环次数为40次；
图3是实施例3得到的渗层经不同次数循环热疲劳的表面形貌图，其中，(a)循环次数为20次，(b)循环次数为40次。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
(1)将原始态的H13钢利用线切割成试样，试样尺寸为5mm×10mm×10mm，然后进行调质处理；
(2)将调质处理后的H13钢表面依次用240#～2000#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；
(3)用无水乙醇对H13钢进行超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
(4)将H13钢放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空使气压达到18Pa以下，通入经过干燥后的氢气进行溅射处理，在炉内压力300Pa下升温至540℃，通入氮气，调节氮气和氢气流量比为1：3，炉内压力为300Pa，随后开始计时；
(5)保温时间到达6小时后，关闭离子氮化炉；
(6)待试样随炉冷却至室温后取出。
实施例2
(1)将原始态的H13钢利用线切割成试样，试样尺寸为5mm×10mm×10mm，然后进行调质处理；
(2)将调质处理后的H13钢表面依次用240#～2000#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；
(3)用无水乙醇对H13钢进行超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
(4)将H13钢放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空使气压达到18Pa以下，通入经过干燥后的氢气进行溅射处理，在炉内压力300Pa下升温至540℃，通入氮气，调节氮气和氢气流量比为1：4，炉内压力为300Pa，随后开始计时；
(5)保温时间到达6小时后，关闭离子氮化炉；
(6)待试样随炉冷却至室温后取出。
实施例3
(1)将原始态的H13钢利用线切割成试样，试样尺寸为5mm×10mm×10mm，然后进行调质处理；
(2)将调质处理后的H13钢表面依次用240#～2000#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面；
(3)用无水乙醇对H13钢进行超声波清洗，去除工件表面油污和杂质，干燥后待用；
(4)将H13钢放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空使气压达到18Pa以下，通入经过干燥后的氢气进行溅射处理，在炉内压力300Pa下升温至540℃，通入氮气，调节氮气和氢气流量比为1：6，炉内压力为300Pa，随后开始计时；
(5)保温时间到达6小时后，关闭离子氮化炉；
(6)待试样随炉冷却至室温后取出。
图1为H13钢经氮气和氢气流量比1：3离子渗氮后，经不同次数循环热疲劳的表面形貌。从图(a)、(b)可以看出，当循环次数为20次时，试样表面开始萌生出较浅的细小裂纹；当循环次数为40次时，试样表面裂纹宽度、数量都明显增加。
图2为H13钢经氮气和氢气流量比1：4离子渗氮后，经不同次数循环热疲劳的表面形貌。从图(a)、(b)可以看出，当循环次数为20次时，试样表面无裂纹出现；当循环次数为40次时，试样表面开始萌生出较浅的细小裂纹。
图3为H13钢经氮气和氢气流量比1：6离子渗氮后，经不同次数循环热疲劳的表面形貌。从图(a)、(b)可以看出，当循环次数分别为20次和40次时，试样表面均无裂纹出现。
对比发现，经氮气和氢气流量比1：6离子渗氮处理后的H13钢在相同次数循环热疲劳的表面裂纹明显少于常规离子(氮气和氢气流量比1：3)渗氮处理后试样。由此说明，采用较低氮势进行离子渗氮，可以提高H13热作模具热疲劳性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)将原始态H13钢加工成试样，对试样进行调质处理；
(2)将试样进行打磨处理，在无水乙醇中进行超声清洗、烘干；
(3)将试样放入离子氮化炉内，抽真空至18Pa以下，通入氢气溅射30min，炉内压力保持300Pa，起辉升温，待温度达到540℃，通入氮气，调节氮气和氢气的流量比为1：4～1：6，炉内压力300Pa，进行离子渗氮表面处理，保温时间为6h；
(4)渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种提高H13热作模具热疲劳性离子渗氮表面改性方法，其特征是：所述的步骤(2)中打磨处理为将试样用240#～2000#的SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108441625A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 常州大学 一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺
CN110449480A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 宁波思明汽车附件有限公司 一种用于加工气门嘴毛坯件的模具及其制造方法
CN110947972A (zh) * 2019-12-31 2020-04-03 广东省新材料研究所 一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007308788A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Teisei Shu 金属部材の窒化・酸化処理及び再酸化処理方法
CN102242316A (zh) * 2011-06-29 2011-11-16 江苏环立板带轧辊有限公司 H13模具钢及其制备方法
CN103014601A (zh) * 2012-12-09 2013-04-03 常州大学 一种奥氏体不锈钢离子氮化催渗工艺
CN103789722A (zh) * 2014-01-15 2014-05-14 常州大学 一种显著提高齿轮耐蚀性的化学热处理方法
CN203639559U (zh) * 2013-12-13 2014-06-11 宁波久腾车灯电器有限公司 一种具有渗镀复合表面涂层的铝压铸模具
CN105154816A (zh) * 2015-09-22 2015-12-16 华南理工大学 一种不同气氛下电弧等离子体辅助低压渗氮方法
CN105369189A (zh) * 2015-11-30 2016-03-02 太仓久信精密模具股份有限公司 一种用于h13模具钢的氮化工艺
CN105695924A (zh) * 2016-03-18 2016-06-22 常州大学 一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法
CN105821370A (zh) * 2016-03-29 2016-08-03 常州大学 一种简化液压柱塞生产流程的离子渗氮工艺

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007308788A (ja) * 2006-05-22 2007-11-29 Teisei Shu 金属部材の窒化・酸化処理及び再酸化処理方法
US7896980B2 (en) * 2006-05-22 2011-03-01 Ting-Cheng Chou Nitriding-oxidizing treatment method for metal
CN102242316A (zh) * 2011-06-29 2011-11-16 江苏环立板带轧辊有限公司 H13模具钢及其制备方法
CN103014601A (zh) * 2012-12-09 2013-04-03 常州大学 一种奥氏体不锈钢离子氮化催渗工艺
CN203639559U (zh) * 2013-12-13 2014-06-11 宁波久腾车灯电器有限公司 一种具有渗镀复合表面涂层的铝压铸模具
CN103789722A (zh) * 2014-01-15 2014-05-14 常州大学 一种显著提高齿轮耐蚀性的化学热处理方法
CN105154816A (zh) * 2015-09-22 2015-12-16 华南理工大学 一种不同气氛下电弧等离子体辅助低压渗氮方法
CN105369189A (zh) * 2015-11-30 2016-03-02 太仓久信精密模具股份有限公司 一种用于h13模具钢的氮化工艺
CN105695924A (zh) * 2016-03-18 2016-06-22 常州大学 一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法
CN105821370A (zh) * 2016-03-29 2016-08-03 常州大学 一种简化液压柱塞生产流程的离子渗氮工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEHMET C ¸ APA.ET.AL: "Life Enhancement of Hot-Forging Dies by Plasma-Nitriding", 《TURKISH JOURNAL OF ENGINEERING & ENVIRONMENTAL SCIENCES》 *
康俊远: "《模具材料与表面处理 第2版》", 31 July 2012, 北京：北京理工大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108441625A (zh) * 2018-02-07 2018-08-24 常州大学 一种提高离子渗氮效率的激光冲击工艺
CN110449480A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 宁波思明汽车附件有限公司 一种用于加工气门嘴毛坯件的模具及其制造方法
CN110947972A (zh) * 2019-12-31 2020-04-03 广东省新材料研究所 一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法
CN110947972B (zh) * 2019-12-31 2022-04-15 广东省科学院新材料研究所 一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法

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