CN106637063B - 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 PDFInfo
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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
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1:6,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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