山東山推工程機(jī)械有限公司履帶底盤分公司 （濟(jì)寧 272023） 陳云龍 馬 強(qiáng) 劉云峰

H13鋼是一種重要的熱作模具鋼，具有優(yōu)良的熱強(qiáng)性、塑韌性、抗氧化性及熱疲勞抗力。為了提高模具的表面硬度、耐腐蝕、抗粘結(jié)等性能，通常需要對(duì)其進(jìn)行表面滲氮處理，在保持模具心部原有強(qiáng)度和韌性的同時(shí)，能有效提高模具的表面強(qiáng)度，對(duì)提高工件的使用壽命具有重要意義。

我公司采用離子滲氮技術(shù)對(duì)履帶鏈軌節(jié)用H13模具進(jìn)行滲氮處理，模具使用壽命提高近30%。由于模具需要多次翻新使用，氮化處理后的表面高硬度給翻新加工帶來巨大的困難，需要對(duì)滲氮模具進(jìn)行退氮處理。為了研究退氮工藝參數(shù)對(duì)退氮效果的影響，對(duì)滲氮處理后的H13模具鋼進(jìn)行了退氮試驗(yàn)。

1.試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用試樣直接從已熱處理完畢的H13模具鋼上切取，尺寸均為20mm×20mm×10mm，試樣表面經(jīng)預(yù)磨拋光和清洗除油，保證滲氮面的平整光潔。在LDMC－75F型輝光離子氮化爐中對(duì)試樣進(jìn)行離子氮化處理，介質(zhì)采用純氨，滲氮溫度為500℃，滲氮時(shí)間為10h，滲氮壓力為300Pa。

在箱式爐中分別采用不同保溫溫度和時(shí)間對(duì)滲氮試樣進(jìn)行退氮處理，空冷冷卻，最后一組試樣隨爐冷卻。處理完畢后利用顯微硬度計(jì)對(duì)滲氮試樣進(jìn)行表面硬度和滲氮層硬度梯度的測(cè)定（載荷砝碼300g，加載12s），在帶圖像分析儀的光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行試樣的組織觀察，并與原始滲氮件進(jìn)行對(duì)比。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）退氮溫度和時(shí)間對(duì)表面硬度的影響 圖1為不同溫度和時(shí)間下退氮處理后表面硬度對(duì)比?？梢钥闯觯诟哂?70℃的溫度退氮處理后表面硬度均有不同程度的下降；溫度越高，硬度下降越多；隨時(shí)間增加，硬度從2～5h硬度下降明顯，5h以后硬度變化趨?。粶囟鹊挠绊懸葧r(shí)間大，630℃×2h處理的效果比570℃×8h效果更顯著。另外，可以看出保溫8h后空冷和爐冷試樣表面硬度變化相差不大，說明冷卻方式對(duì)退氮后表面硬度影響不大。

圖1 不同溫度和時(shí)間退氮處理后表面硬度對(duì)比

（2）退氮溫度和時(shí)間對(duì)滲層硬度梯度的影響 圖2是不同溫度在不同時(shí)間下滲層的硬度梯度分布。從梯度的變化可以看出，退氮處理后試樣表層硬度下降明顯，相比原始滲氮試樣，滲氮層的硬度梯度更加平緩，滲層厚度有所增加。

對(duì)于570℃和590℃處理的試樣，從距表面0.25mm向里，其硬度的下降有所緩和，并超過了處理前滲氮的硬度值。退氮不僅使氮原子向外擴(kuò)散，且伴隨著向內(nèi)擴(kuò)散，表層硬度下降的同時(shí)，滲層內(nèi)部硬度增加。對(duì)于610℃和630℃，滲氮層0.25mm以后的硬度都低于了原滲氮試樣，雖然氮原子向內(nèi)擴(kuò)散，但由于加熱溫度高于試樣回火溫度，使基體軟化，導(dǎo)致滲層硬度下降。

圖2 不同溫度在不同時(shí)間下滲層的硬度梯度分布

（3）退氮處理后滲層組織的變化 圖3為退氮后滲氮層金相組織?？梢姅U(kuò)散層和基體組織間有一條明顯的過渡層。對(duì)滲層部位1在500倍下觀察可看出擴(kuò)散層的脈狀氮化物均已擴(kuò)散分解成粒狀。由于在箱式爐中退氮，滲層表面有明顯的脫氮氧化現(xiàn)象（見部位2）。

圖3 退氮后滲氮層金相組織

3.滲氮模具退氮處理后的加工情況

滲氮模具直接翻新時(shí)，由于滲層硬度高，容易出現(xiàn)銑刀折斷和嚴(yán)重的磨損；而且采用低刀具轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給量的方式加工，效率大幅下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在保證基體硬度的前提下，采用保溫溫度610℃、保溫時(shí)間5h的工藝對(duì)滲氮模具進(jìn)行了退氮處理，在高速銑床上對(duì)退氮模具進(jìn)行了加工試驗(yàn)。結(jié)果表明：退氮處理后，加工性能相比未退氮模具有了極大的改善，試驗(yàn)過程中沒有發(fā)現(xiàn)折刀現(xiàn)象，磨損情況較為理想。

4.結(jié)語

（1）高于570℃的溫度退氮處理后表面硬度均有不同程度的下降。在保證基體硬度滿足要求的條件下，退氮處理可使表面硬度由處理前的1000HV以上最低降至700HV左右。

（2）退氮處理后，試樣表層硬度下降明顯，相比原始滲氮試樣，滲氮層的硬度梯度更加平緩。另外，退氮對(duì)滲氮層組織也產(chǎn)生較大影響。

（3）實(shí)際加工生產(chǎn)表明，退氮處理后，滲氮模具的翻新加工性能有了明顯的改善。