一種用于h13模具鋼的氮化工藝的制作方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明設及氮化熱處理工藝技術領域，尤其設及一種用于H13模具鋼的氮化工 乙。

　　【背景技術】 陽00引H13模具鋼由于具有高強度、高初性、良好的回火穩定性、較高的耐冷熱疲勞性能 及價格適中的優點，已成為國際上廣泛應用的一種模具鋼，可作為壓鑄模、熱鍛模、熱擠壓 模、忍棒、模鍛用鍛模、精鍛機上的鍛模、壓力機上鍛模及銅、侶及其合金的壓鑄模等；作為 熱作模具時，在服役中反復與高溫狀態的加工材料接觸，在周期性的交變應力作用下，模具 材料尤其是表層組織將會發生變化，性能也會相應的發生改變，最終導致失效，主要失效形 式有熱疲勞、熱磨損、腐蝕和塑性變形等。因此，為提高H13模具鋼的表面硬度、耐蝕、和抗 粘結等性能，需對其進行表面處理，保持模具屯、部原有強度與初性的同時有效提高其表面 強度，提高其使用壽命，常對H13模具鋼的表面做氮化熱處理工藝。

　　[0003] 氮化熱處理，是指一種在一定溫度下、一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學 熱處理工藝。經氮化熱處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。 但是，傳統的氮化熱處理工藝，工件氮化后形成大量的不良組織，例如脈狀組織和白亮層， 而且表面硬度變化梯度睹。脈狀組織及白亮層是一種氮鐵化合物，是在一定溫度下，氮離子 滲入工件的金屬表面中形成的。脈狀組織及白亮層在光學顯微鏡下觀察呈白色，具有耐腐 蝕性。脈狀組織主要分布在滲層內部，而白亮層主要覆蓋在金屬表面；該類氮鐵化合物具有 較好的抗磨損性能，但其同時又硬且脆，不宜受沖擊載荷，特別是對于應用于高速鍛造設備 中的模具，例如H13模具鋼材料，在加工氮化后的模具時，沖擊載荷大、冷熱交替加工，使模 具表面產生大量不良組織，使模具的表面出現剝落及掉塊的現象。采用傳統的氮化工藝較 難控制該類不良氮化組織，往往要采用人工進行氮化參數的控制，穩定性較差，不能有效控 制脈狀組織及白亮層等不良組織的產生。

　　【發明內容】

　　[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于H13模具鋼的氮化工藝， 有效控制H13模具鋼氮化時產生的不良組織，處理得到的H13模具鋼樣滲層厚、硬度梯度平 緩，提高了H13模具鋼的使用壽命。 陽0化]為達此目的，本發明采用W下技術方案：

　　[0006] 一種用于H13模具鋼的氮化工藝，包括W下步驟：

　　[0007] 1)硬度篩選：H13模具鋼經澤火回火工藝后進行硬度篩選，篩選出奧氏體含量低 于5%的H13模具鋼；

　　[0008] 2)預處理：將經步驟1)篩選出的H13模具鋼的表面進行清洗、磨光預處理；

　　[0009] 3)充氮氣：將經步驟2)預處理的H13模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空后 通入氮氣復壓，并保持正壓；

　　[0010] 4)加熱：向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至500~ 530°C，保持氮勢為3. 8~4,保溫5~7小時，進入強滲階段；

　　[0011] 5)繼續加熱：向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升溫至 530~560°C，保持氮勢為0. 8~1. 2,保溫5~7小時，進入擴散階段；

　　[0012] 6)冷卻：經步驟5)加熱結束后，降溫至100°C時將H13模具鋼從真空式氣體氮化 爐中取出，冷卻至室溫。

　　[0013] 其中，步驟1)中，所述澤火回火工藝為：將H13模具鋼加熱至1030°C后澤火、 500°C回火，經澤火回火處理，使H13模具鋼的使用壽命更長。

　　[0014] 其中，步驟2)中，所述清洗、磨光預處理具體過程為：將經步驟1)篩選出的化3模 具鋼用丙酬清洗表面油污，然后對表面進行磨光處理。

　　[0015] 其中，步驟3)的具體過程為：將經步驟2)預處理的化3模具鋼放入真空式氣體氮 化爐中，抽真空至Imbar，W1.化A的流量通入氮氣復壓，并保持正壓。需要說明的是，所述 的正壓為稍大于正常大氣壓，使爐內不是負壓狀態。

　　[0016] 其中，步驟4)中，向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至 520~530°C，保持氮勢為3. 9,保溫6小時，進入強滲階段。

　　[0017] 其中，步驟5)中，向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升 溫至530~540°C，保持氮勢為1，并保溫6小時，進入擴散階段。

　　[001引其中，步驟6)中，所述的降溫W200°CA的速度進行降溫。

　　[0019] 其中，步驟6)的具體過程為1.化A的流量往真空式氣體氮化爐中通入氮氣，W200°CA的速度降溫至100°C時，將H13模具鋼從真空式氣體氮化爐中取出，冷卻至室 溫。

　　[0020] 氮化溫度越高，氮化時間越長，硬度有下降的趨勢，但滲層深度隨時間延長越來越 深，而氮化白層跟氮勢有密切關系。氮勢往往是采用Κη值來表示，通過氮化爐內的氨探頭 傳感器測量爐內氨氣含量，反饋至控制系統，計算出氮勢，通過氮勢來控制氮氣、氨氣、二氧 化碳的流量計流量，從而決定氮化層組織；通過選擇氮化溫度和氮化時間來控制氮化后所 需的表面硬度和滲層深度。

　　[0021] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：本發明的用于Η13模具鋼的氮化工藝，將Η13模具鋼澤火回火后做一個硬度篩選，使要氮化處理的模具鋼達到硬度的要求；清洗、磨 光預處理可W有效去除Η13模具鋼表面的污物，便于下一步的氮化處理；抽真空后充氮氣 并保持爐內正壓，排出爐內的空氣、氨氣等氣體，防止模具鋼的表面被氧化，同時防止爐內 的氨氣與氧氣高溫下反應發生爆炸，避免產生安全隱患；將Η13模具鋼放入真空式氣體氮 化爐中，分二個階段進行氮化處理，強滲階段和擴散階段，通過氮化溫度和氮化時間的控制 使材料的表面硬度、滲層深度、不良組織層等得到精確控制；其中，二氧化碳的通入，使其高 溫下分解的氧氣與氨氣分解得到的氨氣相結合生成水，有效縮短了氮化時間，從而有效控 制了滲層的厚度；控制降溫速度及降溫時間，使模具鋼的表面硬度均勻；本發明用于Η13模 具鋼的氮化工藝，使Η13模具鋼的表面硬度得到提高，有效控制Η13模具鋼氮化時產生的不 良組織，大大提高了模具的使用壽命，從而降低成本，減少報廢率。

　　【具體實施方式】

　　[0022] 下面通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。 陽〇2引 實施例1

　　[0024] 一種用于H13模具鋼的氮化工藝，包括W下步驟：

　　[00巧]1)H13模具鋼經澤火回火工藝后進行硬度篩選，控制澤火回火工藝參數為：澤火 回火工藝為：將H13模具鋼加熱至1030°C后澤火、500°C回火，篩選出奧氏體含量為5%的 H13模具鋼；

　　[00%] 2)將經步驟1)篩選出的H13模具鋼用丙酬清洗表面油污，然后對表面進行磨光處 理；

　　[0027] 3)將經步驟2)預處理的H13模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空至Imbar， W1.化A的流量通入氮氣復壓，并保持正壓；

　　[0028] 4)向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至520~530°C，保 持氮勢為3. 9,保溫6小時，進入強滲階段；

　　[

　　0029] 5)向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升溫至530~ 540°C，保持氮勢為1，并保溫6小時，進入擴散階段；其中，加熱是采用福射式加熱，通過爐 內氣體為介質傳導熱量，且在爐膽外側裝有循環風扇，保證爐內氣流呈層流狀態；

　　[0030] 6)經步驟5)加熱結束后，W1.化A的流量往真空式氣體氮化爐中通入氮氣，W 200°CA的速度降溫至100°C時，將H13模具鋼從真空式氣體氮化爐中取出，冷卻至室溫。 陽0川 實施例2

　　[0032] 一種用于1. 2367模具鋼的氮化工藝，包括W下步驟：

　　[0033] 1) 1. 2367模具鋼經澤火回火工藝后進行硬度篩選，控制澤火回火工藝參數為：將 1. 2367模具鋼加熱至1030°C后澤火、500°C回火，篩選出奧氏體含量為5%的1. 2367模具 鋼；

　　[0034] 2)將經步驟1)篩選出的1. 2367模具鋼用丙酬清洗表面油污，然后對表面進行磨 光處理；

　　[0035] 3)將經步驟2)預處理的1.2367模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空至 Imbar，W1.化A的流量通入氮氣復壓，并保持正壓；

　　[0036] 4)向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至520~530°C，保 持氮勢為3. 6,保溫6小時，進入強滲階段；

　　[0037] 5)向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升溫至530~ 540°C，保持氮勢為0. 8-1. 0,并保溫6小時，進入擴散階段；其中，加熱是采用福射式加熱， 通過爐內氣體為介質傳導熱量，且在爐膽外側裝有循環風扇，保證爐內氣流呈層流狀態；

　　[0038] 6)經步驟5)加熱結束后，W1.化A的流量往真空式氣體氮化爐中通入氮氣，W 200°CA的速度降溫至100°C時，將1. 2367模具鋼從真空式氣體氮化爐中取出，冷卻至室 溫。

　　[0039] 分別對化3模具鋼和1. 2367模具鋼材料做了氮化處理，對實施例1~2經氮化處 理的模具鋼材料的表面硬度、滲層厚度及不良組織情況進行檢測，實驗結果見表1。

　　[0040] 表 1 [0041 ]

　　[0042] 由表1可W看出，經本發明的氮化工藝處理后，H13模具鋼與1. 2367模具鋼的氮化 效果良好，并且氮化后耐磨性好，表面硬度均勻。H13模具鋼與1.2367模具鋼相比，侶（A1) 的含量相同，H13模具鋼中鋼（Mo)的質量分數為1. 1~1. 75 %，1. 2367模具鋼中鋼（Mo)的 質量分數為2. 7~12. 8%。其中，Mo的存在可W使澤火雙C曲線右移，所化含量越高其澤 火機械性能越高，故1. 2367模具鋼與H13模具鋼相比，氮原子結合力更強，氮化效果更好， 故保證氮化組織效果，1. 2367模具鋼的氨氣通入量比H13模具鋼的氨氣通入量少，使Κη值 低0. 2-0. 6即可W達到國際標準。因此，本發明的氮化工藝同樣可W用于1，2367模具鋼的 氮化處理。

　　[0043] 另外，模具鋼工件的氮化效果主要取決于工件中Α1、Mo的含量，經過試驗證明，工 件中的A1元素含量每少0. 1 %，氮化處理時所需的Κη值須下降0. 15,否則容易產生脈狀組 織和白亮層等不良組織。

　　[0044] 申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程， 但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細 工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進， 對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的 保護范圍和公開范圍之內。

　　【主權項】

　　1. 一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，包括以下步驟： 1) 硬度篩選：H13模具鋼經淬火回火工藝后進行硬度篩選，篩選出奧氏體含量低于5% 的H13模具鋼； 2) 預處理：將經步驟1)篩選出的H13模具鋼的表面進行清洗、磨光預處理； 3) 充氮氣：將經步驟2)預處理的H13模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空后通入 氮氣復壓，并保持正壓； 4) 加熱：向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至500~530°C， 保持氮勢為3. 8~4,保溫5~7小時，進入強滲階段； 5) 繼續加熱：向真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升溫至 530~560°C，保持氮勢為0. 8~1. 2,保溫5~7小時，進入擴散階段； 6) 冷卻：經步驟5)加熱結束后，降溫至KKTC時將H13模具鋼從真空式氣體氮化爐中 取出，冷卻至室溫。2. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟1)中，所 述淬火回火工藝為：將H13模具鋼加熱至1030°C后淬火、500°C回火。3. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟2)中，所 述清洗、磨光預處理具體過程為：將經步驟1)篩選出的H13模具鋼用丙酮清洗表面油污，然 后對表面進行磨光處理。4. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟3)的具 體過程為：將經步驟2)預處理的H13模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空至lmbar，以 1. 5L/h的流量通入氮氣復壓，并保持正壓。5. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟4)中，向 真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，加熱升溫至520~530°C，保持氮勢為3. 9， 保溫6小時，進入強滲階段。6. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟5)中，向 真空式氣體氮化爐中通入氮氣、二氧化碳、氨氣，繼續加熱升溫至530~540°C，保持氮勢為 1，并保溫6小時，進入擴散階段。7. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟6)中，所 述的降溫以180~220°C/h的速度進行降溫。8. 根據權利要求1所述的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，其特征在于，步驟6)的具 體過程為：以1. 5L/h的流量往真空式氣體氮化爐中通入氮氣，以200°C/h的速度降溫至 100°C時，將H13模具鋼從真空式氣體氮化爐中取出，冷卻至室溫。

　　【專利摘要】本發明公開了一種用于H13模具鋼的氮化工藝。本發明的一種用于H13模具鋼的氮化工藝，包括以下步驟：將H13模具鋼經淬火回火工藝后進行硬度篩選；對H13模具鋼的表面進行清洗、磨光預處理；將H13模具鋼放入真空式氣體氮化爐中，抽真空后通入氮氣復壓，并保持正壓；強滲階段、擴散階段兩個階段升溫并保溫一段時間；冷卻階段后完成氮化處理。本發明的用于H13模具鋼的氮化工藝，有效控制H13模具鋼氮化時產生的不良組織，大大提高了模具的使用壽命，從而降低成本，減少報廢率。

　　【IPC分類】C23C8/26, C21D1/18

　　【公開號】CN105369189

　　【申請號】CN201510852056

　　【發明人】張晨, 權仁澤

　　【申請人】太倉久信精密模具股份有限公司

　　【公開日】2016年3月2日

　　【申請日】2015年11月30日