退氮处理对H13模具钢渗氮层组织与性能的影响

山东山推工程机械有限公司履带底盘分公司 （济宁 272023） 陈云龙 马 强 刘云峰

H13钢是一种重要的热作模具钢，具有优良的热强性、塑韧性、抗氧化性及热疲劳抗力。为了提高模具的表面硬度、耐腐蚀、抗粘结等性能，通常需要对其进行表面渗氮处理，在保持模具心部原有强度和韧性的同时，能有效提高模具的表面强度，对提高工件的使用寿命具有重要意义。

我公司采用离子渗氮技术对履带链轨节用H13模具进行渗氮处理，模具使用寿命提高近30%。由于模具需要多次翻新使用，氮化处理后的表面高硬度给翻新加工带来巨大的困难，需要对渗氮模具进行退氮处理。为了研究退氮工艺参数对退氮效果的影响，对渗氮处理后的H13模具钢进行了退氮试验。

1.试验材料及方法

试验所用试样直接从已热处理完毕的H13模具钢上切取，尺寸均为20mm×20mm×10mm，试样表面经预磨抛光和清洗除油，保证渗氮面的平整光洁。在LDMC－75F型辉光离子氮化炉中对试样进行离子氮化处理，介质采用纯氨，渗氮温度为500℃，渗氮时间为10h，渗氮压力为300Pa。

在箱式炉中分别采用不同保温温度和时间对渗氮试样进行退氮处理，空冷冷却，最后一组试样随炉冷却。处理完毕后利用显微硬度计对渗氮试样进行表面硬度和渗氮层硬度梯度的测定（载荷砝码300g，加载12s），在带图像分析仪的光学显微镜上进行试样的组织观察，并与原始渗氮件进行对比。

2.试验结果及分析

（1）退氮温度和时间对表面硬度的影响 图1为不同温度和时间下退氮处理后表面硬度对比。可以看出，在高于570℃的温度退氮处理后表面硬度均有不同程度的下降；温度越高，硬度下降越多；随时间增加，硬度从2～5h硬度下降明显，5h以后硬度变化趋小；温度的影响要比时间大，630℃×2h处理的效果比570℃×8h效果更显著。另外，可以看出保温8h后空冷和炉冷试样表面硬度变化相差不大，说明冷却方式对退氮后表面硬度影响不大。

图1 不同温度和时间退氮处理后表面硬度对比

（2）退氮温度和时间对渗层硬度梯度的影响 图2是不同温度在不同时间下渗层的硬度梯度分布。从梯度的变化可以看出，退氮处理后试样表层硬度下降明显，相比原始渗氮试样，渗氮层的硬度梯度更加平缓，渗层厚度有所增加。

对于570℃和590℃处理的试样，从距表面0.25mm向里，其硬度的下降有所缓和，并超过了处理前渗氮的硬度值。退氮不仅使氮原子向外扩散，且伴随着向内扩散，表层硬度下降的同时，渗层内部硬度增加。对于610℃和630℃，渗氮层0.25mm以后的硬度都低于了原渗氮试样，虽然氮原子向内扩散，但由于加热温度高于试样回火温度，使基体软化，导致渗层硬度下降。

图2 不同温度在不同时间下渗层的硬度梯度分布

（3）退氮处理后渗层组织的变化 图3为退氮后渗氮层金相组织。可见扩散层和基体组织间有一条明显的过渡层。对渗层部位1在500倍下观察可看出扩散层的脉状氮化物均已扩散分解成粒状。由于在箱式炉中退氮，渗层表面有明显的脱氮氧化现象（见部位2）。

图3 退氮后渗氮层金相组织

3.渗氮模具退氮处理后的加工情况

渗氮模具直接翻新时，由于渗层硬度高，容易出现铣刀折断和严重的磨损；而且采用低刀具转速、低进给量的方式加工，效率大幅下降。根据试验结果，在保证基体硬度的前提下，采用保温温度610℃、保温时间5h的工艺对渗氮模具进行了退氮处理，在高速铣床上对退氮模具进行了加工试验。结果表明：退氮处理后，加工性能相比未退氮模具有了极大的改善，试验过程中没有发现折刀现象，磨损情况较为理想。

4.结语

（1）高于570℃的温度退氮处理后表面硬度均有不同程度的下降。在保证基体硬度满足要求的条件下，退氮处理可使表面硬度由处理前的1000HV以上最低降至700HV左右。

（2）退氮处理后，试样表层硬度下降明显，相比原始渗氮试样，渗氮层的硬度梯度更加平缓。另外，退氮对渗氮层组织也产生较大影响。

（3）实际加工生产表明，退氮处理后，渗氮模具的翻新加工性能有了明显的改善。