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退氮處理對滲氮模具的翻新加工有明顯的改善作用.

退氮處理對滲氮模具的翻新加工有明顯的改善作用

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,需要對滲氮模具進(jìn)行退氮處理。為了研究退氮工藝參數(shù)對退氮效果的影響,對滲氮處理后的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)對滲氮試樣進(jìn)行表面硬度和滲氮層硬度梯度的測定(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)行對比。


2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)退氮溫度和時(shí)間對表面硬度的影響

圖1為不同溫度和時(shí)間下退氮處理后表面硬度對比??梢钥闯?,在高于570℃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以后硬度變化趨小;溫度的影響要比時(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空冷和爐冷試樣表面硬度相差不大,說明冷卻方式對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比


(2)退氮溫度和時(shí)間對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圖。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。


對于570℃和590℃處理的試樣,從離表面距離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,而且伴隨著向內(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。


(a)

(b)

(c)

(d)

圖2  不同溫度在不同時(shí)間下滲層的硬度梯度分布圖


(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。可見擴(kuò)散層和基體組織間有一條明顯的過渡層。對滲層部位1在500倍下觀察可已看出擴(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)銑刀的折斷和嚴(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,效率大大下降。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的工藝對滲氮模具進(jìn)行了退氮處理,在高速銑床上對退氮模具進(jìn)行了加工試驗(yàn)。結(jié)果表明:退氮處理后,加工強(qiáng)度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)試驗(yàn)工藝條件下退氮處理后,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有了明顯的改善。

作者:陳云龍、馬強(qiáng)、劉云峰

單位:山東山推工程機(jī)械有限公司履帶底盤分公司

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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