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。可以看出，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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