模具钢材H13的表面改性工艺

㈠表面低温化学热处理

常用工艺有软氮化、三元共渗及多元共渗等。

⒈N—C共渗(软氮化)

HI3钢中有较多的Cr、Mo等元素，软氮化时能在表层生成稳定的C、N化合物并弥散分布，有利于提高HI3钢热作模具的耐蚀性、抗粘结性及抗热疲劳性能，此外，这种化合物韧性好且耐磨，可减少模具表面的磨损。离子氮化时渗氮化合物中e相韧性低，膨胀系数大，对热疲劳性能产生不利影响，软氮化则能避免此缺点。

⒉N—C共渗

N-C共渗由于时间短，效果好，工艺较成熟而应用广泛。实践证明，H13钢盐浴法S、N、C共渗较适宜的温度为570℃ ，时间为3 h，表面硬度> 950 HV，渗层致密，抗粘结性、耐蚀性及抗热疲劳性能均较好。H13钢在S-N—C共渗时，若加入适量稀土，可使渗层硬度提高，厚度增加，组织更加致密。

⒊多元共渗

比较典型的多元共渗工艺为C、N、O、S、B五元共渗。H13钢经五元共渗后，在工件表面形成硼化物、碳化物和氮化物，起弥散强化作用，使工件表层的硬度明显提高，扩散层则渗入了氮和碳，硬度有所提高。对比试验表明，五元共渗的硬化效果比气体渗氮和S、C、N三元共渗都好，虽然热疲劳裂纹起源较早，但不向纵深扩展，因而改善了热疲劳抗力。广东某公司为多家铝型材厂生产处理热挤压模具，挤压模多采用H13钢制造，早先使用普通渗氮工艺，效果不尽人意，后改用C、N、O、S、B多元共渗，模具的耐磨性、热疲劳抗力等性能均得到大幅度提高，使用寿命提高5～6倍，取得了良好的技术经济效益。

㈡高能束表面处理

高能束处理特点：加热速度快，加热面积可根据需要选择，工件变形小，不需要冷却介质，处理环境清洁。

⒈激光表面处理

H13钢常规热处理后硬度为44HRC，经激光淬火，由于得到以超细化高密度位错型马氏体为主的组织，以及激光加热后自回火过程中析出弥散碳化物，使得淬硬层硬度、抗回火稳定性、耐磨性及抗蚀性均显著提高，表面硬度高达62HRC。激光熔覆技术通过在模具表面覆盖一层熔覆材料，以改善表面性能 。在H13钢表面熔覆一层Co基合金(> 40%Co+多量Cr、Ni等元素)，可得到比H13钢好得多的高温硬度、热疲劳抗力及抗循环软化能力。

⒉高能束表面合金化

对于HI3钢模具，尤其铝合金压铸模，可以先在电弧离子镀设备上沉积一层铝膜，然后采用电子束辐照处理技术，在真空条件下对模具表面进行15次轰击处理，使在模具表面产生约10μm左右的致密氧化膜。这样可有效地改善模具表面的抗氧化能力、热疲劳抗力、耐磨性等性能。

㈢复合处理

Rodriguez—BaracaldoR等人一 对H13钢进行了两种表面改性处理，一种是在基体上直接PVD沉积TiMN涂层，另一种则先在基体上进行气体氮化处理，然后进行PVD沉积TiAIN涂层，形成复合层。研究表明：复合层的耐磨性能最好，单一氮化物涂层的耐磨性能较单一TiA1N涂层好，前者比后者约高5倍左右。

Sang Yul Lee对HI3钢先进行等离子氮化处理，然后进行非平衡磁控溅射，制备了3种复合涂层：TiN、CrN、TiN／CrN。研究表明：TiN ／CrN复合涂层的硬度最高，为36GPa；TiN为26GPa；CrN为22GPa。同时，TiN／CrN复合涂层的粘附性能、550℃时的冲击性能均较其它两种复合涂层好。