H13钢气体氮化工艺参数的优化

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1、鞠慧等：Ｈ１３钢气体氮化工艺参数的优化４０５＊Ｈ１３钢气体氮化工艺参数的优化鞠慧１，２，李落星１，２，王群２，刁金鹏２（１．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙４１００８２；２．湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８２）摘要：运用正交试验法，研究Ｈ１３钢气体渗氮工水乙醇清洗，去除试样表面氧化皮及油污。最终将处艺。以获得较高表面硬度和渗层厚度为依据，分析影理好的试样装入气体渗氮炉中进行渗氮处理，渗氮介响渗氮层结构和性能的主要工艺因素，确定出最佳工质为氨气。艺参数。采用光学显微镜及Ｘ射线衍射研究渗氮层渗氮前回火温度（Ａ）、氮化温度（

2、Ｂ）、氮化时间（Ｃ）的组织结构，采用显微硬度计测定化合物层的显微硬及氨气分解率（Ｄ）作为本次实验的４个变化因素，每个因素取３个水平，从而制定出四因子三水平Ｌ（３４）度。结果表明，影响渗氮层硬度和厚度的主要因素是９渗氮温度和氨气分解率，最大渗层厚度为２４４．３μｍ，最方案，如表１所示。大显微硬度为１２１２．６Ｈｖ；最佳氮化工艺为：渗氮前表１Ｈ１３钢气体氮化工艺因素水平表５６０℃回火，氮化温度５３５℃，氮化时间１５ｈ，氨气分解Ｔａｂｌｅ１Ｌｉｓｔｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｎｄｌｅｖｅｌｆｏｒｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏ－率５０％。ｎａｌｔｅｓｔｏｆｇａｓｎｉｔｒｉ

3、ｄｉｎｇＨ１３ｓｔｅｅｌ关键词：Ｈ１３钢；气体氮化；正交试验；工艺参数ＡＢＣＤ中图分类号：ＴＧ１５６．８＋２文献标识码：Ａ水平氮化前回火氮化温度氮化时间氨气分解率文章编号：１００１－９７３１（２０１１）增刊Ⅲ－０４０５－０３温度（℃）（℃）（ｈ）（％）１３５０５１５１０５０１引言２５６０５３５１２３３Ｈ１３钢是普遍使用的强韧兼具的热作模具钢，具３６００５５５１５４３［１］有高的淬透性和抗热裂能力。但其在工作条件下工２．２样品的性能及表征作面易磨损，抗铝粘着性差，使用寿命短，表面改性技用蔡司金相仪观察渗氮层显微结构；用４０１ＭＶＡ术的发展为解决这一难题提

4、供了可能［２，３］。采用表面型显微硬度计测试渗氮层显微硬度，试验载荷为渗氮技术来改善模具材料表面质量是常用的一种低成１００ｇ，压力保持时间为１０ｓ。每个试样均测试７个点，本、方便实用的处理方法［４，５］。每个点读数３次，然后取平均值；用金相法测量渗氮层渗氮处理质量的影响因素很多，影响也很复杂，渗厚度，每个试样测试５个位置，然后取平均值。采用氮前的热处理状态对渗氮后组织与性能也有一定影ＳＩＥＭＥＮＳＤ５０００型Ｘ射线衍射仪对氮化表面进行相响［６－１０］，相关的文献大多集中在固定其它参数，研究某分析，阳极靶为Ｃｕ靶，扫描角度从１０～９０°，管压一参数对指标

5、的影响，或者是渗氮前处理和渗氮过程３５ｋＶ，管流３０ｍＡ，积分时间０．２ｓ，采样间隔０．０２ｓ。的参数分开研究，由此得出优化参数。由于参数间的３结果与讨论交互作用，当其它参数变化时，优化参数就不再是较优参数。因此，必须综合考虑参数对指标的影响，本文采３．１试样外观特征用正交试验方法，研究了渗氮前回火温度、氮化温度、从试样外观看，气体渗氮层为银灰色，表面没有烧氮化时间、氨气分解率对Ｈ１３钢渗氮层厚度及显微硬伤、碰伤、起包及剥落现象，证明试样外观质检是合格度的影响。通过对各因素水平的极差计算和分值分的。析，分析并确定最佳工艺参数。３．２正交试验结果图１为Ｈ

6、１３钢、９号样品Ａ３Ｂ３Ｃ２Ｄ１经气体氮化后２实验的典型金相组织。从图１中可以看出，从外向内的组织依次为气体氮化层、心部调质组织。采用金相法，在显２．１试样的制备微图像上用显微测微尺直接对渗氮层厚度进行测量。以淬火态的Ｈ１３钢为原材料，线切割成尺寸为表２为经正交试验制备渗氮样后，渗层的硬度与厚１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ的试样。在箱式电阻炉中进行度结果。对表２进行分析，得出正交优化试验硬度分析回火，采用ｍ（铸铁屑）∶ｍ（木炭）∶ｍ（砂子）＝２∶２∶和厚度分析计算表，如表３所示，表中极差Ｒ和方差Ｓ１的填充剂，将试样埋于铁盒中加热，防止氧化脱碳。越大，表明

7、因子对试验指标的影响越大，越为重要。将试样用１５００号金相砂纸打磨后，经酸洗、水洗及无＊基金项目：湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题资助项目（６０８７０００５）；教育部长江学者与创新团队发展计划资助项目（５３１１０５０５００３７）；湖南省杰出青年基金资助项目（０９ＪＪ１００７）；国家科技支撑计划重点资助项目（２００７ＢＡＥ３８Ｂ０４）收到初稿日期：２０１０－０７－２０收到修改稿日期：２０１０－１０－０４通讯作者：李落星作者简介：鞠慧（１９８７－），女，山东泰安人，在读硕士，师承李落星教授，从事热作模具钢热处理及表面工程研究。４０６２

8、０１１年增刊Ⅲ（４２）卷度及硬度的影响。考查两指标随因素水平的变化规律及幅度，综合分析得出，Ｈ