表面处理对热作模具钢使用性能的影响

介绍了90年代日本热处理技术协会热作模具钢表面改性研究委员会的研究工作，日立金属，大同特殊钢，高皮等公司的技术人员对比研究了不同的渗氮，软氮,以氮共渗，PVD，EDM，喷丸及复合表面处理后的SKD61模具钢的溶损，磨损和热疲劳性能，不同表面处理普遍提高了模具钢抵抗溶损和磨损的性能，PVD，氧化处理和硫氮共渗对溶损的改善非常有效，常温磨损试验表明，表面处理有时降低了耐磨性，由于影响模具钢热疲劳性能的因素众多，表面处理对热疲劳影响非常复杂，不同试验条件实际反映了不同的工况，表面热处理改变了裂纹的萌生和发展特点。     

稀土对复合处理渗层热疲劳性能的影响

进行了稀土对４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶｌ钢硫氮碳共渗加氧化复合处理渗层热疲劳性能影响的研究结果表明，添加稀土的渗层比未添加稀土的热疲劳性能有显著提高。     

硫氮共渗齿轮的干摩擦特性试验研究

为进一步提高碳钢制齿轮的摩擦学性能,采用硫氮共渗处理技术对常用45钢齿轮进行处理,研究它在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。在室温下,不使用任何液体润滑剂进行齿轮的磨损试验,并对相同参数的45碳钢齿轮进行氮化、渗碳淬火、高频淬火和硫氮共渗+氮化的复合等不同表面处理。采用齿轮检测仪测量6种齿轮试验后轴间距离,并将其变化作为磨损量。采用摩擦磨损试验机测量各种表面处理的摩擦因数,并观察试验4 h后的6种齿轮的齿面状态。结果表明：相比其他表面处理技术,经硫氮共渗处理的齿轮磨损量明显较小,而表面硬度与其他处理相当或较低;硫氮共渗+氮化复合表面处理的磨损量最低;硫氮共渗形成的硫化物层厚度约为1 μm,远低于试验4 h后的磨损量,但是硫化物层磨损后润滑作用仍然存在。因此,硫氮共渗+氮化复合表面处理可有效改善碳钢齿轮在常温空气中的固体润滑性能。     

表面软氮化处理对SKD61热作模具钢热熔损性及热疲劳性能的影响

对日本常用的热作模具钢SKD61(相当于H13钢)进行气体软氮化处理,研究氮化处理对热作模具钢微观组织、热熔损性能及热疲劳性能的影响。试验选用传统型A及低Si高Mo含量的改良型B热作模具钢为研究材料,进行热处理研究。结果表明:两种热作模具钢经气淬及回火处理后,组织均为回火马氏体。氮化处理试片表面主要为Fe_3N与Fe_4N相,且在525℃回火处理后有二次硬化现象。改良型钢种比传统型更能抗铝熔损,且经580℃软氮化处理80 min后,能有效降低熔损率。B钢的抗疲劳性优于A钢,但软氮化处理并不能有效提升耐热疲劳性。     

4Cr5MoSiV1（H13）钢的气体氮碳共渗

为提高热作模具钢4CrSMoSiV1钢的耐磨性和热疲劳性能,对其进行氮碳共渗处理。试验表明,对于4Cr5MoSiV1钢,采用NH3和CO2作渗剂进行氮碳共渗,产品的质量比采用其他氮碳共渗工艺处理的更稳定,渗层表面硬度与气体渗氮层相接近。     

H13模具钢的热疲劳性能研究

对不同奥氏体化温度下处理的H13模具钢进行二次回火处理,研究热处理工艺对其热疲劳性能的影响。结果表明,H13模具钢采用1 080℃×15 min奥氏体化,经580℃×2 h二次回火处理后,可以获得良好的热疲劳性能。     

表面处理对铸铁材质热疲劳性能的影响

针对两种在热循环工况条件下工作的铸铁材质，试验、探索了表面处理（硅、铬共渗、氮化钛ＰＣＶＤ、化学镀镍）对其热疲劳性能的影响。结果表明，这些表面处理能不同程度地改善铸铁的热疲劳性能，其中尤以氮化钛ＰＣＶＤ最有效，化学镀镍次之，硅、铬共渗较差。     

H13热作模具钢的热处理工艺研究

对H13热作模具钢进行不同工艺的热处理,对其高温硬度、高温耐磨损性能、抗高温氧化性能和抗热疲劳性能进行研究。结果表明,分级退火和深冷处理有利于提高H13热作模具钢的高温硬度、高温耐磨损性能、抗高温氧化性能和抗热疲劳性能。采用分级退火并进行深冷处理可使H13热作模具钢的高温硬度增加14.2 HRC,磨损体积减少84.96%,单位面积质量增重减小74%。     

4Cr5MoSiV1钢挤压模具真空热处理工艺研究

分析了不同真空热处理制度对４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１模具钢的室温硬度、常规力学性能、高温硬度、高温力学性能及特种性能的影响。用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜和体视显微镜分析了该材料经不同真空热处理后的显微组织和热磨损、热疲劳的表面形貌,从而优选出合理的真空热处理工艺．经工业性生产试验表明,用优选的真主热处理工艺处理的挤压模具,综合性能好,组织均匀致密,耐磨性和热疲劳抗力高,变形小,无氧化、脱碳,模具使用寿命较常规热处理提高２～３倍以上。     

V/C对铸造热作模具钢热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验方法,研究了不同V/C对铸造热作模具钢热疲劳性能的影响,并对比研究了铸造热作模具钢和H13钢的热疲劳性能。结果表明,铸造热作模具钢的热疲劳属高周热疲劳,其热疲劳性能取决于钢的热强性和热稳定性。随着V/C增加,热疲劳抗力先增后减,当V/C比为3.0时,组织中析出了细小弥散的VC,改善了钢的热强性和热稳定性,热疲劳抗力最高。铸造热作模具钢的热疲劳性能明显高于H13钢。     

H13钢模具的表面强化技术

研究了低温化学热处理、高能束流表面处理等对H13钢表面性能及其模具寿命的影响。低温化学热处理主要介绍了离子渗氨、N-C共渗、N-C-V共渗、O-S-N共渗、S-N-C共渗、多元共渗表面强化技术，并指出了有利于提高H13钢热作模具寿命的较佳工艺参数；高能束流表面处理主要介绍了激光表面处理、高能束表面合金化及离子注入表面改性处理等技术及其最新进展。     

热作模具钢热疲劳性能的研究现状与发展趋势

针对热作模具钢(各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模)的工作型腔表面高于600℃时易产生热疲劳裂纹和热疲劳失效问题,综合分析了国内外热疲劳的研究现状及其发展,重点讨论热疲劳试验方法、影响热疲劳的因素、热疲劳性能的评价方法以及热疲劳裂纹萌生和扩展机理,提出一些提高热作模具钢热疲劳性能的措施,以及今后热疲劳性能研究和发展趋势.     

表面预处理和润滑条件对硫氮共渗35CrMo磨损性能的影响

目的提高35CrMo钻杆接头和对磨套管的耐磨性能。方法采用超声表面加工处理和硫氮共渗处理技术对钻杆接头常用的35CrMo钢进行处理,研究了超声表面预处理和润滑条件对其耐磨性能的影响。利用光学三维形貌仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别研究了试样的表面形貌、粗糙度、成分和相结构,采用环块磨损试验机在油基钻井液润滑和无钻井液润滑的条件下,考察了经过不同载荷超声表面加工预处理的35CrMo钻杆接头及其对磨套管的磨损性能。结果超声表面加工预处理可使35CrMo钢及其硫氮共渗处理后的表面粗糙度显著降低约80%以上。经超声表面加工预处理后,35CrMo钢硫氮共渗钻杆接头在油基钻井液润滑和干摩擦条件下的磨损率均进一步降低。在无钻井液润滑的条件下,500 N载荷超声表面加工预处理后,硫氮共渗35CrMo钢钻杆接头对磨油管磨损表面形貌的改善更显著,表面粘着和犁沟均减少。结论 35CrMo钢钻杆接头在硫氮共渗前采用超声表面加工进行预处理,可以获得更低的表面粗糙度和更高的表面硬度,在有无钻井液润滑条件下均可提高钻杆接头和套管的耐磨性能。     

热作模具钢热疲劳机理及性能改善的研究现状

热作模具钢的热疲劳性能是影响模具使用寿命的主要因素。对热作模具钢热疲劳性能的研究现状和评定方法进行了阐述,分析了组织演变、裂纹萌生和扩展对热疲劳性能的影响。同时对影响热疲劳性能的因素和改善热疲劳性能的方法进行了探讨和总结,并针对热作模具钢热疲劳研究的趋势进行了展望。     

表面处理对模具钢耐蚀性能的影响

将经过氧化、软氮化及喷砂等不同表面处理的热作模具钢(H13和EX1)试样浸入铝合金液进行熔损试验。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析仪(EDS)对试样表面结合界面进行显微组织观察和腐蚀产物成分分析。结合差式扫描量热(DSC)分析技术,监测反应过程中的热量变化,研究这三种常用表面处理工艺对压铸模具钢耐热铝侵蚀性能的影响。结果表明：氧化处理所形成的氧化层可以有效提高模具钢的耐热铝侵蚀性能,软氮化所形成的渗氮层则减弱了模具钢的耐热铝侵蚀性能,喷砂处理后表层的形变强化层及残余压应力基本不影响模具钢的耐热铝侵蚀性能。     

热作模具钢热磨损和摩擦系数的研究

用A.Thomas的试验方法,在相同的工况条件下,对比了6种热作模具钢的热塑性摩擦系数,以及润滑对摩擦系数的影响。同时还研究了模具钢的高温强度、延伸率、抗氧化性能与摩擦系数的关系。用失重法研究5种热作模具钢的热磨损次数与磨损量的对应关系。用金相、扫描电镜等手段,分析了经热磨损试样的端面硬度变化,磨损表面形貌和次表层组织的变化。     

超声表面加工和硫氮共渗复合处理对35CrMo钢表面性能的影响

为了同时减少钻杆接头和对磨套管的磨损,采用超声表面加工技术和硫氮共渗技术对钻杆接头材料35CrMo钢进行复合处理。利用光学三维形貌仪、扫描电子显微镜、EDS能谱仪、显微硬度计和X射线衍射仪分别研究了试样的表面形貌、粗糙度、成分、硬度和相结构,并在水基钻井液润滑条件下采用环块磨损试验机考察了35CrMo钢和套管对磨副的磨损性能。结果表明,超声表面加工可以使35CrMo钢和硫氮共渗复合处理改性层的表面粗糙度均显著降低,进一步提高硫氮共渗改性层硬度,显著改善35CrMo钢的耐磨性能,并使对磨副套管的磨损率明显降低,钻杆接头和套管的磨损表面形貌也得到显著改善。     

物理气相沉积Ti/TiN提高冷冲模具寿命研究

对Cr12MoV冷作模具钢表面进行了单一处理(PVD Ti／TiN)和双重处理(低温等离子氮化 PVD Ti／TiN),通过显微硬度、划痕和磨损试验综合分析了这两种不同处理涂层的摩擦学性能。而且,对PVD Ti／TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”进行应用试验。研究结果和应用试验表明：较单一处理,双重处理改善了涂层与基体界面的结合,显著提高了Cr12MoV钢的表面承载能力和耐磨性,PVD Ti／TiN涂覆的“控制臂翻边凸模”寿命提高了2倍多。     

锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响

采用不同的始锻温度、终锻温度和锻造比进行了H13热作模具钢试样的锻造试验,并进行了热疲劳性能和高温耐磨损性能的测试与对比分析,研究了锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响。结果表明:随着始锻温度从1050℃增加至1150℃、终锻温度从825℃增加至925℃,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后变大,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后变差;当锻造比从3增加至7,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后基本不变,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后基本不变。H13热作模具钢的始锻温度优选值为1125℃、终锻温度优选值为900℃、锻造比优选值为5。与始锻温度1050℃相比,1125℃始锻时,试样的热疲劳级别数值减小4级、高温磨损体积减小16×10^-3 mm³;与825℃终锻相比,在900℃终锻时,试样的热疲劳级别数值减小6级、高温磨损体积减小20×10^-3 mm³;与锻造比为3时相比,锻造比为5时,试样的热疲劳级别数值减小2级、高温磨损体积减小6×10     

3Cr2W8V钢碳锰氮复合渗

用金相、电子探针、X射线衍射、显微硬度和磨损等试验方法，分析了3Cr2W8V热作模具钢固体碳锰氮复合渗的渗层组织结构及性能，结果表明，该复合渗表面强化工艺可有效地提高模具钢的硬度与耐磨性。生产应用结果表明，可使模具使用寿命提高一倍左右．