H13钢耐铝液腐蚀表面处理的研究进展

H13钢具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能,被广泛用于铝合金压铸模及挤压铸模。然而使用中常因H13钢耐铝液腐蚀性能不足,导致模具提前失效,并造成铝液污染。表面处理可显著提高H13钢的耐铝液腐蚀性能。目前对H13钢耐铝液腐蚀表面处理的研究主要集中于化学热处理及表面涂层。通过总结国内外的研究成果,分析了各种化学热处理技术及表面涂层工艺,对其制备、耐铝液腐蚀性能和应用情况等进行了阐述,同时也展望了提升H13钢耐铝液腐蚀性能表面处理的研究趋势。     

H13钢的表面处理技术

研究了H13钢的预先热处理工艺和离子渗氮工艺。结果表明，H13适宜的 预先热处理为1060℃淬火＋580℃回火，在550℃离子渗氮10h，表面硬度达920HV0．1，渗氮层深0．41mm。     

钨和H13钢的耐铝液腐蚀-磨损性能与机理EI北大核心CSCD

通过铝液中的静态腐蚀,高温下的摩擦磨损和铝液中的腐蚀-磨损试验,对钨和H13钢的耐铝液腐蚀-磨损性能和机理进行研究。结果表明:钨在铝液中的平均腐蚀速率约为H13钢的1/14,在高温下的摩擦磨损性能与H13钢的相当,在腐蚀-磨损条件下钨的材料损失率仅约为H13钢的1/24,远远优于H13钢的耐铝液腐蚀-磨损性能。在腐蚀-磨损过程中,试验材料均发生了磨粒磨损,而钨的腐蚀-磨损表面生成的产物起到了很好的保护基体材料的作用。腐蚀和磨损的交互作用是造成试验材料在腐蚀-磨损条件下材料损失急剧增大的主要原因。     

H13钢模具零件开裂原因分析

H13钢模具零件在使用过程中开裂为多块。为弄清开裂原因,通过宏观观察、扫描电镜及能谱分析、金相组织分析等方法对开裂零件进行了深入分析,结果表明:零件表面渗层呈网络状,导致脆性增加,在应力作用下,产生较多表面裂纹并逐渐扩展,最终导致零件开裂失效。为了减轻或消除零件表面网状渗层,可通过严格控制碳氮共渗工艺等途径加以解决。     

38CrMoAlA、40Cr钢经不同渗氮工艺处理后的性能研究

研究了38CrMoAlA和40Cr钢经气体渗氮、气体氮碳共渗、离子渗氮处理后渗氮层的组织、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能。试验结果表明，38CrMoAlA钢渗氮层的硬度及在3．5％NaCl溶液中的耐蚀性能高于40Cr钢，但抗摩擦磨损性能不如40Cr钢。依气体渗氮、气体氮碳共渗到离子渗氮的顺序，渗氮层的抗磨损性能逐次提高，但抗腐蚀能力逐次降低。从钢的化学成分、渗氮层的硬度和韧性出发，对38CrMoAlA和40Cr钢渗氮层的性能差异进行了分析与总结。     

H13钢热锻模具的真空热处理

根据实际生产,对H13热锻模具钢的真空淬火+回火和表面离子渗氮热处理工艺进行了探讨。结果表明:H13热锻模具钢经此工艺处理后,具有较高的硬度和热疲劳性能,延长了模具的使用寿命。     

稀土硼铝共渗在H13铝挤压模上的应用

采用膏剂法对Ｈ１３钢铝挤压模进行了稀土硼铝共渗应用的研究，并考察了共渗层的组织形态及相组成。研究结果表明，经稀土硼铝共渗的模具使用寿命提高２～３倍。     

预喷丸对H13钢气体渗氮行为的影响

采用质量增量分析、剖面金相分析和显微硬度测量等方法研究了预喷丸处理对H13钢气体渗氮动力学与渗氮层性能的影响。结果表明，预喷丸处理对H13钢气体渗氮有明显的催渗作用，这种催渗作用在白亮层尚未形成的渗氮初期最为明显，随着渗氮温度升高，预喷丸处理的催渗效果显著提高。试验数据还表明，预喷丸催渗所增加的氮原子一方面使渗氮层加深；另一方面使扩散层固溶氮浓度和／或氮化物沉淀相密度提高。测量表明，预喷丸催渗条件下形成的渗氮层的硬度明显高于普通气体渗氮。     

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。     

渗N对Q235钢耐铝液腐蚀性能的影响

为提高钢铁在铝液中的抗腐蚀性,对Q235钢进行表面渗N,并测量腐蚀质量损失、观察腐蚀形貌和腐蚀层物相分析,研究渗N对Q235耐铝液腐蚀性能的影响。结果表明,渗N层与铝液的润湿性较差,能减缓过渡层在铝液中剥落和溶解,使腐蚀形式由剥落腐蚀向均匀溶解转变,大幅度减缓钢基体的腐蚀速率。腐蚀时间小于3h,渗N层完整存在,能有效保护钢基体,提高了Q235钢的耐铝液腐蚀性能。     

渗硼处理对H13钢碳化铬覆层抗铝液侵蚀性能的影响

将未处理H13钢、热反应扩散(TRD)法渗铬试样及铬硼复合渗(TRD渗铬+TRD渗硼)试样浸入熔融铝液进行热浸铝试验。对渗铝试样截面进行显微观察及渗铝层定点成分分析。结果表明:相同热浸铝条件下,单一碳化铬覆层的浸铝层厚度与未处理H13钢相当,即单独渗铬并不能提升H13钢抗铝液侵蚀能力。而硼铬复合处理试样浸铝层厚度为单一碳化铬覆层的67%,渗硼处理的应用能够有效提高TRD碳化铬覆层抗铝液侵蚀能力。试样经热浸铝后渗铝层Fe-Al金属间化合物成分主要为Fe₂Al₅。     

表面机械研磨处理对H13钢离子渗氮行为的影响

采用SEM、TEM和显微硬度计等研究了H13钢表面经机械研磨处理后520℃离子渗氮行为.结果表明,经过机械研磨(SMA)处理后H13钢表层形成了一定厚度的变形层,该变形层的晶粒尺寸10～20 nm,表面硬度约800 HV0.2.在直流脉冲渗氮炉中经520℃离子渗氮5 h后,未SMA处理和经SMA处理后的渗氮层厚度分别为65 μm和115 μm,表明机械研磨处理对H13钢离子渗氮具有明显的催渗作用.     

铝合金液浸蚀对H13钢焊合表面的影响

将H13钢在680 ℃热铝合金液中浸蚀1、3和5 h后,对其形成的焊合表面的形貌、厚度和成分进行研究。结果表明,随着浸蚀时间的延长,表面从局部腐蚀扩展为全面腐蚀,表面过渡层平均厚度逐渐增加,5 h后厚度达到106 μm。随着与钢基体的距离增大,焊合表面Fe含量逐渐减少,Al含量逐渐增加,Fe、Al原子相互扩散生成金属间化合物层。     

H13热作模具钢的真空热处理

介绍了H13热作模具钢选用真空退火、真空油淬、真空气淬、真空回火的工艺特点,推荐了一些方法和技术参数以及适用炉型。     

H13和H11钢在A356铝合金热液中的静态浸蚀

研究了H13钢和H11钢在680 ℃热铝合金液中浸蚀1、3和5 h的腐蚀过程。结果表明：随浸蚀时间延长,两种钢均从局部腐蚀扩展为全面腐蚀,且钢材质量损失逐渐增大,但H13钢受浸蚀影响更大,当浸蚀5 h时,H13钢损失17.58 g,而H11钢仅损失2.68 g。两种材料的腐蚀均开始于α铁素体的位置,5 h后与铝合金界面均出现复合层过渡区,H13钢表面形成3重复合层形貌,且过渡区平均厚度为100 μm,H11钢表面形成两重复合层形貌,且过渡区平均厚度为210 μm。     

等离子喷涂强化H13钢铸铝压铸模实验研究

为解决H13钢铸铝压铸模普遍存在的抗热腐蚀能力差、强度低等问题,采用等离子喷涂工艺在H13钢基体上制备了Al2O3和Al2O3-TiO2两种硬质涂层。以喷涂电流、喷涂电压、喷涂距离为试验参数进行正交试验,采用MH-6型显微硬度仪和HSR-2M往复摩擦磨损试验机测试了涂层的显微硬度和磨损质量,通过对显微硬度的极差和方差分析,确定了影响涂层显微硬度的主次因素和显著因素,优化了喷涂工艺参数。结果表明,Al2O3-TiO2涂层的硬度982.0 HV,摩擦系数平均值为0.41～0.45,磨损量平均为0.89～0.93 mg;Al2O3涂层的硬度1446.2 HV,摩擦系数平均值为0.32～0.35,磨损量平均为0.58～0.62 mg。Al2O3涂层的性能较好,优化工艺参数为:电流为600 A,电压为65 V,喷涂距离为110 mm,预热温度为200℃。     

喷射成形H13钢的抗氧化性

分别在600、650和700 ℃温度下对喷射成形H13钢循环加热100 h,通过XRD、SEM、EDS、称量增重等方法分析了喷射成形H13钢氧化膜的物相类型,氧化层形貌,元素分布和质量变化规律。结果表明,经过100 h保温后,试样表面形成了两层氧化膜,外层氧化膜主要由Fe2O3和Cr2O3组成,组织疏松,有较多孔洞;内层氧化膜是尖晶石结构的NiCr2O4/NiCrO4化合物,组织致密不易脱落,有效阻碍了O2和合金元素的扩散。与铸造H13相比,喷射成形H13钢具有更好的抗氧化性能。     

Microstructures and properties of Co-based alloy coatings prepared on surface of H13 steel

The Co-based alloy coatings had been prepared by laser cladding and vacuum fusion sintering. Microstructures of the coatings were investigated and the performance of thermal cycling was also tested using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The results show that the coatings and substrates combine well. The main phase compositions of laser cladding coating are γ-Co, Cr23C6 and Ni2.9Cr0.7Fe0.36, while vacuum fusion sintering coating consists of Co, Cr7C3 , and Ni2.9Cr0.7Fe0.36. After thermal cycling, the minimum hot cracking width of laser cladding coating is 14 μm; moreover, laser cladding coating maintains high hardness and hot-cracking susceptibility. Those are beneficial to high temperature wear resistance of hot work dies.     

Nitriding of an H13 die steel in a dual plasma reactor

The performance of a dual plasma reactor in nitriding a H13 steel was investigated and compared to other nitriding methods applied to this material. The aim was to explore the advantages of combining a weakly ionized plasma unit and a postdischarge plasma reactor to process this material. Samples of H13 were nitrided at 500, 550, and 600 °C for times ranging between 5 to 10 h. The hardness distributions obtained revealed a substantial advantage of the present method over conventional gas nitriding and some improvement over other plasma-assisted methods, especially in the development of smooth profiles. This was attributed mainly to enhanced diffusion provided by the postdischarge flow. The evolution of hardness as a function of time and temperature displayed an aging type of behavior that was related to the formation and growth of CrN as the hardening phase.     

Effects of molten aluminum on H13 dies and coatings

The effects of molten aluminum casting alloy A390 on a commercially heat treated H13 die steel and two wear-resistant coatings, Cr₂₃C₆ and TiN, were investigated by an accelerated corrosion test. The H13 steel suffered severe corrosion due to the rapid formation of intermetallic compounds. The formation of multilayer intermetallic compounds and the simultaneous dissociation of the intermetallic compound τ6 (Al₄FeSi) were attributed to the fast dissolution of H13 steels into the melt. This dissolution of the H13 steel was accelerated dramatically by turbulence and an increase in melt temperature. Significant improvement in corrosion resistance was achieved for the H13 steel coated by Cr₂₃C₆ via a pack cementation process.