壓鑄模是壓鑄生產(chǎn)過(guò)程使用的重要工藝設(shè)備，對(duì)鑄件的成型質(zhì)量有重要影響，壓鑄模的質(zhì)量影響鑄件的強(qiáng)度、表面質(zhì)量等方面。由于液態(tài)合金在高溫高速下進(jìn)入型腔，對(duì)模具零件造成沖擊，壓鑄模對(duì)耐磨性、耐蝕性、強(qiáng)度等均有較高的要求。優(yōu)良的模具不僅可以減少更換的頻率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，還有利于成型優(yōu)良的鑄件，因此如何提高壓鑄模的質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命是實(shí)際生產(chǎn)與研究中需要解決的重要問(wèn)題。

　　HHD鋼是高淬透性的新型熱作模具鋼，具有良好的淬透性，能得到10~20nm碳化物在低碳板條馬氏體晶間呈層狀結(jié)構(gòu)和抗高溫氧化的致密氧化膜的強(qiáng)韌化組織。軟氮化工藝因提高壓鑄模零件耐磨性和耐蝕性而得到廣泛應(yīng)用，用于機(jī)械結(jié)構(gòu)零件或模具零件的表面處理。軟氮化是通過(guò)各種化學(xué)或物理手段使材料表面共同滲入碳、氮原子的過(guò)程。經(jīng)過(guò)軟氮化處理的表面滲層組織的硬度、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異，但對(duì)于壓鑄模零件軟氮化的體系研究還較少，現(xiàn)主要研究軟氮化處理溫度對(duì)壓鑄HHD鋼的性能影響。

　　1試驗(yàn)方案

　　采用不同的軟氮化和軟氮化加氧化處理工藝與參數(shù)對(duì)HHD模具鋼進(jìn)行表面滲氮處理，如表1所示。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1軟氮化溫度對(duì)HHD鋼滲層厚度與硬度影響

圖1 不同軟氮化溫度的滲層厚度

　　由圖1可以分辨HHD鋼基體和軟氮化滲層與基體間的過(guò)渡層，在相同的處理時(shí)間內(nèi)，對(duì)試樣的鹽浴溫度進(jìn)行分組，鹽浴溫度相隔20℃，通過(guò)4組截圖可以看出，隨著處理溫度的升高，4組試樣的滲氮層厚度逐漸增加。當(dāng)滲氮溫度達(dá)到590℃時(shí)(試樣4)，滲氮層與基體中出現(xiàn)了一條亮白色的過(guò)渡層(見圖1(d))，此時(shí)試樣滲層厚度最寬，過(guò)渡區(qū)最寬。

圖2 不同軟氮化溫度的硬度分布

　　硬度是模具鋼軟氮化處理的重要指標(biāo)之一，該試驗(yàn)滲層硬度是由表面向基體方向進(jìn)行變化，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，590℃溫度處理工藝條件下試樣表面硬度最高，可達(dá)1605HV，而530℃處理溫度條件下的試樣表面硬度最低，為1145HV，570℃處理溫度下試樣表面硬度為1362HV。通過(guò)對(duì)4組試樣的過(guò)渡區(qū)和基體硬度的測(cè)試及表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)，590℃溫度處理工藝條件下試樣過(guò)渡區(qū)硬度最高，基體硬度最低，滲氮層厚度最厚，而530℃處理時(shí)，過(guò)渡區(qū)硬度最低，滲氮層厚度最薄，基體硬度最大。

　　根據(jù)圖2測(cè)試結(jié)果表明，4種處理工藝試樣硬度隨測(cè)試深度的增加而減小，在距離表面85~115μm處550℃的硬度相較于其他3種工藝高，其他3種工藝處理的硬度大小依次為530、570、590℃處。相對(duì)基體此時(shí)的滲氮溫度相當(dāng)于對(duì)基體進(jìn)行回火，回火導(dǎo)致HHD鋼硬度降低。

圖3 120min軟氮化溫度對(duì)滲層沖擊韌性的影響

　　試驗(yàn)中還測(cè)試了軟氮化溫度對(duì)滲層及滲層下基體沖擊韌性的影響，測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示(Matrix指未經(jīng)軟氮化的基體)。圖3所示結(jié)果表明，軟氮化處理在530~590℃，處理溫度的提高能較小幅度地提升滲層的沖擊韌性，但經(jīng)軟氮化處理的試樣的沖擊韌性低于未經(jīng)軟氮化處理的HHD鋼。

圖4 120min軟氮化溫度對(duì)基體心部沖擊韌性的影響

　　圖4所示為軟氮化溫度對(duì)HHD鋼基體心部沖擊韌性的影響，根據(jù)圖4中曲線可知，對(duì)于HHD鋼在530~590℃進(jìn)行120min的軟氮化處理后，基體心部的沖擊韌性有所提高;在570℃時(shí)出現(xiàn)峰值，而后在590℃時(shí)沖擊韌性有所下降，但高于530℃和550℃，這同樣是由于軟氮化處理相當(dāng)于對(duì)基體進(jìn)行了回火處理所導(dǎo)致的沖擊韌性下降。

　　2.2軟氮化處理溫度對(duì)HHD鋼抗熱疲勞性能影響

圖5 經(jīng)500次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后裂紋

　　圖5所示為經(jīng)500次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后軟氮化工藝對(duì)HHD鋼表面熱疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展影響。從圖5可以看出，試樣1表面存在13條微裂紋，裂紋寬度為2~5μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約120μm;試驗(yàn)2表面存在8條微裂紋，但裂紋寬度較大，為4~7.2μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約216μm;試樣3表面存在7條微裂紋，裂紋寬度較小，在2~3μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約127μm;試樣4表面存在6條微裂紋，裂紋寬度約3μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度最長(zhǎng)，約290μm。

圖6 經(jīng)1000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后的裂紋

　　圖6所示為4種試樣經(jīng)1000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后軟氮化工藝對(duì)HHD鋼表面熱疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展的影響，相較于500次疲勞循環(huán)形貌，經(jīng)1000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后預(yù)制缺口表面裂紋有較大延伸與擴(kuò)展。試樣1表面存在8條裂紋，裂紋寬度約為10μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約260μm;試樣2表面存在7條裂紋，裂紋寬度約為10μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約870μm;試樣3表面存在7條裂紋，裂紋寬度約14μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度最長(zhǎng)，約為1005μm;試樣4表面裂紋呈網(wǎng)狀形貌分布于預(yù)制缺口周圍，約8條，但裂紋寬度較小，約9μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約830μm。

圖7 經(jīng)2000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后裂紋

　　圖7所示為4種試樣經(jīng)2000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后軟氮化工藝對(duì)HHD鋼表面熱疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展的影響。從圖7可以看出，試樣1裂紋尺寸持續(xù)增大，表面存在8條主裂紋，但長(zhǎng)度相對(duì)較短，除最長(zhǎng)主裂紋約425μm，其余裂紋均小于300μm，裂紋寬度約15μm;試樣2表面存在10條裂紋，相對(duì)均勻分布于預(yù)制缺口周圍，寬度相對(duì)接近，約為16μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度相對(duì)于1000次熱疲勞循環(huán)試驗(yàn)后有小幅增加，裂紋長(zhǎng)度約950μm;試樣3表面存在8條裂紋，寬度約11μm，最長(zhǎng)裂紋長(zhǎng)度約750μm;試樣4表面存在一層較為嚴(yán)重的氧化皮，裂紋大部分被其覆蓋，裂紋寬度約10μm，最長(zhǎng)主裂紋長(zhǎng)度約685μm。

　　綜上所述，經(jīng)熱疲勞試驗(yàn)測(cè)試，得到不同軟氮化處理溫度下，不同熱疲勞循環(huán)次數(shù)后HHD鋼抗熱疲勞性能的優(yōu)劣順序，如表2所示。

　　2.3軟氮化處理溫度對(duì)滲層磨損性能的影響

圖8 120min不同氮化處理溫度對(duì)磨損的影響（+氧化處理）

　　對(duì)不同氮化處理溫度條件下HHD鋼試樣進(jìn)行高溫磨損試驗(yàn)，如圖8所示，隨著氮化處理溫度的提高，HHD鋼抗高溫磨損的能力逐漸提高。

圖9 軟氮化處理溫度對(duì)HHD鋼高溫磨損表面形貌影響

　　圖9所示為軟氮化處理溫度對(duì)HHD鋼高溫磨損表面的微觀形貌的影響。由圖9可知，經(jīng)高溫磨損試驗(yàn)后，試樣表面出現(xiàn)了層狀剝落;在530~590℃，隨著軟氮化溫度的升高，能夠降低剝落層的面積與犁溝的深度與數(shù)量。軟氮化處理溫度的提高可以提高HHD鋼耐高溫磨損性能，并隨著溫度的逐漸提高，HHD鋼的耐高溫磨損性能逐漸提高。