盐浴氮碳共渗工艺在热作模具8407钢上的应用
周鼎华

8407钢是瑞典牌号，是铬、钼、钒合金工具钢。8407是采用特殊炼钢技术和严密质量控制得到的纯度高而且组织细微的钢材，8407的等向性（各向同性）要比一般传统炼制的H13更佳。这对于模具的抗机械疲劳及热应力疲劳性能更具有价值。如压铸模具、锻造模具及挤压模具等。因此采用8407的模具硬度可比普通H13提高1～2HRC而不会牺牲韧性。硬度高可以减缓热龟裂的发生，提高模具寿命。8407钢符合北美压铸协会（NADCA）#207-90压铸模具用高级H13钢材规范。
下面简要介绍热作模具钢8407的热处理工艺，重点介绍表面处理工艺，特别是盐浴活性氮碳共渗工艺（QPQ）在该种钢上的应用。
一、退火
8407钢的化学成份（%）：
      碳     硅     锰     铬     钼     钒
     0.39   1.00   0.4    5.2    1.4     0.9
出厂硬度经软化退火至180HBS，软化退火应将钢材于保护气氛中加热至850℃，均热后，于炉中以每小时10℃的速度，冷却至650℃后空冷。
钢材经过粗加工后，若要xx加工残余应力，则须将钢加热至650℃，恒温两小时，再于炉中缓冷至500℃后空冷。
二、淬火
预热温度：650～850℃，通常分两阶段预热。
奥氏体化温度：1020～1050℃，常用温度为1020℃，钢材在淬火过程中必须加以保护，避免氧化及脱碳，保温时间视工件有效厚度确定。奥氏体化温度1020℃时的淬火硬度为53±2HRC。淬火冷却介质有：1、高速循环气体或空气。2、真空冷却（高速及足够的正压气体）。3、在450～550℃的盐浴炉或流动粒子炉中，分级淬火，然后空冷。4、在180～220℃的盐浴炉或流动粒子炉中，分级淬火，然后空冷。5、温油。应当指出，当钢材温度冷至50～70℃时应立即回火。为了要使模具获得最适当的性质，淬火速度应越快越好，但是不能因此造成过度严重的变形或破裂。
三、回火
根据所要求的硬度，选择适当的回火温度。回火至少两次，每次回火后必须冷却到室温，{zd1}的回火温度为180℃，模具需要在回火温度中保温至少两小时，应避免在425～525℃之间回火，以避免回火脆性。
四、氮化处理
氮化处理产生的高硬度表层，有很好的耐磨性和抗侵蚀性，但相对而言其韧性较差，容易因受到机械应力的冲击而产生裂痕或剥落，特别是氮化后表面出现白亮层时危险性增大。氮化前，钢材必须硬化，且回火温度必须高于氮化温度至少50℃，在525℃氨气中氮化或在480℃的90%氢气和10%氮气的混合气氛中离子氮化，都能得到1000～1250HV1的表面硬度，一般推荐离子氮化，因为其氮势较易控制。特别在热作模具上应避免产生“氮化白层”。
五、盐浴氮碳共渗
盐浴氮碳共渗即QPQ工艺不会产生上述氮化的脆性，可以明显提高8407热作模具的使用寿命，QPQ工艺如下：
1、清洗 采用碱性清洗剂，去除模具表面的油污，用清水漂洗干净后用压缩空气次去表面水珠。
2、预热 温度350℃，保温40～60分钟；
3、氮化 温度565℃，保温2小时；
4、氧化 温度400℃，时间15分钟；
5、空冷
6、清洗
7、抛光
8、清洗后烘干浸乳化液
处理后表面硬度为950～1000HV1，模具最外层为Fe3O4氧化膜，向内为10μm左右的化合物层，化合物以下是扩散层，总深度约100～200微米。热作模具钢模芯液体氮化总深度建议不要超过0.10mm。
六、结语
8407钢热作模具经QPQ处理后，减少了金属与模具间的摩擦，使相对滑动性更加良好，不容易产生粘附、咬合、热胶着现象。提高了模具的抗氧化、耐热疲劳特征及耐磨性。对压铸模而言，氮化模后化合物层大大降低了粘模的可能性。经QPQ处理使8407钢热作模具的寿命提高了3～10倍。
                   本文刊登于《无锡热处理》2005年第2期