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壓鑄模是壓鑄生產過程使用的重要工藝設備，對鑄件的成型質量有重要影響，壓鑄模的質量影響鑄件的強度、表面質量等方面。由于液態(tài)合金在高溫高速下進入型腔，對模具零件造成沖擊，壓鑄模對耐磨性、耐蝕性、強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，降低生產成本，提高生產效率，還有利于成型優(yōu)良的鑄件，因此如何提高壓鑄模的質量和延長其使用壽命是實際生產與研究中需要解決的重要問題。

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構和抗高溫氧化的致密氧化膜的強韌化組織。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用，用于機械結構零件或模具零件的表面處理。軟氮化是通過各種化學或物理手段使材料表面共同滲入碳、氮原子的過程。經過軟氮化處理的表面滲層組織的硬度、疲勞強度等力學性能表現(xiàn)優(yōu)異，但對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壓鑄HHD鋼的性能影響。

1試驗方案

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

2 試驗結果與分析

2.1軟氮化溫度對HHD鋼滲層厚度與硬度影響

（a）試樣1（530 ℃）

（b）試樣2（550 ℃）

（c）試樣3（570 ℃）

（d）試樣4（590 ℃）

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渡層，在相同的處理時間內，對試樣的鹽浴溫度進行分組，鹽浴溫度相隔20℃，通過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。當滲氮溫度達到590℃時（試樣4），滲氮層與基體中出現(xiàn)了一條亮白色的過渡層（見圖1（d）），此時試樣滲層厚度最寬，過渡區(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之一，該試驗滲層硬度是由表面向基體方向進行變化，測試結果如圖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。通過對4組試樣的過渡區(qū)和基體硬度的測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，過渡區(qū)硬度最低，滲氮層厚度最薄，基體硬度最大。

根據(jù)圖2測試結果表明，4種處理工藝試樣硬度隨測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。相對基體此時的滲氮溫度相當于對基體進行回火，回火導致HHD鋼硬度降低。

圖3 120min軟氮化溫度對滲層沖擊韌性的影響

試驗中還測試了軟氮化溫度對滲層及滲層下基體沖擊韌性的影響，測試結果如圖3和圖4所示（Matrix指未經軟氮化的基體）。圖3所示結果表明，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，但經軟氮化處理的試樣的沖擊韌性低于未經軟氮化處理的HHD鋼。

圖4 120min軟氮化溫度對基體心部沖擊韌性的影響

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

2.2軟氮化處理溫度對HHD鋼抗熱疲勞性能影響

（a）試樣1

（b）試樣2

（c）試樣3

（d）試樣4

圖5 經500次熱疲勞循環(huán)試驗后裂紋

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

（a）試樣1

（b）試樣2

（c）試樣3

（d）試樣4

圖6 經1000次熱疲勞循環(huán)試驗后的裂紋

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

（a）試樣1

（b）試樣2

（c）試樣3

（d）試樣4

圖7 經2000次熱疲勞循環(huán)試驗后裂紋

圖7所示為4種試樣經2000次熱疲勞循環(huán)試驗后軟氮化工藝對HHD鋼表面熱疲勞裂紋萌生與擴展的影響。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，但長度相對較短，除最長主裂紋約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，相對均勻分布于預制缺口周圍，寬度相對接近，約為16μm，最長主裂紋長度相對于1000次熱疲勞循環(huán)試驗后有小幅增加，裂紋長度約950μm；試樣3表面存在8條裂紋，寬度約11μm，最長裂紋長度約750μm；試樣4表面存在一層較為嚴重的氧化皮，裂紋大部分被其覆蓋，裂紋寬度約10μm，最長主裂紋長度約685μm。

綜上所述，經熱疲勞試驗測試，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軟氮化處理溫度對滲層磨損性能的影響

圖8 120min不同氮化處理溫度對磨損的影響（+氧化處理）

對不同氮化處理溫度條件下HHD鋼試樣進行高溫磨損試驗，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。

（a）試樣1犁溝形貌

（b）試樣1剝落層形貌

（c）試樣2犁溝形貌

（d）試樣2剝落層形貌

（e）試樣3犁溝形貌

（f）試樣3剝落層形貌

（g）試樣4犁溝形貌

（h）試樣4剝落層形貌

圖9 軟氮化處理溫度對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HHD鋼高溫磨損表面的微觀形貌的影響。由圖9可知，經高溫磨損試驗后，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。