H13(4Cr5MoSiV1)鋼具有較高的韌性和優(yōu)良的耐冷熱疲勞性能，是一種強(qiáng)韌兼?zhèn)淝屹|(zhì)優(yōu)價廉的工模具鋼。為提高工模具表面硬度、耐蝕、抗粘結(jié)等性能，生產(chǎn)中通常需進(jìn)行表面氮化處理，在保持工模具芯部原有強(qiáng)度與韌性的同時有效地提高模具的表面強(qiáng)度。
對H13模具鋼的氮化處理已有很多研究報道，但實(shí)際生產(chǎn)中仍然存在一些技術(shù)問題。通常，為了獲得氮化處理后模具芯部與表層性能良好的匹配，氮化處理前應(yīng)對該模具鋼進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，一般的熱處理工藝是淬?兩次回火，但也有人提出淬火+一次回火的處理工藝，對于某些大型模具甚至采用淬火+三次回火的處理；而氮化處理過程本身也相當(dāng)于一次回火處理，對氮化層將產(chǎn)生明顯的影響；甚至氮化前只進(jìn)行淬火處理也可使模具表面滲層獲得足夠高的硬度。關(guān)于這種氮化前工模具的熱處理狀態(tài)對氮化后滲層的組織與性能的影響規(guī)律及機(jī)理，一直缺乏系統(tǒng)深入的研究，而這些因素將直接影響實(shí)際生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率。
為此，通過系統(tǒng)的試驗(yàn)，綜合比較和分析了氮化前的淬火、淬火+一次回火、淬火+兩次回火及淬火+三次回火四種不同熱處理狀態(tài)對H13模具鋼氮化后的表面滲層組織與力學(xué)性能的影響規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)工藝的制定提供參考。
(1)淬火態(tài)H13鋼氮化后，表面沒有出現(xiàn)常規(guī)的白亮層和擴(kuò)散層，表層到芯部的硬度均在HV980左右。三種調(diào)質(zhì)態(tài)H13鋼氮化后，氮化層的厚度都約為0.24mm,其中化合物層厚度依次為:6、10、11μm。表面硬度均約為HV950。化合物層由ε相(Fe2N)、γ′相和Fe3O4構(gòu)成，擴(kuò)散層由α2Fe、ε相(Fe3N)、CrN和γ′相構(gòu)成，但各相含量有一定差別。
(2)H13鋼的淬火+二次回火或淬火+三次回火試樣氮化后，表面化合物層結(jié)構(gòu)致密，幾乎沒有針狀組織，擴(kuò)散層中有少量脈絡(luò)狀氮化物。因而綜合比較幾種熱處理態(tài)氮化試樣的化合物層及整個氮化層厚度、氮化層硬度及其向芯部的過渡情況、滲層致密性及其缺陷，H13鋼的淬火+二次回火或淬火+三次回火試樣氮化后的表面性能較佳。