Effect of Manganese on Nitriding and Softening Behaviour of Steel AISI H10 Under Cyclic Thermal Loads
Effect of Manganese on Nitriding and Softening Behaviour of Steel AISI H10 Under Cyclic Thermal Loads
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锰对循环热载荷下 AISI H10 钢渗氮和软化行为的影响
DOI：
10.1007/978-3-030-03451-1_42
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Behrens
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Siegmund;Golovko;Chugreev;Nürnberger;Behrens
热锻模具在热成型过程中承受较高的机械、热、化学和摩擦负荷。近表面工具层容易磨损并且必须承受高负载。为了降低锻模温度以及由于与加热工件接触而产生的摩擦，通常使用冷却润滑剂。考虑到马氏体的有利硬度，在这些条件下材料固有的表面再硬化将有利于减少刀具磨损。本研究旨在通过将热加工工具钢 AISI H10 与锰合金化以及通过等离子氮化来优化表面层性能，以提高工具的使用寿命。锰合金化降低了奥氏体化温度（Ac1b温度），从而有利于再硬化效果。此外，通过改变氮化参数来调整表面层厚度和硬度梯度，以进一步提高表面再硬化效果。进行膨胀计测试以物理模拟锻模的循环热载荷。最后，通过不同深度的维氏硬度测量来表征近表面工具层。循环热载荷导致 AISI H10 热加工工具钢的硬度下降。与普通 AISI H10 钢相比，锰合金化以及使用具有低硬度梯度的相对较厚的氮化物层进行氮化，导致表面以下 0.2 毫米的硬度增加了 50-150 HV0.05。在距表面 100–200 µm 的距离处，与空载状态相比，硬度增加了 100 HV0.05，这可以通过马氏体的形成来解释。
Hot forging dies are exposed to high mechanical, thermal, chemical and tribological loads during hot forming processes. Near surface tool layers are prone to wear and have to withstand high loads. To reduce forging dies temperature as well as friction due to contact with heated workpieces, cooling lubricants are commonly used. Considering the advantageous hardness of martensite, a material inherent surface rehardening under these conditions would be beneficial to reduce tool wear. This study aims for an optimisation of surface layer properties to improve the service lifetime of tools by both alloying the hot-working tool steel AISI H10 with manganese and by plasma nitriding. Manganese alloying decreases the austenitising temperature (Ac1btemperature) and thereby facilitates rehardening effects. In addition, surface layer thickness and hardness gradients were adjusted by varying nitriding parameters to further increase the surface rehardening effect. Dilatometer tests were carried out to physically model cyclic thermal loading of forging dies. Finally, near surface tool layers were characterized by Vickers hardness measurements in different depths. Cyclic thermal loading resulted in hardness decreases for AISI H10 hot-working tool steel. Both alloying with manganese as well as nitriding using a comparatively thick nitride layer featuring a low hardness gradient resulted in a hardness increase of 50–150 HV0.05 up to 0.2 mm below the surface compared to common AISI H10 steel. In a distance from surface of 100–200 µm the hardness increased by 100 HV0.05 compared to the unloaded state and can be explained by the formation of martensite.
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Behrens