H13钢是国际上广泛使用的热作模具钢,主要用于制造各种锻模、热挤压模、铜铝及其合金的热挤压模等。工作时承受较大的冲击载荷,强烈的摩擦,剧烈的冷热交替循环引起的热应力,常出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式。因此,采用适当的表面改性技术以增强H13钢的高温耐磨损性能及热疲劳性能有重要的现实意义。本文以H13热作模具钢为研究对象,采用粉末渗铝技术在表面得到具有优异性能的Fe-Al合金层,同时采用添加CeO₂混合粉末进行渗铝以改善渗层质量。通过对不同工艺条件下的组织形貌分析,渗层厚度及硬度的综合评价得出H13热作模具钢粉末渗铝的最佳工艺为:渗铝温度950℃,保温时间5h,NH₄Cl的添加量1%。在最佳工艺下,渗层质量连续致密,单一渗铝厚度最高可达90μm。渗层表层由Fe₃Al,FeAl相组成,内层由FeAl相组成。稀土CeO₂渗铝工艺试验表明,稀土添加量为0.7%时为最佳,此时渗层厚度可达220μm左右。表层主要由Fe3Al,FeAl,Al3Ce相组成,内层由Fe₃Al,FeAl相组成。与H13基体相比,合金化层的硬度有较大提高。硬度的提高主要是合金层中形成大量具有增强效果的Fe3Al,FeAl相;Fe3Al和FeAl金属间化合物相具有较高的高温强度和硬度。对于添加稀土的试样,硬度的提高还在于稀土的细晶强化的作用。在室温下,渗铝试样磨损量要明显低于H13基体,0.7%CeO₂渗铝试样磨损量约为单一渗铝试样的1/10,是H13基体的1/40,耐磨性能显著提高;在300℃,400℃,500℃下的高温磨损实验中,渗铝试样抗高温磨损性明显优于基体。当温度升高时,抗高温磨损性能减弱。热疲劳试验结果表明:经过热循环实验后,H13基体表面形成网状裂纹,渗铝试样表面出现少量的短裂纹,渗铝处理后的试样热疲劳性能可得到明显改善,而加稀土渗铝试样的更加优异。