随着我国经济的飞速发展,铝型材在建筑、汽车、船舶、航空、航天等各个领域都获得越来越广泛的应用。在现代化的铝型材大量生产中,大部分采用挤压生产。挤压模具工作时直接与高温锭接触,同时承受高温、高压、剧烈摩擦等作用,工作条件极其恶劣,模具极易因磨损和疲劳而失效,这使得模具的使用寿命明显下降。H13是目前国内外应用最广泛的热作模具钢,通过适当的热处理和表面改性处理,可使模具芯部保持足够好的强韧性,表面具有高硬度、耐磨、耐疲劳等性能。本文系统研究了气体渗氮前回火处理、渗氮工艺对H13钢芯部和表面渗氮层组织和性能的影响。由于回火处理对H13钢的芯部组织有重要作用,因此本文首先通过对回火过程中的温度和次数的二元控制,采用显微组织分析(OM)和硬度分析探讨了H13钢在不同回火状态下的组织和力学性能的变化规律。进一步对两种不同的渗氮工艺进行了测试分析。然后采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、显微硬度计、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析了回火状态对渗氮层的深度、组织形貌、硬度以及相组成的影响。最后,采用正交实验法设计气体渗氮实验,综合分析比较了各工艺参数对渗氮层质量的影响,得到优化的渗氮工艺。研究发现,H13钢的硬度随回火温度的升高先增大后减小。H13钢经1030℃淬火后,不仅在高温(560℃、600℃)回火,而且在中低温(350℃)回火后也可达到较佳的硬度,强韧性较好。二次回火比一次回火性能更佳。两种渗氮工艺相比,工艺1的渗氮深度比工艺2大,并且表面硬度高,具有更好的耐磨性。渗氮前的回火温度对渗氮层的深度影响显著,回火温度增加,渗氮层深度增大。在影响H13钢氮化工艺的因素中,对渗层硬度和渗层深度影响最显著的分别为氮化温度和氨气分解率。随渗氮温度的升高,表面硬度先增加后降低;随着分解率的增高,渗层深度先减少后增加。最佳氮化工艺为:渗氮前560℃回火,氮化温度535℃,氮化时间15h,氨气分解率50%,可为实际生产提供参考。