在以前的研究中，表明模具的大部分负载部分的容许磨料磨损远远高于渗氮硬度深度【10】。因为渗氮硬度深度的增加需要数百小时的处理时间，所以在大多数情况下渗氮硬度深度的增加是不经济的。提高边界层耐磨性和耐热性的另一种可能性是碳氮共渗。碳氮共渗是表面硬化的一种变体，其中碳和氮同时扩散到被处理的材料中。与渗氮相反，碳氮共渗是在高于100℃的温度下进行的C1和一个C3，并且仅形成扩散层而不形成化合物层。气体碳氮共渗的典型温度为850-950°c .与渗氮相比，气体碳氮共渗的温度更高，因此可以在经济的处理时间内达到更高的硬化深度。
碳氮共渗过程中硬度的增加是基于淬火过程中材料表面富碳马氏体的形成。由于碳氮共渗层中碳含量高，还会产生一定量的残余奥氏体，导致硬度不足。然而，残余奥氏体也可以提高碳氮共渗零件的可能性。对于齿轮，研究表明，残余奥氏体和精细分布的碳氮化合物以及碳氮化合物层中的压缩应力可以通过吸收变形和向马氏体的转变来阻止裂纹增长【11】。
碳氮共渗主要用于碳含量低于0.2%且其他合金元素浓度较低的钢的机械零件，以提高表面层的机械性能和耐热性，并取代更昂贵的高合金钢【12】。
由于热作钢除马氏体硬化外还含有大量的氮化物形成元素，因此通过精细分布的氮化物和碳氮化物发生沉淀硬化【13，14】。这些沉淀在使用期间的高温下是稳定的，并且可以提高耐磨性。
虽然碳氮共渗也意味着提高热加工钢边界面积的潜力很大，但只有少数研究以此为目标【13，14】。Jasinski等人研究的钢形成了具有M型碳化铬的马氏体-贝氏体显微组织7C3和M23C6氮化铬和残余奥氏体。没有研究这种微结构的机械性能。
本研究涉及对热作钢x38 crmov 5-3（1.2367）进行碳氮化处理的开发，以形成具有精细分布沉淀的耐热周边区域，从而提高耐磨性和耐回火性，并研究碳氮化层的磨损行为。为了评估机械性能，在实际条件下对锻模进行了模型磨损试验和寿命研究。这项工作的目的是在经济的处理时间内在热加工工具钢中产生耐热耐磨的沉淀层，以便在渗氮前提高渗氮硬度或用碳氮共渗代替渗氮处理。
2材料和方法
2.1材料
作为研究材料，常用的热加工钢x38 crmov 5-3（1.2367）具有0.41 ma。%C，4.88毫安%Cr，2.87毫安%钼和0.60毫安。已选择%V。用发射光谱测定化学成分。
为了研究磨损行为，需要如图1所示的特殊样品。球盘样品的几何形状也用于热处理的开发。
2.2热处理
对于碳氮共渗热处理，有两种热处理系统可供选择:带钢甑的Solo系统和带砖砌内部的Aichelin系统。Solo系统（有效容积30L）中的碳氮共渗在氮气-甲醇（约100升）气氛中进行。40%氮240%高2和20%的一氧化碳）与作为氮载体的2%丙烷和氨混合。总产气速率为500升/小时。C电位由氮气探针控制。氨的测量变量是废气中残留的氨。碳氮共渗中氨的添加量选择得尽可能高。在氮-甲醇-丙烷的气体气氛中进行Aichelin系统（有效体积400升）中的碳氮化。总气体释放量为3m3加入35体积%的氨作为氮载体。所得残余氨在850℃时约为2,500 ppm，在950℃时约为300 ppm
为了讨论微观结构，样品仅进行碳氮共渗（和硬化），以比较不同处理后碳氮共渗层微观结构的差异。用于磨损试验的样品也在碳氮共渗后进行回火，以获得实际的相关状态。在560-600℃下回火三次，每次2小时
一些样品（和锻造工具）在碳氮共渗后也进行了氮化处理。用于磨损和锻造试验的样品的氮化处理在具有受控氮势K的气体氮化系统中进行8小时N= 3.渗氮温度为520°c .此外，作为参考的唯一渗氮样品在渗氮前经过真空硬化和回火处理。