【摘要】：表面处理和表面改性技术用于提高热作模具的相关使用性能。这是当前热作模具研究和应用领域最热门的方向之一。针对热作模具钢的表面氧化处理，本文研制了一种带有蒸汽预热装置的氧化处理炉。这种炉型现已用于工业生产。该炉型的蒸汽盘管、蒸汽室等多种结构设计，使蒸汽得到充分预热并稳定流入氧化炉，保证了模具钢氧化过程的顺利实施和设备的可靠性和安全性。将蒸汽氧化和气体氮化结合在单个热处理炉中的尝试尚未成功。因此，本文的氧化样品主要在专门设计的氧化炉中进行，氮化在等离子氮化炉中进行。结合热力学计算和具体实验研究了H13钢的表面氧化行为。利用Thermal-Calc软件计算了500℃~700℃温度范围内不同氧分压条件下H13表面形成的氧化物的相组成和变化。在上述温度范围内，在0.2MPa蒸汽流、0.1MPa空气、0.001MPa低压空气条件下对H13钢的氧化膜组织进行了实验研究。结果发现，低压空气条件下形成的氧化膜的微观结构和物相更接近于蒸汽条件下形成的氧化膜，但与常压空气条件下形成的氧化膜显着不同。热力学计算表明,高氧分压有利于Fe_2O_3相的形成,低氧分压有利于Me_3O_4相的形成。高氧分压下快速形成完整致密的Fe_2O_3层会阻碍各种原子向内扩散，从而抑制Me_3O_4相的生成。因此，H13钢在适当的低氧条件下的氧化明显快于空气条件下。除适当的氧分压外，H13钢在蒸汽条件下的氧化机理较为复杂，也与氧离子的短程扩散有关。计算表明，与Fe_2O_3、Fe_3O_4相一样，尖晶石相FeCr_2O_4、FeV_2O_4、Fe_2SiO_4也是H13钢氧化膜的主要成分。蒸汽氧化和等离子渗氮的综合试验和研究表明，H13钢的表面预氧化对后续的等离子渗氮没有贡献。在等离子氮化过程中，蒸气氧化膜会逐渐变薄，氮气才会开始渗透，直至消失。等离子渗氮将显着提高H13钢在后续蒸汽氧化中的氧化速率，这归因于等离子轰击的激活以及由此产生的氧气在蒸汽条件下的快速扩散。测试发现，