为了提高热作模具钢H13的性能，延长模具的使用寿命，本课题对其在表面机械研磨(SMA)处理的基础上，采用不同方法的渗硼工艺(固体渗硼以及等离子渗硼)，在表面产生一层硬度极高的渗硼层。着重研究了SMA处理对后续渗硼的影响。通过扫描电子显微分析技术(SEM)、透射电子显微分析技术(TEM)、显微硬度试验和热稳定性试验，对SMA处理后变形层的厚度，晶粒尺寸，截面硬度梯度以及热稳定性能进行了较详细的分析；同时应用辉光放电发射光谱技术(GDOS)、X射线衍射分析技术(XRD)、显微金相技术及SEM技术分别对H13钢渗硼后的元素逐层分布情况、表层相组成以及渗层厚度进行了探讨。此外还对SMA处理前后固体渗硼动力学进行了研究，算出了两种情况下的渗硼激活能，得到了不同的渗硼温度、时间同渗层厚度之间的关系式。最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺。研究的结果如下所示： 1．SMA处理40min后，表面发生了严重的塑性变形，形成大约10gm厚的变形层，该层晶粒发生明显的细化，平均尺寸为8nm，达到纳米级。 2．表面纳米层的硬度达到Hv730，并且硬度梯度曲线比较平缓，与基体有着良好的结合力。 3．在520℃以及700℃保温后，虽然纳米晶粒发生明显长大。但在等离子渗硼的处理条件700℃×3h下，平均晶粒尺寸仍然保持在60nm左右，具有较好的热稳定性。 4．渗硼后得到的渗硼层由表面的硼化物层和次表面硼的扩散层组成，其中硼化物层呈锯齿状。 5．预先表面纳米化处理可以大大提高渗硼的效率。 6．对于固体渗硼，表面纳米化之后在700℃×8h的条件下便可以看到锯齿状的Fe<,2>B相，渗硼层厚度约为9μm；而在高温下，表面纳米化后的渗硼层也要明显厚于原始表面，其中的硼化物都是Fe<,2>B相。 7．表面纳米化显著提高了渗硼驱动力，固体渗硼的激活能由原先的213.92kJ/mol降低至144.83kJ/mol。 8．对于等离子渗硼，在650℃×3h处理后，纳米化表面便有Fe2B相出现，次表面为扩散层，硼的最高浓度达到7％，总渗入深度为30μm左右；在700℃×3h处理后，由于表面硼含量相对较高，除了Fe2B相，还出现了含硼更高的FeB相。而对于原始表面，在650℃×3h处理后表面没有任何硼化物出现，只产生了一定的扩散层。