热作模具钢表面低温渗硼工艺方法

文档序号:3414719阅读:355来源:国知局
专利名称:热作模具钢表面低温渗硼工艺方法
技术领域
本发明涉及一种在热作模具钢表面进行低温渗硼处理工艺,能够提高热作模具钢表面的硬度、耐磨性、热硬性、耐腐蚀性、抗氧化性以及抗热疲劳性能,大幅度提高其使用寿命,特别是高温使用寿命,扩大热作模具钢的应用领域。
背景技术
热作模具钢广泛应用于热锻模、热挤压模和压铸模等。这些模具工作条件十分苛刻,因而需要具有较好的高温强度、冲击韧性、热疲劳抗力与耐磨抗力。
渗硼层由于具有高的硬度、耐磨性、热硬性及抗腐蚀性和抗氧化性好等优点,是一项有发展前途的化学热处理工艺。目前,生产上采用的渗硼方法仍主要是固体粉末法、盐浴扩散法和气体渗硼法等传统方法。固体粉末法渗硼需要装箱加热,加热时长。耗能多。渗剂消耗量大。增加渗硼工艺成本,而且劳动强度大,劳动条件差,不能适应现代化生产的需要。液体渗硼由于存在着硼砂盐浴的流动性差。对坩埚腐蚀严重,零件难以清理等缺点,未能在工业上得到广泛应用。国内外报导的气体渗硼主要是气源问题,作为供硼源的三氯化硼和乙硼烷不但价格昂贵,而且有剧毒, 当采用载气时还有爆炸的危险, 因此尚来进入工业化应用。同时常规渗硼还存在如下两个缺点①渗硼温度高(850℃~1000℃)、时间长,工件热处理后畸变较大;②渗硼层脆性大,与基体结合不牢,容易剥落,从而明显地阻碍了渗硼工艺的进一步发展和应用。
中国发明专利申请号85105278“增压吸附式低温渗硼法”公开了一种用增加压力的方法延缓活化剂的较快分解。加入活性吸附剂,吸附储存活化剂所分解的催渗气体.然后通过逐步减压,促进尚未分解的活化剂进行持续分解,使被吸附的催渗气体进行逐渐脱析。保证了渗硼罐中始终存有不断流动的催渗气体,提高渗硼速度。它是在已有渗硼技术基础上,实现了对精密零件在钢临界点A1点以下,特别是在560~620℃范围的低温渗硼。
中国发明专利申请号200510027282.5“低碳钢表面低温渗硼工艺方法”公开了一种低碳钢表面低温渗硼的工艺方法,特点是先对钢表面进行纳米化,随后进行等离子低温渗硼。其特点还在于要通入含硼的有毒气体。
上述两种低温渗硼的工艺方法均有一个不足之处在于需要通入含硼的有毒气体,对环境和设备影响较大。同时上述低温渗硼工艺方法均未涉及到模具钢表面的低温渗硼,不能对试件的特定的局部进行渗硼。

发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服常规渗硼温度高,工件变形大,渗硼速度低的缺点,并克服上述低温渗硼专利中需通入有毒气体,对环境影响较大的不足之处,提供一种适合于工业上应用、渗硼部位及渗硼速度可控性好的热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,从而使模具钢的整体或局部具有较好的高温强度、冲击韧性、热裂抗力与耐磨抗力。
本发明所采用的技术方案是热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,a、对模具钢表面进行纳米化处理,b、将纳米化后的模具钢试样进行表面去污处理,c、真空渗硼,d、随炉冷却至室温;其特征在于试样进行表面去污处理后,在其需要渗硼的表面均匀涂敷一层厚度约2~5mm的渗硼膏剂,干躁后进行真空渗硼。
如上所述的热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,其特征在于渗硼膏剂的组分为碳化硼B4C 20-25%,氟硼酸钾KFB48-10%,铁粉Fe 60-65%,氯化铵NH4Cl 1-2%,活性碳2-4%;按重量比将上述原料组合物与适量有机脂及一定的清水调和均匀并调成糊状;原料组合物有机脂∶清水=70∶1520∶10-15。
其具体的过程如下a.首先在渗硼之前采用表面机械研磨法或超声喷丸法,对模具钢表面进行纳米化处理;b.将纳米化后的模具钢试样进行除油除锈处理,随后在试样表面均匀涂敷一层厚度约2~5mm的渗硼膏剂,涂敷后的试样经自然干燥或150~160℃烘干;c.将涂有渗硼膏剂的试样放入等离子热处理炉内;抽真空,使炉内真空度达10~50Pa;然后打开电源,输入电压电流以产生电极间离子辉光进行加热;同时通入氩气作为工作气氛,氩气的流量由负压吸入;输入的工作电压控制在800~1200V范围;送入氩气后炉内气压控制在300~800Pa范围;渗硼热处理温度为500~700℃,在此温度下保温4~10小时后,随炉冷却至室温,最后取出表面渗硼的模具钢试样并清理表面。
渗硼膏剂的组分为适量的B4C、KFB4、铁粉、氯化铵和活性碳,将上述原料与适量有机脂及一定的清水调和均匀并调成糊状。组分范围如下B4C(碳化硼)20-25%,KFB4(氟硼酸钾)8-10%,Fe(铁粉)60-65%,NH4Cl(氯化铵)1-2%,活性碳2-4%。
原料组合物有机脂∶清水=70∶15-20∶10-15(重量比)。
采用本方法处理后的热作模具除得到高硬度渗层和优良的耐磨性外,还具有渗硼温度低,工件变形小,渗硼速度快,渗硼层可控,并且渗硼钢的热疲劳性能较高,对环境无污染,无须后续热处理的特点,同时对热作模具可做到局部快速低温渗硼(对需要渗硼的地方涂敷渗硼膏剂),因此很适合热作模具钢的表面处理。采用上述的渗硼膏剂特别适合于中合金铬系热作模具钢快速低温渗硼。
具体实施例方式
本发明的实施例的低温渗硼工艺步骤如下1.首先在渗硼之前,采用表面研磨机对H13钢试样表面进行纳米化处理。本实施例中采用了现有的SNC-1金属表面纳米化试验机,该机附带有冷却水循环装置,机内设有一容器,在容器盖上其背面固定有一块准备作纳米化处理的低碳钢试样;容器内装有纳米化喷丸用的小钢球,小钢球的直径为6mm,共有250个;将容器盖关闭密封,并抽真空;然后启动电动机,带动试验机高速转动,并通过振动发生器使纳米化喷丸小钢球剧烈运动对金属表面自身实施纳米化处理,处理时间为1.5小时。
2.将上述纳米化处理后的H13钢试样进行除油除锈处理,随后在试样表面均匀涂敷一层厚度约2~5mm的渗硼膏剂(膏剂组分为23%B4C、9%KFB4、64%铁粉、1%氯化铵和3%活性碳,将上述原料组合物70份与18份的有机脂及12份的清水调和均匀并调成糊状),涂敷后的试样经自然干燥或150℃烘干;随后将试样放入现有的LD-5型等离子热处理炉内;抽真空,使炉内真空达50Pa,然后打开电源,输入电压电流以产生电极间离子辉光进行加热;同时通入氩气作为工作气氛,氩气的流量由负压吸入;输入的工作电压控制在920V;送入氩气后炉内气压控制在500Pa范围;渗硼热处理温度为580℃,在此温度下保温8小时后,随炉冷却至室温,最后取出表面渗硼的模具钢试样。
经检测,工艺步骤第一步中所得的试样其纳米层的厚度为25~32微米,该层中晶粒的尺寸为15~100纳米。经检测,经等离子低温渗硼处理后的模具钢试样,其表面渗硼层厚度为50~100纳米,主要相结构为Fe2B,该渗层组织致密,其表面显微硬度为1700~2300HV0.2。
热作模具钢的表面处理常常在试件的局部而不是整体有渗硼的需求,采用本发明的方法可以对热作模具做到局部快速低温渗硼(对需要渗硼的地方涂敷渗硼膏剂),因而节省了渗硼的时间,可以降低处理试件的成本。因此很适合热作模具钢的表面处理。
权利要求
1.热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,a、对模具钢表面进行纳米化处理,b、将纳米化后的模具钢试样进行表面去污处理,c、真空渗硼,d、随炉冷却至室温;其特征在于试样进行表面去污处理后,在其需要渗硼的表面均匀涂敷一层厚度约2~5mm的渗硼膏剂,干躁后进行真空渗硼。
2.如权利要求1所述的热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,其特征在于渗硼膏剂的组分为碳化硼B4C 20-25%,氟硼酸钾KFB48-10%,铁粉Fe 60-65%,氯化铵NH4Cl 1-2%,活性碳 2-4%;按重量比将上述原料组合物与适量有机脂及一定的清水调和均匀并调成糊状;原料组合物∶有机脂∶清水=70∶15-20∶10-15。
全文摘要
热作模具钢表面低温渗硼工艺方法,a、对模具钢表面进行纳米化处理,b、将纳米化后的模具钢试样进行表面去污处理,c、真空渗硼,d、随炉冷却至室温;其特征在于试样进行表面去污处理后,在其需要渗硼的表面均匀涂敷一层厚度约2~5mm的渗硼膏剂,干躁后进行真空渗硼。采用本方法处理后的热作模具除得到高硬度渗层和优良的耐磨性外,还具有渗硼温度低,工件变形小,渗硼速度快,渗硼层可控,并且渗硼钢的热疲劳性能较高,对环境无污染,无须后续热处理的特点,同时对热作模具可做到局部快速低温渗硼(对需要渗硼的地方涂敷渗硼膏剂),因此很适合热作模具钢的表面处理。
文档编号C23C10/30GK1970825SQ200610125370
公开日2007年5月30日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者胡心彬, 周小平, 李四年, 李厚祥 申请人:湖北工业大学
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