專(zhuān)利名稱(chēng)：熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在熱作模具鋼表面進(jìn)行低溫滲硼處理工藝，能夠提高熱作模具鋼表面的硬度、耐磨性、熱硬性、耐腐蝕性、抗氧化性以及抗熱疲勞性能，大幅度提高其使用壽命，特別是高溫使用壽命，擴(kuò)大熱作模具鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱作模具鋼廣泛應(yīng)用于熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。這些模具工作條件十分苛刻，因而需要具有較好的高溫強(qiáng)度、沖擊韌性、熱疲勞抗力與耐磨抗力。
滲硼層由于具有高的硬度、耐磨性、熱硬性及抗腐蝕性和抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)有發(fā)展前途的化學(xué)熱處理工藝。目前，生產(chǎn)上采用的滲硼方法仍主要是固體粉末法、鹽浴擴(kuò)散法和氣體滲硼法等傳統(tǒng)方法。固體粉末法滲硼需要裝箱加熱，加熱時(shí)長(zhǎng)。耗能多。滲劑消耗量大。增加滲硼工藝成本，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件差，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。液體滲硼由于存在著硼砂鹽浴的流動(dòng)性差。對(duì)坩堝腐蝕嚴(yán)重，零件難以清理等缺點(diǎn)，未能在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外報(bào)導(dǎo)的氣體滲硼主要是氣源問(wèn)題，作為供硼源的三氯化硼和乙硼烷不但價(jià)格昂貴，而且有劇毒， 當(dāng)采用載氣時(shí)還有爆炸的危險(xiǎn)， 因此尚來(lái)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)常規(guī)滲硼還存在如下兩個(gè)缺點(diǎn)①滲硼溫度高(850℃～1000℃)、時(shí)間長(zhǎng)，工件熱處理后畸變較大；②滲硼層脆性大，與基體結(jié)合不牢，容易剝落，從而明顯地阻礙了滲硼工藝的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?5105278“增壓吸附式低溫滲硼法”公開(kāi)了一種用增加壓力的方法延緩活化劑的較快分解。加入活性吸附劑，吸附儲(chǔ)存活化劑所分解的催滲氣體.然后通過(guò)逐步減壓，促進(jìn)尚未分解的活化劑進(jìn)行持續(xù)分解，使被吸附的催滲氣體進(jìn)行逐漸脫析。保證了滲硼罐中始終存有不斷流動(dòng)的催滲氣體，提高滲硼速度。它是在已有滲硼技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)精密零件在鋼臨界點(diǎn)A1點(diǎn)以下，特別是在560～620℃范圍的低溫滲硼。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00510027282.5“低碳鋼表面低溫滲硼工藝方法”公開(kāi)了一種低碳鋼表面低溫滲硼的工藝方法，特點(diǎn)是先對(duì)鋼表面進(jìn)行納米化，隨后進(jìn)行等離子低溫滲硼。其特點(diǎn)還在于要通入含硼的有毒氣體。
上述兩種低溫滲硼的工藝方法均有一個(gè)不足之處在于需要通入含硼的有毒氣體，對(duì)環(huán)境和設(shè)備影響較大。同時(shí)上述低溫滲硼工藝方法均未涉及到模具鋼表面的低溫滲硼，不能對(duì)試件的特定的局部進(jìn)行滲硼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服常規(guī)滲硼溫度高，工件變形大，滲硼速度低的缺點(diǎn)，并克服上述低溫滲硼專(zhuān)利中需通入有毒氣體，對(duì)環(huán)境影響較大的不足之處，提供一種適合于工業(yè)上應(yīng)用、滲硼部位及滲硼速度可控性好的熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，從而使模具鋼的整體或局部具有較好的高溫強(qiáng)度、沖擊韌性、熱裂抗力與耐磨抗力。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，a、對(duì)模具鋼表面進(jìn)行納米化處理，b、將納米化后的模具鋼試樣進(jìn)行表面去污處理，c、真空滲硼，d、隨爐冷卻至室溫；其特征在于試樣進(jìn)行表面去污處理后，在其需要滲硼的表面均勻涂敷一層厚度約2～5mm的滲硼膏劑，干躁后進(jìn)行真空滲硼。
如上所述的熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，其特征在于滲硼膏劑的組分為碳化硼B(yǎng)4C 20-25％，氟硼酸鉀KFB48-10％，鐵粉Fe 60-65％，氯化銨NH4Cl 1-2％，活性碳2-4％；按重量比將上述原料組合物與適量有機(jī)脂及一定的清水調(diào)和均勻并調(diào)成糊狀；原料組合物有機(jī)脂∶清水＝70∶1520∶10-15。
其具體的過(guò)程如下a.首先在滲硼之前采用表面機(jī)械研磨法或超聲噴丸法，對(duì)模具鋼表面進(jìn)行納米化處理；b.將納米化后的模具鋼試樣進(jìn)行除油除銹處理，隨后在試樣表面均勻涂敷一層厚度約2～5mm的滲硼膏劑，涂敷后的試樣經(jīng)自然干燥或150～160℃烘干；c.將涂有滲硼膏劑的試樣放入等離子熱處理爐內(nèi)；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)10～50Pa；然后打開(kāi)電源，輸入電壓電流以產(chǎn)生電極間離子輝光進(jìn)行加熱；同時(shí)通入氬氣作為工作氣氛，氬氣的流量由負(fù)壓吸入；輸入的工作電壓控制在800～1200V范圍；送入氬氣后爐內(nèi)氣壓控制在300～800Pa范圍；滲硼熱處理溫度為500～700℃，在此溫度下保溫4～10小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，最后取出表面滲硼的模具鋼試樣并清理表面。
滲硼膏劑的組分為適量的B4C、KFB4、鐵粉、氯化銨和活性碳，將上述原料與適量有機(jī)脂及一定的清水調(diào)和均勻并調(diào)成糊狀。組分范圍如下B4C(碳化硼)20-25％，KFB4(氟硼酸鉀)8-10％，F(xiàn)e(鐵粉)60-65％，NH4Cl(氯化銨)1-2％，活性碳2-4％。
原料組合物有機(jī)脂∶清水＝70∶15-20∶10-15(重量比)。
采用本方法處理后的熱作模具除得到高硬度滲層和優(yōu)良的耐磨性外，還具有滲硼溫度低，工件變形小，滲硼速度快，滲硼層可控，并且滲硼鋼的熱疲勞性能較高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)須后續(xù)熱處理的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)熱作模具可做到局部快速低溫滲硼(對(duì)需要滲硼的地方涂敷滲硼膏劑)，因此很適合熱作模具鋼的表面處理。采用上述的滲硼膏劑特別適合于中合金鉻系熱作模具鋼快速低溫滲硼。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例的低溫滲硼工藝步驟如下1.首先在滲硼之前，采用表面研磨機(jī)對(duì)H13鋼試樣表面進(jìn)行納米化處理。本實(shí)施例中采用了現(xiàn)有的SNC-1金屬表面納米化試驗(yàn)機(jī)，該機(jī)附帶有冷卻水循環(huán)裝置，機(jī)內(nèi)設(shè)有一容器，在容器蓋上其背面固定有一塊準(zhǔn)備作納米化處理的低碳鋼試樣；容器內(nèi)裝有納米化噴丸用的小鋼球，小鋼球的直徑為6mm，共有250個(gè)；將容器蓋關(guān)閉密封，并抽真空；然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)試驗(yàn)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)振動(dòng)發(fā)生器使納米化噴丸小鋼球劇烈運(yùn)動(dòng)對(duì)金屬表面自身實(shí)施納米化處理，處理時(shí)間為1.5小時(shí)。
2.將上述納米化處理后的H13鋼試樣進(jìn)行除油除銹處理，隨后在試樣表面均勻涂敷一層厚度約2～5mm的滲硼膏劑(膏劑組分為23％B4C、9％KFB4、64％鐵粉、1％氯化銨和3％活性碳，將上述原料組合物70份與18份的有機(jī)脂及12份的清水調(diào)和均勻并調(diào)成糊狀)，涂敷后的試樣經(jīng)自然干燥或150℃烘干；隨后將試樣放入現(xiàn)有的LD-5型等離子熱處理爐內(nèi)；抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空達(dá)50Pa，然后打開(kāi)電源，輸入電壓電流以產(chǎn)生電極間離子輝光進(jìn)行加熱；同時(shí)通入氬氣作為工作氣氛，氬氣的流量由負(fù)壓吸入；輸入的工作電壓控制在920V；送入氬氣后爐內(nèi)氣壓控制在500Pa范圍；滲硼熱處理溫度為580℃，在此溫度下保溫8小時(shí)后，隨爐冷卻至室溫，最后取出表面滲硼的模具鋼試樣。
經(jīng)檢測(cè)，工藝步驟第一步中所得的試樣其納米層的厚度為25～32微米，該層中晶粒的尺寸為15～100納米。經(jīng)檢測(cè)，經(jīng)等離子低溫滲硼處理后的模具鋼試樣，其表面滲硼層厚度為50～100納米，主要相結(jié)構(gòu)為Fe2B，該滲層組織致密，其表面顯微硬度為1700～2300HV0.2。
熱作模具鋼的表面處理常常在試件的局部而不是整體有滲硼的需求，采用本發(fā)明的方法可以對(duì)熱作模具做到局部快速低溫滲硼(對(duì)需要滲硼的地方涂敷滲硼膏劑)，因而節(jié)省了滲硼的時(shí)間，可以降低處理試件的成本。因此很適合熱作模具鋼的表面處理。
權(quán)利要求
1.熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，a、對(duì)模具鋼表面進(jìn)行納米化處理，b、將納米化后的模具鋼試樣進(jìn)行表面去污處理，c、真空滲硼，d、隨爐冷卻至室溫；其特征在于試樣進(jìn)行表面去污處理后，在其需要滲硼的表面均勻涂敷一層厚度約2～5mm的滲硼膏劑，干躁后進(jìn)行真空滲硼。
2.如權(quán)利要求1所述的熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，其特征在于滲硼膏劑的組分為碳化硼B(yǎng)4C 20-25％，氟硼酸鉀KFB48-10％，鐵粉Fe 60-65％，氯化銨NH4Cl 1-2％，活性碳 2-4％；按重量比將上述原料組合物與適量有機(jī)脂及一定的清水調(diào)和均勻并調(diào)成糊狀；原料組合物∶有機(jī)脂∶清水＝70∶15-20∶10-15。
全文摘要
熱作模具鋼表面低溫滲硼工藝方法，a、對(duì)模具鋼表面進(jìn)行納米化處理，b、將納米化后的模具鋼試樣進(jìn)行表面去污處理，c、真空滲硼，d、隨爐冷卻至室溫；其特征在于試樣進(jìn)行表面去污處理后，在其需要滲硼的表面均勻涂敷一層厚度約2～5mm的滲硼膏劑，干躁后進(jìn)行真空滲硼。采用本方法處理后的熱作模具除得到高硬度滲層和優(yōu)良的耐磨性外，還具有滲硼溫度低，工件變形小，滲硼速度快，滲硼層可控，并且滲硼鋼的熱疲勞性能較高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)須后續(xù)熱處理的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)熱作模具可做到局部快速低溫滲硼(對(duì)需要滲硼的地方涂敷滲硼膏劑)，因此很適合熱作模具鋼的表面處理。
文檔編號(hào)C23C10/30GK1970825SQ200610125370
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者胡心彬, 周小平, 李四年, 李厚祥 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)