一種用于熱擠壓模具的鉬基材料與表面滲碳處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到鉬基材料的配方和鉬基材料表面滲碳處理的技術(shù)，屬于粉末冶金、熱擠壓和表面處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外熱擠壓行業(yè)中通常采用熱作模具鋼做模具材料，我國主要用3Cr2W8V鋼，英美、蘇、瑞典則采用H13\4Cr5MoVSi鋼或其他基本鋼制造模具。熱擠壓模具是在高溫、高壓、磨損和熱疲勞等惡劣條件下服役的，服役條件十分苛刻。例如:20Cr等材料，加熱溫度為1150?1200°C，在水壓機(jī)上成型，模具的溫度可以達(dá)到900?950°C，因高壓成型，被擠壓的零件越大，加工的深度越深(特別是反擠壓成型的大工件)，則條件越苛刻，高溫強(qiáng)度要求也越高。所以熱作模具材料應(yīng)具有良好的綜合性能，主要是:應(yīng)具有高的抗塑性變形能力；在服役的溫度(800?950°C )下有高的熱穩(wěn)定性及抗磨損性能；在動負(fù)荷下應(yīng)有足夠高的韌性；另外，熱擠壓模具壽命低、經(jīng)濟(jì)效益差是個共同的問題。
[0003]熱作模具鋼，由于高溫強(qiáng)度低，每次熱擠壓后都要進(jìn)行外部水冷以降低模具溫度，模具要經(jīng)受嚴(yán)重的冷熱疲勞考驗(yàn)，在擠壓成型時與熾熱的工件接觸，造成模具與工件之間的強(qiáng)烈摩擦，產(chǎn)生化學(xué)作用，使模具表面產(chǎn)生熱腐蝕。這就使熱作模具鋼制造的熱擠壓模具產(chǎn)生塌陷、形變、拉溝、炸裂、表面腐蝕等現(xiàn)象，造成模具失效。硬質(zhì)合金和陶瓷材料，硬度可達(dá)HV1000左右，但因硬度大，韌性差，在高溫、高壓的作用下，易產(chǎn)生裂紋而報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種用于熱擠壓模具的鉬基材料與表面滲碳處理工藝。
[0005]本發(fā)明采用鉬粉作為高溫擠壓模具的基材，Co作粘結(jié)劑，加入碳化物(碳化鎢或碳化鈦)元素，其各組份的質(zhì)量百分比依據(jù)所需的硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性等性能指標(biāo)確定，其中鉬60?80%，碳化物15?32%，鈷2?12% ;另外，為了除氣和凈化晶界，需要加入鉬、碳化物、鈷三者總質(zhì)量0.01?0.1%的碳。
[0006]高溫高壓下作業(yè)的熱擠壓模具鋼，其服役時的工作溫度往往超過回火溫度。盡管采用多種手段作強(qiáng)韌化處理(強(qiáng)韌化處理+表面強(qiáng)化處理)，以圖改善服役條件，最大限度的發(fā)揮材料的潛力，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用性能的要求，本發(fā)明采用表面滲碳技術(shù)很好的解決了此類問題。
[0007]本發(fā)明表面滲碳采用65?80%的木炭粉(粒度在100目以下)，10?20%的無水碳酸鈉，5?15%的乙酸鈉作為滲碳劑，其各組份均為質(zhì)量百分比，滲碳溫度在900°C?1100°C之間，保溫時間8h?10h，在材料表面形成一層致密的碳化鉬從而保護(hù)材料。
[0008]本發(fā)明的材料滲碳后，表面硬度HV最高可達(dá)900，而心部硬度HV只有530左右。表面不僅具有硬質(zhì)合金的硬度，還具有鋼材料的韌性。并且在高溫下具有良好的抗蠕變性能、線膨脹系數(shù)低和極低的蒸氣壓、高的彈性模量、受溫度的影響較小、優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、高溫強(qiáng)度高及低的摩擦系數(shù)、潤滑性能優(yōu)良等特點(diǎn)。大大地提高了模具的使用壽命，并可實(shí)現(xiàn)快速擠壓，從而降低成本和提高生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明利用鉬基材料經(jīng)粉末冶金方法直接成形熱作擠壓模具，滿足高溫高壓條件下使用性能，以提高模具使用壽命、節(jié)約原材料、節(jié)省能源、降低成本和提高生產(chǎn)效率。以下百分比均為質(zhì)量百分比。
[0010]實(shí)施例一:
[0011]取鉬粉60%，碳化鎢粉32%，鈷粉8 %，碳粉占鉬粉、碳化鎢粉、鈷粉總質(zhì)量的0.1 %，在球磨機(jī)中以300轉(zhuǎn)/分的速度球磨20小時使粉末混合均勻，后在200MP等靜壓機(jī)上利用事先制作好的模具冷壓成形，放入真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)(燒結(jié)溫度14000C -1500°C，壓力1MPa)，經(jīng)過磨光表面和工作帶，再進(jìn)行表面滲碳處理，滲碳厚度10 μ m，然后進(jìn)行模具裝配，并在擠壓機(jī)上試模，根據(jù)試模情況適當(dāng)進(jìn)行修模，最后投入生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中。
[0012]實(shí)施例二:
[0013]取鉬粉80%，碳化鈦粉15%，鈷粉5 %，碳粉占鉬粉、碳化鈦粉、鈷粉總質(zhì)量的0.05%，在球磨機(jī)中以350轉(zhuǎn)/分的速度球磨24小時使粉末混合均勻，后在200MP等靜壓機(jī)上利用事先制作好的模具冷壓成形，放入真空燒結(jié)爐中加壓燒結(jié)(燒結(jié)溫度14000C -1500°C，壓力1MPa)，經(jīng)過磨光表面和工作帶，再進(jìn)行表面滲碳處理，滲碳厚度8 μ m，然后進(jìn)行模具裝配，并在擠壓機(jī)上試模，根據(jù)試模情況適當(dāng)進(jìn)行修模，最后投入生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中。
[0014]實(shí)施例三:
[0015]取75%的木炭粉(粒度在100目以下)，13%的無水碳酸鈉，12%乙酸鈉，在球磨機(jī)上以60轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速球磨兩小時進(jìn)行混料，將滲碳劑和滲碳件放入密封箱后以6°C /min的升溫速度，升溫到1000°C后保溫10小時。滲碳后取出滲碳件加熱到1000°C保溫2小時進(jìn)行水淬，再進(jìn)行滲碳件工作部分表面拋光處理之后進(jìn)行模具裝配試模，最終投入實(shí)際生產(chǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種用于熱擠壓模具的鉬基材料，其特征是:以Co作粘結(jié)劑，加入碳化物元素，其各組份的質(zhì)量百分比為:鉬60?80%，碳化物15?32%，鈷2?12% ;另外，為了除氣和凈化晶界，需要加入鉬、碳化物、鈷三者總質(zhì)量0.01?0.1%的碳； 所述的碳化物為碳化鎢或碳化鈦。
2.對權(quán)利要求1所述的用于熱擠壓模具的鉬基材料表面滲碳處理工藝，其特征是:采用質(zhì)量百分比分別為65?80%的木炭粉，10?20%的無水碳酸鈉，5?15%的乙酸鈉作為滲碳劑，木炭粉的粒度在100目以下，滲碳溫度在900°C?1100°C之間，保溫時間8h?10h，在材料表面形成一層致密的碳化鉬從而保護(hù)材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到鉬基材料的配方和鉬基材料表面滲碳處理的技術(shù)，本發(fā)明鉬基材料各組份的質(zhì)量百分比為：鉬60～80％，碳化物15～32％，鈷2～12％，碳占鉬、碳化物、鈷三者總質(zhì)量0.01～0.1％；鉬基材料表面滲碳處理工藝，采用質(zhì)量百分比分別為65～80％的木炭粉，10～20％的無水碳酸鈉，5～15％的乙酸鈉作為滲碳劑，木炭粉的粒度在100目以下，滲碳溫度在900℃～1100℃，保溫時間8h～10h，在材料表面形成一層致密的碳化鉬從而保護(hù)材料。本發(fā)明的材料滲碳后，表面硬度HV最高可達(dá)900，而心部硬度HV只有530左右，大大地提高了模具的使用壽命，并可實(shí)現(xiàn)快速擠壓，從而降低成本和提高生產(chǎn)效率。
【IPC分類】C22C1-05, C22C32-00, C22C27-04, C23C8-64
【公開號】CN104862569
【申請?zhí)枴緾N201510250191
【發(fā)明人】張聚國, 鐘建華, 鐘奇, 余向陽
【申請人】江西理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月17日