一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面技術(shù)改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]—些難加工材料(如不銹鋼、鈦合金)或高硬度材料也用模具來成形。模具零件的精度也愈來愈高，稍有磨損就要報(bào)廢。所以經(jīng)淬火回火處理的模具零件雖然硬度很高，但其耐久性仍難以滿足日益提高的性能需要。人們就利用表面強(qiáng)化方法或表面改性技術(shù)來進(jìn)一步提高模具工作零件的使用性能。模具零件表面強(qiáng)化方法很多，如表面化學(xué)熱處理、表面淬火、物理或化學(xué)氣相沉積、表面鍍層、激光表面合金化等等。但是從成熟性、經(jīng)濟(jì)性、方便性等諸方面綜合考察，滲氮工藝是最好的也是目前最常用的方法。滲氮，亦稱氮化。是使氮原子在一定條件下滲入鋼的表面并擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部固溶并與Fe或合金形成各種化合物使表層硬化的化學(xué)熱處理工藝。模具零件滲氮是廣義的，包括滲入第二元素(如碳、氧、硫等)。廣義滲氮工藝有多種，主要有氣體滲氮(也包括氣體氮碳共滲，也稱軟氮化)、液體滲氮、固體(粉末)滲氮、真空滲氮、氧氮化、硫氮氧共滲等。固體滲氮因工藝粗放、勞動(dòng)條件差、質(zhì)量難以控制、效果欠佳等原因基本上已被淘汰不用。液體滲氮或鹽浴滲氮由于在有毒的氰鹽浴中進(jìn)行，雖然效果不錯(cuò)，可惜是有毒有害作業(yè)(也有稱無毒的，但其廢棄物仍是有害的)，即使可以采取種種措施加以防范，但與現(xiàn)代的無公害熱處理(綠色熱處理)的發(fā)展趨勢不符，在我國受到限制、不推廣或禁用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面技術(shù)改進(jìn)。
[0004]合金鋼W18Cr4V模具零件經(jīng)淬火回火處理的模具零件雖然硬度很高，但其耐久性仍難以滿足性能需要。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面技術(shù)改進(jìn)，采用氣體滲氮，包括:
[0007]合金鋼W18Cr4V模具零件的表面氣體滲氮工藝的應(yīng)用，得益于模具鋼含有Cr、Mo、V、A1等與氮有較強(qiáng)親和力并形成穩(wěn)定氮化物或氮碳化合物的合金元素。滲氮層顯著提高表面硬度和耐磨性、抗擦傷能力，尤其是抗粘著磨損(抗咬合能力);提高熱穩(wěn)定性，在500°C左右，仍能保持尚硬度:提尚非不鎊鋼的抗腐蝕能力；提尚耐疲勞性能和低的缺口疲勞敏感性。工件經(jīng)滲氮處理后，變形很小，且有良好的精度保持性(尺寸穩(wěn)定性)，表面質(zhì)量好。與機(jī)器零件滲氮相比較，模具零件的滲氮層較淺，處理周期不長。碳是不利于滲氮的元素，故碳含量不高的熱作模具鋼、塑料模具鋼滲氮效果更好。能提供氮原子的氣體介質(zhì)較多，滲氮介質(zhì)應(yīng)均勻地與零件表面接觸。在可能條件下都裝有風(fēng)扇或氣體循環(huán)裝置。
[0008]能提供氮原子的氣體介質(zhì)較多，但目前應(yīng)用最多且便宜的是氨氣
[0009]氨氣采用工業(yè)用瓶裝液氨即可。由于氨有強(qiáng)烈的刺激作用和惡臭。在空氣中的濃度超過萬分之一，不僅能聞到臭味且刺激喉嚨，引起咳嗽和頭痛，刺激眼睛而流淚，對人體有一定危害，
[0010]合金鋼W18Cr4V模具零件滲氮的工藝過程(工藝路線):一個(gè)合金鋼W18Cr4V模具零件，從原材料或毛坯經(jīng)過各種冷熱加工工序到成品的整個(gè)工藝過程通常有十幾道甚至幾十道工序。這些前工序的加工質(zhì)量，對滲氮質(zhì)量都有影響。合金鋼W18Cr4V模具零件滲氮工序在加工過程的最后階段。復(fù)雜或變形小的精密合金鋼W18Cr4V模具零件，滲氮前要經(jīng)過消除應(yīng)力退火。此外，工件要清洗干凈，表面無不利于滲氮的疵病、污垢。表面粗糙度也有一定要求。預(yù)先熱處理淬火和高溫回火工序按常規(guī)工藝。合金鋼W18Cr4V模具工件不需要滲氮的表面，涂專用的防滲氮涂料
[0011]上爐:
[0012]I)上爐時(shí)應(yīng)避免再次污染滲氮工件表面。
[0013]2)上爐要在工件清洗后立即進(jìn)行，不宜久置。
[0014]3)工件應(yīng)放在加熱爐(滲氮爐)的有效加熱區(qū)內(nèi)。
[0015]4)工件放置或吊掛應(yīng)均勻，不宜重疊、表面貼緊等不利于滲氮或放置不當(dāng)而造成過大變形。吊具應(yīng)清潔，并用涂層保護(hù)，減少對氨氣的催化分解作用。
[0016]放氣:
[0017]上爐完畢，首先要放氣，目的是:
[0018]I)排除爐內(nèi)原有的空氣。直接通氨氣。氨氣在300°C以上即完全分解。
[0019]2)檢驗(yàn)爐子及管路系統(tǒng)是否漏氣。
[0020]加熱:.
[0021]加熱宜緩慢，不因加熱過快而造成爐溫不均勻。大型滲氮爐，爐溫應(yīng)分段控制和測量。
[0022]合金W18Cr4V模具鋼滲氮工藝工程中，氣體滲氮主要控制的工藝參數(shù)是滲氮溫度、滲氮保溫時(shí)間、氨分解率等。氨氣流量反而是輔助指標(biāo)。
[0023]合金W18Cr4V模具鋼在500_550°C之間選取。
[0024]合金W18Cr4V模具鋼滲氮層深度隨滲氮溫度升高而加深。這是由于提高溫度有利于氮的吸收和擴(kuò)散。
[0025]合金W18Cr4V模具鋼高溫短時(shí)滲氮，滲氮層硬度曲線的梯度較陡。
[0026]合金W18Cr4V模具鋼滲氮溫度影響心部組織和性能，有時(shí)要避開回火脆性區(qū)。這也是在選取滲氮溫度時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的。模具鋼多數(shù)含有Mo元素，回火脆性現(xiàn)象不嚴(yán)重。
[0027]合金W18Cr4V模具鋼滲氮保溫時(shí)間主要決定于模具工件滲層深度的要求。在一定的深度范圍內(nèi)，隨著時(shí)間延長深度增加。
[0028]合金W18Cr4V模具鋼氣體滲氮過程中，氨分解率是衡量滲氮?dú)夥铡暗獎(jiǎng)荨?_滲氮能力的指標(biāo)。合金W18Cr4V模具鋼工件不希望在氮?jiǎng)莞叩臍夥罩袧B氮，以免形成氮濃度高的脆性的化合物層，即通常所說的白亮層。如果合金W18Cr4V模具鋼工件表面氮濃度太高，則應(yīng)采取擴(kuò)散處理，通常所說退氮。在極高氨分解率下，即氮?jiǎng)輼O低的氣氛中并適當(dāng)提高溫度下擴(kuò)散2-4h，使表面氮濃度降低，部分消除脆性的白亮層。
[0029]滲氮結(jié)束后應(yīng)緩慢冷卻，一般是隨爐冷卻，此時(shí)仍要通氨氣，以保持工件表面有美觀的銀灰色。
[0030]不同的模具零件，采用不同的鋼種，有不同的技術(shù)要求，所以具體零件的滲氮工藝要結(jié)合具體的實(shí)際生產(chǎn)條件有所調(diào)整。
【附圖說明】
[0031]圖1是合金W18Cr4V模具鋼氣體滲氮后滲氮層的硬度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]合金W18Cr4V模具鋼氣體滲氮設(shè)備，主要由兩大部分組成。一部分是爐體及附帶的控制測量儀表等:一部分為輸送滲氮?dú)怏w和排廢氣的管路系統(tǒng)。
[0033]合金鋼W18Cr4V模具零件滲氮罐和管路系統(tǒng)有良好的密封性。
[0034]合金鋼W18Cr4V模具零件在，正在放氣工程，氨氣和載氣體(RX)比例各50%。
[0035]合金鋼W18Cr4V模具零件加熱爐工作溫度不高，不超過700°C。但對爐子的爐溫均勻度要求很高，加熱階段在400°C、450°C、500°C下，保存5小時(shí)，氨氣分解率為35-40%。
[0036]合金鋼W18Cr4V模具零件的表面氣體滲氮，經(jīng)氣體滲氮處理后，滲氮深度
0.05-0.07mm，硬度 900-1200HV。
[0037]具體實(shí)施例:一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面處理方法，具體包括:工件清洗，工件清洗后3-5秒內(nèi)馬上上爐，放氣，加熱，冷卻；所述放氣階段，氨氣和載氣體各50% ;加熱階段，滲氮溫度達(dá)到400-500°C，保持5小時(shí)，氨氣分解率為35-40 %，加熱爐工作溫度不超過700°C。經(jīng)氣體滲氮處理后，滲氮深度0.05-0.07mm，硬度900-1200HV。
[0038]W18Cr4V模具零件零件氣體滲氮后，400°C、450°C和500°C下滲氮層硬度分布曲線如圖1所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面處理方法，其特征在于對表面進(jìn)行滲氮工藝工程，具體包括:工件清洗，工件清洗后3-5秒內(nèi)馬上上爐，放氣，加熱，冷卻；所述放氣階段，氨氣和載氣體各50% ;加熱階段，滲氮溫度達(dá)到400-500°C，保持5小時(shí)，氨氣分解率為.35-40%，加熱爐工作溫度不超過700°C。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:經(jīng)氣體滲氮處理后，滲氮深度.0.05-0.07mm，硬度 900-1200HV。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種合金鋼W18Cr4V模具零件的表面技術(shù)改進(jìn)，在于對模具零件表面進(jìn)行了氣體滲氮處理中，包括四個(gè)步驟：上爐，放氣，加熱和冷卻四個(gè)過程。對合金鋼W18Cr4V模具零件的表面氣體滲氮的放氣過程，氨氣和載氣體(RX)比例各50％。加熱過程，滲氮溫度達(dá)到400-500℃，并保持5小時(shí)，氨氣分解率為35-40％；加熱爐工作溫度不高，一般不超過700℃。但對爐子的爐溫均勻度要求很高，經(jīng)氣體滲氮處理后，滲氮深度0.05-0.07mm，硬度900-1200HV。合金鋼W18Cr4V模具零件的表面技術(shù)改進(jìn)后，提高表面硬度和耐磨性、抗擦傷能力，尤其是抗粘著磨損(抗咬合能力)；提高熱穩(wěn)定性，非不銹鋼的抗腐蝕能力提高耐疲勞性能和低的缺口疲勞敏感性。
【IPC分類】C23C8/26
【公開號】CN105525253
【申請?zhí)枴緾N201410573167
【發(fā)明人】張明
【申請人】無錫華冶鋼鐵有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2014年10月23日