專利名稱：一種模具表面快速滲金屬處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬模具表面的強化處理，尤其是一種模具表面快速滲金屬 處理工藝。
背景技術：
模具壽命的高低是衡量模具質量的重要指標之一，它不僅影響產(chǎn)品質量，而 且影響生產(chǎn)效率和成本。因此，模具表面的強化處理日益受到人們的重視，除了 傳統(tǒng)的鋼鐵熱處理外，表面處理技術已經(jīng)成為新興發(fā)展起來的一門重要學科。TD (Thermal Di伍sion Carbide Coating Process)覆層處理技術(熔鹽浸鑲法)是熱 擴散法碳化物覆層處理的簡稱，亦稱TD熔鹽滲金屬技術處理，首先由日本豐田 中央研究所發(fā)明，是一種有效解決模具拉傷問題并可大幅提高模具壽命的表面處 理技術。其原理是將模具置于特種介質中，通過900 1000'C、保溫3 10小時 的高溫擴散作用，在模具表面形成一層數(shù)微米至數(shù)十微米的金屬碳化物覆層，該 覆層具有硬度高(HV可達3200左右)，致密光滑，與基體冶金結合，具有極高 的耐磨、抗咬合、耐蝕等性能，與物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD) 相比，具有設備簡單，投資成本低，操作方便等優(yōu)點，倍受重視。
在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)滲金屬工藝雖然提高了模具表面的硬度，但也存在不足， ①由于模具經(jīng)長時間(3 10小時)的高溫保溫，造成材料晶粒粗大，導致模具 韌性下降；②由于模具材料淬火溫度會高達1100 115(TC，金屬鹽在高溫狀態(tài) 下會造成揮發(fā)污染；③熔鹽隨滲透溫度的提高氧化加劇，影響滲層質量； 長時 間的高溫加熱浪費能源。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種利用熱波動增加金屬原子 的動能、以提高原子的遷移速度為基本原理，采用脈沖循環(huán)加熱方式，從而達到 加速滲入原子在金屬內的遷移速度、縮短工藝處理時間、降低工藝溫度、減少環(huán) 境污染的一種模具表面快速滲金屬處理工藝。
根據(jù)上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn) 一種模具表面快速滲 金屬處理工藝，其特征在于所述的工藝為等幅脈沖工藝，該工藝包括以下步驟① 將按滲金屬技術配置的金屬鹽在滲金屬鹽爐內加熱熔化，并對熔鹽進行凈 化處理，升溫至900土10。C;
② 模具在750 85(TC的中溫鹽爐中預熱，保溫時間20 30分鐘；
③ 經(jīng)預熱的模具迅速掛入900士1(TC滲金屬鹽爐內保溫，保溫時間根據(jù)模具 尺寸和鹽爐加熱系數(shù)確定
tl=A k D
式中一tl——模具加熱時間，分
A——加熱系數(shù)，取0. 3 0. 35分/毫米
k——模具裝爐系數(shù)，通常取1.5
D——模具有效厚度 要求保溫時間不少于20分鐘；
④ 保溫后隨爐升溫到1000士1(TC，保溫5 15分鐘；
⑤ 高溫段保溫后隨爐降溫到900土10。C，保溫20 30分鐘；
⑥ 根據(jù)模具設計的材料和覆層深度要求，設置多個依次重復④、⑤等幅脈沖
循環(huán)處理周期，其中最后一個周期的最后一次循環(huán)升溫到模具設計的淬火固溶溫 度，該溫度按處理材料的熱處理淬火溫度低20 50'C設定，保溫5 20分鐘。 所述的多個等幅脈沖循環(huán)處理周期為3 10個。
一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征在于所述的工藝為階梯脈沖工 藝，該工藝包括以下步驟
① 將按滲金屬技術配置的金屬鹽在滲金屬鹽爐內加熱熔化，并對熔鹽進行凈 化處理，升溫至900土10。C;
② 模具在750 85(TC的中溫鹽爐中預熱，保溫時間20 30分鐘；
③ 經(jīng)預熱的模具迅速掛入900土1(TC滲金屬鹽爐內保溫，保溫時間根據(jù)模具
尺寸和鹽爐加熱系數(shù)確定 tl=A k D
式中一tl——模具加熱時間，分
A——加熱系數(shù)，取0. 3 0. 35分/毫米
k——模具裝爐系數(shù)，通常取1.5
D——模具有效厚度 要求保溫時間不少于20分鐘； 保溫后隨爐升溫到1000± 10°C ，保溫5 15分鐘； ⑤ 隨爐降溫到920士1(TC，保溫20 30分鐘；
⑥ 隨爐升溫到1020士10'C，保溫5 15分鐘；
⑦ 根據(jù)模具設計的材料和覆層深度要求，設置多個依次重復⑤、(D階梯脈沖 循環(huán)處理周期，每個循環(huán)周期溫度相對前次提高20 30°C，其中最后一個周期 的最后一次循環(huán)升溫到模具設計的淬火固溶溫度，該溫度按處理材料的熱處理淬 火溫度低20 50。C設定，保溫5 20分鐘。
所述的多個階梯脈沖循環(huán)處理周期為3 5個。
所述的等幅脈沖和階梯脈沖的總滲金屬加熱保溫時間t2根據(jù)模具覆層深度 計算總滲金屬加熱保溫時間按t2》小時/3 5微米。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用熱波動來增加金屬原子的動能、以提高在金屬 內滲入原子的遷移速度為基本原理，采用了等幅脈沖和階梯脈沖兩種工藝方法， 實現(xiàn)金屬模具表面強化處理，克服了傳統(tǒng)處理工藝加熱時間長、溫度高的缺陷， 從而獲得了在縮短工藝處理時間、降低工藝溫度、減少環(huán)境污染、提高滲層質量、 減少能源浪費等方面的顯著進步和明顯效果。
具體實施例方式
本發(fā)明一種模具表面快速滲金屬處理工藝，該工藝包括等幅脈沖工藝和階梯 脈沖工藝兩種加熱方式。
兩種加熱方式都涉及預先配置熔鹽，關于熔鹽組成成份及其配比，根據(jù)機械 工業(yè)出版社出版的"熱處理手冊"第3版第1期刊載內容，熔鹽按重量百分比在 滲金屬鹽爐內預先配制包括加入BaC165。/。、 NaC110%、脫水硼砂10%、鋁粉 5%、按滲金屬成份加入鈦或釩或鉻或鈮的需要，加入鈦鐵粉或釩鐵粉或鉻鐵粉 或鈮鐵粉10%;
配制成的熔鹽除渣后鎮(zhèn)靜20分鐘達到脫氧凈化，然后對滲金屬熔鹽加熱升 溫至900±10°C;
對于根據(jù)模具尺寸和鹽爐加熱系數(shù)計算的保溫時間，如不足20分鐘的，必 須保證不少于20分鐘，以確保低溫段保溫時間要長些，故不能少于20分鐘。
等幅脈沖或階梯脈沖中，模具總滲金屬加熱保溫時間t2根據(jù)模具設計覆層 深度要求，按t2》小時/3 5微米計算，不包括模具中溫預熱保溫時間?？倽B金 屬加熱保溫時間t2在各道工序中的分配原則是高溫時段加熱保溫時間短些， 低溫時段加熱保溫時間長些。
實施例1
某冷擠壓模具采用LD鋼制造，覆層處理深度》10微米。原處理工藝是800 'C中溫鹽爐預熱保溫25分鐘，快速掛入950'C高溫鹽爐保溫5小時滲金屬，升 溫到110(TC保溫20分鐘油冷淬火。經(jīng)550'C保溫三次回火后測試，模具覆層厚 度13微米，表面硬度HV2800，基體硬度HRC60 6L5，晶粒度8 8.5級，總滲 金屬處理保溫時間t2為5小時20分。
采用本發(fā)明的階梯脈沖加熱工藝80(TC中溫鹽爐預熱保溫25分鐘，快速掛 入900。C滲金屬鹽爐保溫30分鐘，升溫到IOO(TC保溫15分鐘，降溫至93(TC保 溫30分鐘，升溫到103(TC保溫15分鐘，降溫至960。C保溫30分鐘，第三次循 環(huán)升溫到1080。C保溫20分鐘油冷淬火?？倽B金屬加熱保溫時間t2為3小時50 分鐘。經(jīng)55(TC三次回火后測試，模具覆層厚度〉15微米，表面硬度HV2800， 基體硬度服C61 62.5，晶粒度〉9級。
采用本發(fā)明，工藝時間縮短了 1小時35分鐘，模具覆層增加2微米，晶粒 度提高1個等級，模具實際使用壽命提高約10%。
實施例2
某冷作模具用Crl2MoV鋼要求覆層碳化物提高耐磨性能，覆層深度》15微 米。原處理工藝750"C中溫鹽爐預熱保溫25分鐘，快速掛入IOO(TC，高溫鹽 爐保溫8小時滲金屬，保溫后油冷淬火，總滲金屬處理保溫時間t2為8小時。 經(jīng)53(TC保溫三次回火后測試，模具覆層厚度13微米，表面硬度HV3000，基體 硬度HRC61 62.5，晶粒度7.5 8級。
采用本發(fā)明的等幅脈沖加熱工藝75(TC中溫鹽爐預熱保溫25分鐘，快速進 入90(TC滲金屬鹽爐保溫30分鐘，升溫到IOO(TC保溫15分鐘，降溫至900'C保 溫30分鐘，升溫到IOOO'C保溫15分鐘，降溫至90(TC保溫30分鐘，第三次循 環(huán)加熱升溫到IOO(TC保溫20分鐘油冷淬火?？倽B金屬加熱保溫時間t2為4小時 20分鐘，經(jīng)53(TC三次回火后測試，模具覆層厚度>15微米，基體硬度服C63 63.5,晶粒度〉9級。
實施例3
某穿管頂頭用H13鋼制造，為提高表面層高溫性能，在表面通過滲硼形成 100 130微米的硼化合物層。原工藝是模具掛入75(TC中溫鹽爐保溫30分鐘， 迅速掛入滲硼95(TC鹽爐保溫7小時，升溫到105(TC保溫20分鐘出爐油冷淬火。 滲層深150微米，晶粒度6 7. 5級。
采用本發(fā)明的等幅脈沖加熱工藝；模具掛入滲硼鹽爐裝爐升溫到75(TC保溫
30分鐘，迅速掛入900。C滲硼鹽爐保溫30分鐘，升溫到IOO(TC保溫15分鐘， 降溫到90(TC保溫30分鐘，再升溫到IOO(TC保溫15分鐘，降溫到90(TC保溫30 分鐘，重復以上循環(huán)過程共3次，第三次循環(huán)升溫到1030'C保溫20分鐘出爐油 冷淬火。總滲金屬加熱保溫時間t2為4小時20分鐘。滲層深125微米，晶粒度 8 8. 5級，節(jié)約工藝時間2小時40分鐘。
權利要求
1.一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征在于所述的工藝為等幅脈沖工藝，該工藝包括以下步驟①將按滲金屬技術配置的金屬鹽在滲金屬鹽爐內加熱熔化，并對熔鹽進行凈化處理，升溫至900±10℃；②模具在750～850℃的中溫鹽爐中預熱，保溫時間20～30分鐘；③經(jīng)預熱的模具迅速掛入900±10℃滲金屬鹽爐內保溫，保溫時間根據(jù)模具尺寸和鹽爐加熱系數(shù)確定t1＝A·k·D式中—t1——模具加熱時間，分 A——加熱系數(shù)，取0.3～0.35分/毫米 k——模具裝爐系數(shù)，通常取1.5 D——模具有效厚度要求保溫時間不少于20分鐘；④保溫后隨爐升溫到1000±10℃，保溫5～15分鐘；⑤高溫段保溫后隨爐降溫到900±10℃，保溫20～30分鐘；⑥根據(jù)模具設計的材料和覆層深度要求，設置多個依次重復④、⑤等幅脈沖循環(huán)處理周期，其中最后一個周期的最后一次循環(huán)升溫到模具設計的淬火固溶溫度，該溫度按處理材料的熱處理淬火溫度低20～50℃設定，保溫5～20分鐘。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征在于 所述的多個等幅脈沖循環(huán)處理周期為3 10個。
3、 一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征在于所述的工藝為階梯脈沖 工藝，該工藝包括以下步驟① 將按滲金屬技術配置的金屬鹽在滲金屬鹽爐內加熱熔化，并對熔鹽進行凈 化處理，升溫至900士1(TC;② 模具在750 85(TC的中溫鹽爐中預熱，保溫時間20 30分鐘；③ 經(jīng)預熱的模具迅速掛入900土1(TC滲金屬鹽爐內保溫，保溫時間根據(jù)模具 尺寸和鹽爐加熱系數(shù)確定tl=A k D 式中一tl——模具加熱時間，分A——加熱系數(shù)，取0.3 0. 35分/毫米k——模具裝爐系數(shù)，通常取L5D——模具有效厚度 要求保溫時間不少于20分鐘；④ 保溫后隨爐升溫到1000土10'C，保溫5 15分鐘；⑤ 隨爐降溫到920土1(TC，保溫20 30分鐘；⑥ 隨爐升溫到1020士10。C，保溫5 15分鐘；⑦ 根據(jù)模具設計的材料和覆層深度要求，設置多個依次重復⑤、⑥階梯脈沖 循環(huán)處理周期，每個循環(huán)周期溫度相對前次提高20 30°C，其中最后一個周期 的最后一次循環(huán)升溫到模具設計的淬火固溶溫度，該溫度按處理材料的熱處理淬 火溫度低20 5(TC設定，保溫5 20分鐘。
4、 根據(jù)權利要求3所述的一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征在于 所述的多個階梯脈沖循環(huán)處理周期為3 5個。
5、 根據(jù)權利要求1或3所述的一種模具表面快速滲金屬處理工藝，其特征 在于所述的等幅脈沖和階梯脈沖的總滲金屬加熱保溫時間t2根據(jù)模具覆層深度 計算總滲金屬加熱保溫時間按t2》小時/3 5微米。
全文摘要
本發(fā)明是一種模具表面快速滲金屬處理工藝，即將預熱模具置于滲金屬鹽爐中，采用脈沖循環(huán)加熱保溫方式，利用熱波動增加金屬原子的動能來提高原子的遷移速度，并加速滲入原子在金屬內的遷移速度來達到模具強化處理目的，脈沖循環(huán)加熱方式有等幅脈沖工藝和階梯脈沖工藝兩種方式，克服了傳統(tǒng)處理工藝加熱時間長、溫度高的缺陷，從而獲得了在縮短工藝處理時間、降低工藝溫度、減少環(huán)境污染、提高滲層質量、減少能源浪費等方面的顯著進步和明顯效果。
文檔編號C23C10/18GK101368257SQ20081012103
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者汀 葉, 周重光, 強 孫, 沈國盛, 金云康 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所;慈溪市龍山汽配有限公司