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。
【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。人們就利用表面強化方法或表面改性技術(shù)來進一步提高模具工作零件的使用性能。模具零件表面強化方法很多，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散進入內(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行，雖然效果不錯，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。
[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，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，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散。
[0025]合金W18Cr4V模具鋼高溫短時滲氮，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，有時要避開回火脆性區(qū)。這也是在選取滲氮溫度時應(yīng)當(dāng)考慮的。模具鋼多數(shù)含有Mo元素，回火脆性現(xiàn)象不嚴重。
[0027]合金W18Cr4V模具鋼滲氮保溫時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氣氛“氮勢” _滲氮能力的指標(biāo)。合金W18Cr4V模具鋼工件不希望在氮勢高的氣氛中滲氮，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)采取擴散處理，通常所說退氮。在極高氨分解率下，即氮勢極低的氣氛中并適當(dāng)提高溫度下擴散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:一部分為輸送滲氮氣體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，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，滲氮溫度達到400-500°C，保持5小時，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】
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，滲氮溫度達到400-500°C，保持5小時，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，在于對模具零件表面進行了氣體滲氮處理中，包括四個步驟：上爐，放氣，加熱和冷卻四個過程。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，滲氮溫度達到400-500℃，并保持5小時，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