本發(fā)明屬于制磚模具技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種制磚模具用Cr12模具鋼性能測試方法。

背景技術(shù)：

制磚模具在使用過程中要求表面具有一定的硬度、強度和耐磨性。某公司采用制磚模具生產(chǎn)建筑用磚，模具材料為Cr12鋼，制磚模具需經(jīng)球化退火、淬火和低溫回火處理。該制磚模具在使用過程中容易磨損。制磚模具的磨損不僅會引起模具本身幾何形狀及粗糙度發(fā)生變化，影響到磚的形狀、尺寸和精度，也會因模具的頻繁更換浪費生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)率，影響到公司的經(jīng)濟(jì)效益。該制磚模具失效的主要原因是因為該模具表面的硬度和耐磨性不足。為了提高制磚模具的使用壽命，增加耐磨性，需對熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，而對于改進(jìn)后的熱處理工藝的是否可以提高制磚模具的使用壽命，需要采用有效的方法來進(jìn)行驗證，現(xiàn)有技術(shù)中缺少這種方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供一種制磚模具用Cr12鋼性能測試方法，目的是實現(xiàn)對制磚模具改進(jìn)后的熱處理工藝是否能提高制磚模具的使用壽命的驗證。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：制磚模具用Cr12鋼性能測試方法，包括步驟：

S1、提供第一試樣，對第一試樣進(jìn)行第一熱處理工藝，第一試樣的材質(zhì)為Cr12鋼；

S2、提供第二試樣，對第二試樣進(jìn)行第二熱處理工藝，第二試樣的材質(zhì)為Cr12鋼；

S3、對第一試樣和第二試樣的性能進(jìn)行對比。

所述第一熱處理工藝包括工序：

S11、球化退火；

S12、淬火；

S13、低溫回火。

所述工序S12中，淬火時加熱溫度為970-990℃，保溫時間為14-16min。

所述工序S12中，采用油冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

所述工序S13中，回火溫度為190-210℃，保溫時間為14-16min。

所述工序S13中，采用空冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

所述第二熱處理工藝包括工序：

S21、在共滲劑中共滲，得到表面的滲硼層；

S22、測定滲硼層的深度和硬度；

S23、淬火；

S24、低溫回火。

所述工序S21中，所述共滲劑為催滲劑或由催滲劑和稀土組成的混合物。

所述催滲劑的化學(xué)成分重量百分比為：B-Fe 72％，KBF₄ 6％，(NH₄)₂CO₃ 2％，木炭20％。

所述稀土的添加量按重量百分比計占共滲劑總量的0％、1％、3％和5％。

所述工序S22中，測定第二試樣的金相組織以及表面滲硼層的深度和硬度后，根據(jù)滲硼層的深度以及硬度的高低，確定工序S21中最佳的稀土添加量。

所述工序S23中，淬火時加熱溫度為970-990℃，保溫時間為14-16min。

所述工序S24中，回火溫度為190-210℃，保溫時間為14-16min。

本發(fā)明的制磚模具用Cr12鋼性能測試方法，通過對兩種模具鋼試樣采用不同的熱處理工藝進(jìn)行處理，并對兩種模具鋼試樣的組織和性能進(jìn)行對比，從而根據(jù)對比結(jié)果，有助于就針對制磚模具改進(jìn)后的熱處理工藝是否可以提高制磚模具的使用壽命做出直觀判斷。

附圖說明

本說明書包括以下附圖，所示內(nèi)容分別是：

圖1為第一試樣經(jīng)球化退火、淬火和低溫回火處理后的金相組織；

圖2為第二試樣經(jīng)共滲處理后的金相組織，表層為鋸齒狀硼化物，主要由FeB相、Fe₂B相、(Fe、Cr)₂B相組成；向內(nèi)是過渡層，主要由(Cr、Fe)₇C₃相、須狀Fe₂B相和島狀(Fe、Cr)₃C相組成；心部為原始組織，由珠光體與碳化物組成；

圖3為Cr12鋼稀土添加量與滲硼層深度的關(guān)系曲線。

圖4為Cr12鋼稀土添加量與滲硼后最高硬度的關(guān)系曲線。

圖5為第二試樣經(jīng)第二熱處理工藝處理后的金相組織，表層為硼化物層；向內(nèi)是過渡層；心部組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體；

圖6為第一試樣和第二試樣的硬度對比圖；

圖7為第一試樣和第二試樣的磨損量與磨損時間的關(guān)系曲線圖。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，目的是幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解，并有助于其實施。

本發(fā)明提供了一種制磚模具用Cr12鋼性能測試方法，包括如下的步驟：

S1、提供第一試樣，對第一試樣進(jìn)行第一熱處理工藝；

S2、提供第二試樣，對第二試樣進(jìn)行第二熱處理工藝；

S3、對第一試樣和第二試樣的性能進(jìn)行對比。

具體地說，第一試樣和第二試樣的材質(zhì)均為Cr12鋼，第一試樣和第二試樣均分別包括多塊采用Cr12鋼制成且長寬高尺寸為10mm×10mm×15mm的鋼塊。

在對第一試樣進(jìn)行熱處理時，第一熱處理工藝包括如下的工序：

S11、球化退火；

S12、淬火；

S13、低溫回火。

工序S11中，對第一試樣進(jìn)行球化退火處理時的加熱溫度為850-870℃，保溫時間為14-16分(min)，最后緩慢冷卻到490-510℃后出爐空冷。

在工序S12中，對第一試樣進(jìn)行淬火時的加熱溫度為970-990℃，保溫時間為14-16分(min)，最后采用油冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

在工序S13中，對第一試樣進(jìn)行回火處理時，回火溫度為190-210℃，保溫時間為14-16分(min)，最后采用空冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

在對第一試樣進(jìn)行熱處理時，第一熱處理工藝還包括如下的工序：

S14、測定第一試樣的性能，包括第一試樣的金相組織、硬度和耐磨性。

對第一試樣完成低溫回火處理后，進(jìn)行工序S14。在工序S14中，先對第一試樣經(jīng)過磨制、拋光，然后用4％的硝酸酒精侵蝕第一試樣，然后用4XC-D型金金相攝影顯微鏡測定第一試樣的金相組織，然后用HV-1000型顯微硬度計測定第一試樣的硬度，最后用MMW-1型磨損試驗機測定其耐磨性。

第一試樣經(jīng)球化退火、普通淬火和低溫回火后的金相組織如圖1所示，為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。第一試樣中含有高的碳含量和合金元素含量，屬于萊氏體鋼。淬火后得到片狀馬氏體和碳化物Cr₇C₃。由于碳與合金元素降低馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度和終了溫度，導(dǎo)致室溫下部分奧氏體沒有轉(zhuǎn)變，成為殘余奧氏體?；鼗疬^程中，片狀馬氏體分解為回火馬氏體，淬火得到的殘余奧氏體和碳化物沒有變化，保留下來。

在對第二試樣進(jìn)行熱處理時，第二熱處理工藝包括如下的工序：

S21、在共滲劑中共滲，得到表面的滲硼層；

S22、測定滲硼層的深度和硬度；

S23、淬火；

S24、低溫回火。

在工序S21中，將第二試樣置于共滲劑中進(jìn)行共滲處理，使第二試樣的表面形成滲硼層。由于固體滲硼設(shè)備簡單，操作方便，成本低，因此對Cr12鋼采用固體滲硼處理。

共滲劑為催滲劑或為由催滲劑和稀土組成的混合物。作為優(yōu)選的，催滲劑的化學(xué)成分重量百分比為：B-Fe(硼鐵)72％，KBF₄(氟硼酸鉀)6％，(NH₄)₂CO₃(碳酸銨)2％，木炭20％。B-Fe為供硼劑，主要作用是產(chǎn)生活性硼原子。KBF₄為活化劑，其作用是使被滲工件表面保持“活化”狀態(tài)，使硼原子容易吸附于工件表面并向內(nèi)擴散。木炭為填充劑，作用是減少滲劑的板結(jié)，避免滲劑與工件的粘連，方便取出試樣，并降低成本。

工序S21中使用的共滲劑為由催滲劑和稀土組成的混合物時，將稀土與滲硼劑按比例混合均勻后，裝入滲硼箱中。滲硼加熱溫度為900℃，保溫5h，然后緩冷到室溫。在加熱和保溫過程中，滲硼劑分解出活性硼原子，被第二試樣表面吸附，然后活性硼原子從鋼的表面向內(nèi)部擴散，形成具有一定深度的滲硼層。

在工序S22中，測定第二試樣的金相組織以及表面滲硼層的深度和硬度后，根據(jù)滲硼層的深度以及硬度的高低，確定出工序S21的共滲劑中最佳的稀土添加量。

因此，在工序S21中，將第二試樣分成四份，對四份第二試樣分別置于具有不同含量稀土或不含有稀土的共滲劑中進(jìn)行共滲處理，即根據(jù)稀土添加量的不同分四組共滲處理，繼而在工序S22中分別測定四份第二試樣的金相組織、滲硼層深度和硬度，通過對比滲硼層深度和硬度的高低，確定出哪一組共滲處理采用的共滲劑中的稀土添加量為最佳。在工序S21中，稀土元素優(yōu)選為鈰，稀土的添加量按重量百分比計分別占各組共滲劑總量的0％、1％、3％和5％，即，第一組共滲處理使用的共滲劑為催滲劑，不含有稀土；第二組共滲處理使用的共滲劑為由催滲劑和稀土組成的混合物，稀土的添加量按重量百分比計分別占共滲劑總量的1％；第三組共滲處理使用的共滲劑為由催滲劑和稀土組成的混合物，稀土的添加量按重量百分比計分別占共滲劑總量的3％；第四組共滲處理使用的共滲劑為由催滲劑和稀土組成的混合物，稀土的添加量按重量百分比計分別占共滲劑總量的5％。

經(jīng)共滲處理后的第二試樣的組織是由三部分組成：表層為硼化物層，呈鋸齒狀分布，主要由FeB相、Fe₂B相、(Fe、Cr)₂B相組成。向內(nèi)是過渡層，主要由(Cr、Fe)₇C₃相、須狀Fe₂B相和島狀(Fe、Cr)₃C相組成。心部保持原始組織。共滲劑中稀土添加量的多少對第二試樣的組織組成影響不大，主要影響到硼化物的硬度和滲硼層深度。圖2為第二試樣置于稀土含量為3％的共滲劑中共滲處理后的金相組織示意圖。

第二試樣經(jīng)共滲處理后，不同稀土添加量與滲硼層深度的關(guān)系如圖3所示?？梢钥闯?，隨著稀土添加量的增加，滲硼層深度增加，達(dá)到3％時，滲硼層深度最大；隨后隨著稀土添加量的增加，滲硼層深度減小。滲硼過程包括滲硼劑的分解，活性硼原子的吸附與擴散。稀土具有很強的化學(xué)活性，能加速滲劑的分解；它易吸附于金屬的表面，使系統(tǒng)能量降低，促進(jìn)滲硼的進(jìn)行；由于稀土原子的半徑較大，稀土的滲入會導(dǎo)致空位的產(chǎn)生，為硼原子的擴散提供通道，使?jié)B硼速度加快。當(dāng)滲劑中加稀土量很少時，稀土元素對滲劑的分解促進(jìn)作用較小，同時，稀土原子在試樣表面的覆蓋率也較少，使活性硼原子濃度增加不多。而當(dāng)滲劑中加入過多的稀土?xí)r，較多的稀土原子堆積在試樣表面，阻礙了鋼表面捕獲活性硼原子，使鋼表面吸附的活性硼原子減少，導(dǎo)致滲硼層深度減小。故只有當(dāng)稀土含量適宜時，稀土原子的活性作用才能充分發(fā)揮，催滲效果才最好。

第二試樣經(jīng)不同添加量的稀土-硼共滲處理后，具有的最高硬度如圖4所示。可以看出，當(dāng)稀土添加量較低時，隨著稀土添加量的增多，表面硬度逐漸增加，原因是由于表層形成FeB與Fe₂B硼化物，具有很高的硬度，導(dǎo)致Cr12鋼硬度的提高。當(dāng)稀土添加量達(dá)到3％時，硬度最高，繼續(xù)提高稀土添加量，硬度變化不大，原因是由于繼續(xù)增加稀土量，大量的稀土原子分布在鋼的表面，影響硼原子的吸附。因此盡管稀土含量增加，鋼表面形成的硼化物數(shù)量變化不大，硬度也基本不變。

綜上分析，共滲劑中最佳的稀土添加量為3％。

在工序S23中，將經(jīng)過稀土含量為3％的共滲劑的共滲處理后的第二試樣進(jìn)行淬火處理，淬火處理時加熱溫度為970-990℃，保溫時間為14-16分(min)，最后采用油冷方式對第二試樣進(jìn)行冷卻。

工序S24中，繼續(xù)對同一份第二試樣進(jìn)行低溫回火處理，回火溫度為190-210℃，保溫時間為14-16分(min)，最后采用空冷方式對第二試樣進(jìn)行冷卻。

在對第二試樣進(jìn)行熱處理時，第二熱處理工藝還包括如下的工序：

S25、測定第二試樣的性能。

對第二試樣完成低溫回火處理后，進(jìn)行工序S25。在工序S25中，測定第二試樣經(jīng)滲硼處理+淬火+低溫回火后的金相組織、硬度和耐磨性。

在步驟S3中，將第二試樣的金相組織、硬度和耐磨性與改進(jìn)前經(jīng)球化退火+普通淬火+低溫回火處理的第一試樣的金相組織、硬度和耐磨性對比，比較其性能的變化。

對于現(xiàn)有技術(shù)中采用Cr12鋼制作的制磚模具，若制磚模具依次進(jìn)行球化退火、普通淬火和低溫回火處理(即上述第一熱處理工藝)，制磚模具在使用過程中容易磨損，主要原因是因為模具表面的硬度和耐磨性不足。

若對熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高制磚模具的使用壽命，增加耐磨性，使制磚模具依次進(jìn)行共滲處理、淬火和低溫回火處理(即上述第二熱處理工藝)，固體滲硼是將鋼放入滲硼劑中，加熱到適當(dāng)?shù)臏囟群捅睾?，冷卻到室溫。在加熱和保溫過程中滲硼劑分解出活性硼原子，被鋼的表面吸附，然后從表面擴散到內(nèi)部。由于鋼的表面形成硼化鐵和硼化亞鐵，具有很高的硬度，因此通過滲硼可以提高制磚模具的耐磨性。鋼經(jīng)過滲硼處理后，由于滲硼層的深度較淺，使用過程中也會由于過早的磨損而影響模具的使用壽命。為了進(jìn)一步提高制磚模具的耐磨性，延長使用壽命，在滲硼過程中添加稀土。稀土具有很強的化學(xué)活性，能加速滲硼劑的分解，增加活性硼原子的數(shù)量；同時稀土容易吸附于鋼的表面，使系統(tǒng)能量降低，促進(jìn)滲硼的進(jìn)行。由于稀土原子的半徑較大，它的滲入會導(dǎo)致空位的產(chǎn)生，為硼原子的滲入提供通道，使?jié)B硼速度加快，增加滲硼層的深度。此外，稀土?xí)纳票韺优鸹锏慕M織，提高其致密性、連續(xù)性和均勻性，進(jìn)而提高表面的硬度和耐磨性，進(jìn)而可以提高制磚模具的壽命。

本發(fā)明的測試方法，通過對第一試樣和第二試樣采用不同的熱處理工藝分別進(jìn)行處理，第一試樣采用的熱處理工藝與制磚模具改進(jìn)前的熱處理工藝相同，第二試樣采用的熱處理工藝與制磚模具改進(jìn)后的熱處理工藝相同，一方面實現(xiàn)了對制磚模具用Cr12模具鋼的金相組織、硬度和耐磨性的有效測定，另一方面通過將兩種試樣的金相組織和性能進(jìn)行對比，從而根據(jù)對比結(jié)果，有助于就針對制磚模具改進(jìn)后的熱處理工藝是否可以提高制磚模具的使用壽命做出直觀判斷，提供一種驗證的有效手段。

實施例一

本實施例提供了一種制磚模具用Cr12鋼性能測試方法，包括如下的步驟：

S1、提供第一試樣，對第一試樣進(jìn)行第一熱處理工藝；

S2、提供第二試樣，對第二試樣進(jìn)行第二熱處理工藝；

S3、對第一試樣和第二試樣的性能進(jìn)行對比。

在對第一試樣進(jìn)行熱處理時，第一熱處理工藝包括如下的工序：

S11、球化退火；

S12、淬火；

S13、低溫回火；

S14、測定第一試樣的性能。

工序S11中，對第一試樣進(jìn)行球化退火處理時的加熱溫度為860℃，保溫時間為15分(min)，最后緩慢冷卻到500℃后出爐空冷。

在工序S12中，對第一試樣進(jìn)行淬火時的加熱溫度為980℃，保溫時間為15分(min)，最后采用油冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

在工序S13中，對第一試樣進(jìn)行回火處理時，回火溫度為200℃，保溫時間為15分(min)，最后采用空冷方式對第一試樣進(jìn)行冷卻。

在對第二試樣進(jìn)行熱處理時，第二熱處理工藝包括如下的工序：

S21、在共滲劑中共滲，得到表面的滲硼層；

S22、測定滲硼層的深度和硬度；

S23、淬火；

S24、低溫回火；

S25、測定第二試樣的性能。

在工序S21中，共滲劑為由催滲劑和稀土組成的混合物。催滲劑的化學(xué)成分重量百分比為：B-Fe(硼鐵)72％，KBF₄(氟硼酸鉀)6％，(NH₄)₂CO₃(碳酸銨)2％，木炭20％。稀土的添加量按重量百分比計占共滲劑總量的3％。

在工序S23中，將經(jīng)過稀土含量為3％的共滲劑的共滲處理后的第二試樣進(jìn)行淬火處理，淬火處理時加熱溫度為980℃，保溫時間為15分(min)，最后采用油冷方式對第二試樣進(jìn)行冷卻。

工序S24中，對第二試樣進(jìn)行低溫回火處理，回火溫度為200℃，保溫時間為15分(min)，最后采用空冷方式對第二試樣進(jìn)行冷卻。

圖5為第二試樣經(jīng)共滲處理后，再經(jīng)980℃油淬，200℃回火后的組織，表層為硼化物層；向內(nèi)是過渡層，主要由碳化物(Cr、Fe)₇C₃相和硼化物Fe₂B相組成；心部組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。

圖6為僅僅經(jīng)淬火+回火處理的第一試樣的硬度與經(jīng)3％稀土-硼+淬火+回火處理后第二試樣的硬度對比。可以看出，對Cr12鋼經(jīng)共滲處理后，硬度明顯提高。原因是滲硼后表層含有硼化物，具有高的硬度，能夠滿足制磚模具表面高的硬度和耐磨性的要求，同時心部經(jīng)淬火和回火處理，得到回火馬氏體和碳化物，也提高了制磚模具的強度。

圖7為Cr12鋼淬火+回火處理與3％稀土-硼+淬火+回火處理后磨損量與磨損時間的關(guān)系曲線。可以看出，稀土-硼共滲后，鋼的磨損量明顯減少。一方面是由于表面硼化物，具有很高的硬度，可以提高耐磨性。另一方面，稀土改善了滲硼層的組織，使得硼化物更致密。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述。顯然，本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制。只要是采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)；或未經(jīng)改進(jìn)，將本發(fā)明的上述構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。