一種工具鋼氣體滲鉻和淬火結(jié)合的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面處理行業(yè)領(lǐng)域，特別是一種工具鋼表面氣體滲鉻和淬火工藝結(jié)合的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，雖然都可以獲得硬質(zhì)涂層，但是CVD法處理溫度高(90(TC?120(TC)，PVD法雖然降低了處理溫度，但PVD法對(duì)工件前處理要求嚴(yán)苛，設(shè)備昂貴，操作繁瑣，成本高，膜層與基體結(jié)合力較差。熱反應(yīng)擴(kuò)散沉積(Thermo-reactive diffus1n/ deposit1n, TRD )處理技術(shù)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，是一種極具發(fā)展前途的表面強(qiáng)化技術(shù)。
[0003]滲鉻處理可應(yīng)用在低碳(0.3%C以下)和中碳(0.3%?0.55%C)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高合金鋼、鎳基合金等。鋼料經(jīng)滲鉻處理后，表面會(huì)生成含鉻碳化物層，可防止水氣、腐蝕氣體向內(nèi)部侵蝕滲透，表面硬度可達(dá)1600?1800HV。鉻碳化物鍍覆層與母材的結(jié)合力強(qiáng)，且兼具有耐磨、耐蝕、耐熱的特性，近年來在模具等產(chǎn)業(yè)上廣泛應(yīng)用。
[0004]滲鉻處理的方法主要有三種，鹽浴滲鉻法處理溫度可低達(dá)500°C，但是滲層薄且滲速緩慢，滲鉻后工件清理困難，能耗高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，滲鍍液體對(duì)環(huán)境有污染，限制了其應(yīng)用。固體和氣體滲鉻溫度一般高于1000°c，在這樣高的溫度下滲鉻，工件變形嚴(yán)重、組織粗化，滲鉻后需進(jìn)行淬回火處理。因此，降低滲鉻溫度或者優(yōu)化滲鉻工藝以應(yīng)用范圍成為人們研究的熱點(diǎn)。
[0005]針對(duì)TRD法滲鉻技術(shù)的現(xiàn)狀，降低滲鉻溫度的液體和固體滲鉻方面的研究較多，氣體滲鉻卻未見報(bào)道。作者另辟蹊徑，建立并發(fā)展了一種新的氣體滲鉻處理與熱處理結(jié)合的技術(shù)，這種技術(shù)滲鉻后無需取出工件及冷卻，更無需將工件再轉(zhuǎn)入鹽浴爐升溫、淬火及清洗等，直接在滲鉻爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)淬火，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。這種方法的提出，豐富了氣體滲鉻和熱處理技術(shù)結(jié)合研究思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要是指將鉻粉、氯化氨(NH4Cl)粉末及工件分別放置在滲鉻爐內(nèi)，通氮?dú)馍郎刂?00?110(TC，通入干燥氫氣，促進(jìn)滲鉻反應(yīng)的進(jìn)行。氯化氨分解產(chǎn)生氯化氫(HCl)氣體，當(dāng)氯化氫氣體通過高溫的鉻鐵粉時(shí)，制得了二氯化鉻(CrCl2)氣體。當(dāng)生成的二氯化鉻氣體掠過零件表面時(shí)，通過置換、還原、熱分解等反應(yīng)，在零件表面沉積鉻，從而獲得滲鉻層。到達(dá)滲鉻時(shí)間后無需取出工件，直接通入氮?dú)?，進(jìn)行氣體淬火。然后再將工件放置到回火爐升溫至50(T600°C，保溫2小時(shí)后取出，空氣中冷卻。
【附圖說明】
[0007]附圖是一實(shí)施例的氣體滲鉻及熱處理各階段升溫曲線，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度rc)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]鉻粉、氯化氨粉末以及經(jīng)過拋光、脫脂和清洗的工件分別放置在滲鉻爐爐膽內(nèi)承載臺(tái)上，密封爐膽，裝回滲鉻爐。通入氮?dú)獠⑸郎?，先加熱?00?600°C，保溫0.5?I小時(shí)，再升溫到達(dá)設(shè)定滲鉻工作溫度改通入氫氣，以促進(jìn)滲鉻反應(yīng)的進(jìn)行，10小時(shí)后，再通入氮?dú)鈱t體中的鹵素氣體排出同時(shí)進(jìn)行淬火，取出放入回火爐升溫至500?600°C保溫2小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫。各階段升溫曲線如附圖所示。
[0009]具體反應(yīng)如下:
NH4C1(粉末)—NH3(氣體)+ HCl(M)⑴
Cr(粉末)+ 2HC1(氣體)—CrCl2(氣體)+ H2(氣體)(2)
CrCl2(^fr) + Fe(基材)—FeCl2(氣體)+ Cr(活性 Cr 原子)(3)
FeCl2(^fr) + H2(氣體)—Fe(Fe原子)+ 2HC1(氣體)(4)。
實(shí)施例
[0010]模具在使用過程中，常常容易發(fā)生磨損、塑性變形及粘模等失效。為提高模具使用壽命，模具工作零件需要表面處理，提高硬度和耐磨性。本實(shí)施例以沖壓、擠壓模具等常用SKDll材料工作零件為例，實(shí)施表面氣體滲鉻和淬火結(jié)合工藝方法，按照如下步驟進(jìn)行:
第一步:模具零件表面拋光、脫脂和清洗；第二步:模具零件、鉻粉及氯化氨粉末分別放置在滲鉻爐爐膽內(nèi)承載臺(tái)上，密封好爐膽，放回滲鉻爐。通入氮?dú)?，升溫?50°C，保溫I小時(shí)，再繼續(xù)升溫到達(dá)1030°c通入氫氣，以促進(jìn)滲鉻反應(yīng)的進(jìn)行，保溫10小時(shí)后，改通入氮?dú)鈱t體中的鹵素氣體排出，并進(jìn)行氮?dú)獯慊?；第三?淬火后零件放入回火爐，升溫至550°C，保溫2小時(shí)，取出在空氣中冷卻。
[0011]滲鉻及熱處理后檢測(cè)滲鉻層厚度及硬度，其厚度應(yīng)不低于15 μ m，零件表層硬度不小于 1700HV。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.結(jié)合工具鋼的淬火進(jìn)行滲鉻，包括預(yù)處理、滲鉻、淬火、回火工序，其特征在于:滲鉻后無需從滲鉻爐中取出工件，直接通入氮?dú)?，完成工件的氣體淬火后轉(zhuǎn)入回火爐，升溫至500?600°C回火溫度，保溫2小時(shí)，取出工件，在空氣中冷卻至常溫，實(shí)現(xiàn)工件的回火。2.所述滲鉻及熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:前處理 前處理包括工件的拋光、脫脂和清洗； 步驟2:滲鉻 將鉻粉、氯化氨(NH4Cl)粉末及工件分別放置在滲鉻爐爐膽內(nèi)承載臺(tái)上，然后將爐膽密封好放回滲鉻爐，通入氮?dú)?，二段式升溫，先加熱?00?600°C，保溫0.5?I小時(shí)，再加熱至設(shè)定滲鉻工作溫度(900?IlO(TC)改通入氫氣，以促進(jìn)滲鉻反應(yīng)的進(jìn)行，保溫10小時(shí)；步驟3:淬火 滲鉻反應(yīng)完成后，通入氮?dú)?，將爐體中的鹵素氣體排出、保護(hù)工件不在高溫環(huán)境下被氧化且迅速冷卻進(jìn)行氣體淬火； 步驟4:回火 淬火后工件從滲鉻爐取出，放入回火爐，升溫至50(T60(TC左右，保溫2小時(shí)后取出在空氣中冷卻。3.根據(jù)權(quán)利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后無需降溫從滲鉻爐中取出工件，再轉(zhuǎn)入鹽浴爐等加熱設(shè)備進(jìn)行淬火，淬火和滲鉻在同一個(gè)爐內(nèi)進(jìn)行，滲鉻溫度即淬火溫度。4.根據(jù)權(quán)利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后工具鋼表面有10?20um鉻化物滲層。5.根據(jù)權(quán)利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后工具鋼表面硬度不低于1600HV。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工具鋼氣體滲鉻和淬火在同一爐內(nèi)進(jìn)行的表面處理和熱處理結(jié)合的工藝。該工藝包括工具鋼零件預(yù)處理、滲鉻、淬火和回火等工序。采用粒徑大小為500um左右的純鉻粉，以氯化銨粉末為催滲劑，氮?dú)獯慊稹⒐ぜ湃霘怏w滲鉻爐內(nèi)密封，二段式加熱至900～1100℃滲鉻溫度，保溫10小時(shí)后通入氮?dú)獯慊?，出爐后轉(zhuǎn)入回火爐升溫至500～600℃回火，保溫2小時(shí)即可得到厚度10～20um，硬度不低于1600HV的鉻化物滲層，提高了工具鋼的表面硬度、耐磨性及耐腐蝕性。與其他普通方法相比，此方法滲鉻后無需花大量時(shí)間給零件降溫、也無需取出工件再放入鹽浴爐升溫至淬火溫度，直接在同一爐內(nèi)淬火，簡(jiǎn)化了工藝，提高了生產(chǎn)效率。
【IPC分類】C21D1/18, C23C10/12, C23F17/00
【公開號(hào)】CN105177596
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王翠鳳, 邱錫榮, 佟一璇, 郭益辰
【申請(qǐng)人】王翠鳳
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2014年5月28日