[發(fā)明專利]一種模具鋼表面非金屬離子滲入的工藝方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410259141.5
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104087892A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭渝江;朱春財;羅德福;李信
• 申請（專利權(quán)）人: 威海久威材料科技有限公司
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38
• 代理公司: 濟(jì)南日新專利代理事務(wù)所 37224
• 代理人: 劉亞寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面改性的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種模具鋼表面非金屬離子滲入的工藝方法。

背景技術(shù)

模具作為工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)工藝裝備，被稱為“百業(yè)之母”，廣泛用于汽車、航空航天、船舶、石油、機(jī)電、家電、工具等領(lǐng)域，60-80％的零部件都是靠模具成型。我國是世界上最大的工業(yè)制造國，模具消耗非常龐大，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年約200萬噸。模具的失效模式95％以上是因磨損和疲勞損傷造成的，而決定模具品質(zhì)好壞、壽命長短的主要技術(shù)因素有兩個方面，一是耐磨性能，二是抗疲勞性能。所以，提高模具耐磨性和抗疲勞性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

目前，我國常用的模具鋼材料如5CrNiMo、3Cr2W8V、H13等通常情況下只進(jìn)行常規(guī)淬火熱處理，基材硬度HRC54-56，使用壽命有限。現(xiàn)有的表面處理方法主要有：(1)氣體氮化。由于氣體組分分布不均勻，易造成質(zhì)量穩(wěn)定性差，另外氣體氮化時間長，能耗高。(2)碳氮共滲。模具表面脆性大，處理過程溫度高，易產(chǎn)生變形，且變形量大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述的常規(guī)淬火熱處理壽命低，氣體氮化性能不穩(wěn)定，能耗高，碳氮共滲變形大等缺陷，提供一種工藝設(shè)計合理、成本低、環(huán)保、操作簡便的模具鋼表面非金屬離子滲入的工藝方法，實現(xiàn)增強(qiáng)模具耐磨性能和抗疲勞性能，提高模具使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種模具鋼表面非金屬離子滲入的工藝方法，其特征在于包括下列工藝步驟：

a.清洗模具表面：用噴沙方法除銹后，再用金屬清洗劑清洗去除模具表面油污，然后用清水進(jìn)行清洗；

b.預(yù)熱模具：將模具放入預(yù)熱爐中，溫度升至350-400℃，保溫1-2小時，模具表面呈現(xiàn)藍(lán)紫色；

c.非金屬離子滲入模具：氮化鹽在氮化爐中溶解，溫度升至530-550℃，將預(yù)熱好的模具放入氮化爐中，氮化爐溫度回升至起始溫度530-550℃后，保溫4-5小時。

d.氧化模具：氧化鹽在氧化爐中溶解，溫度升至380-410℃，將滲入好的模具從氮化爐取出直接放入氧化爐中，保溫30-50分鐘；

e.將氧化好的模具從氧化爐中取出，在空氣中自然冷卻至常溫；

f.將模具放入清水中浸泡30-50分鐘后，清洗涼干即可。

所述的氮化爐和氧化爐為普通外熱式坩堝爐，氮化爐坩堝材料為鈦，氧化爐坩堝材料為304不銹鋼。

所述的氮化鹽組分：碳酸鉀K₂CO₃和碳酸鈉Na₂CO₃為42％，氰酸鉀KCNO和氰酸鈉NaCNO為53％，碳酸鋰LiCO₃為5％。

所述的氰酸根濃度大于33％，根據(jù)氮化鹽的重量加入再生鹽，每加入氮化鹽重量10％的再生鹽，氰酸根濃度提高0.5個百分點(diǎn)。

所述的再生鹽組分為：三聚氰胺為49％，三聚氰酸為31％，尿素為20％。

所述的氮化爐中氮化鹽溶液上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)的溫度差小于等于5℃。

所述的預(yù)熱模具溫度升至350-400℃，保溫1-2小時，模具表面也可呈現(xiàn)草黃色。

所述的氮化爐坩堝可以為316L不銹鋼材料制成。

增強(qiáng)模具鋼表面耐磨抗疲勞非金屬離子滲入后，經(jīng)檢測，化合物層厚度9-12μm，擴(kuò)散層的厚度250-300μm，表面硬度大于1000HV_0.1，具有很好的耐磨性和抗疲勞性能。

本工藝其目的在模具鋼表面滲入[N]、[C]、[O]非金屬離子，改變其材料表面的組織結(jié)構(gòu)，形成[N]、[C]、[O]擴(kuò)散層，F(xiàn)e₃N、Fe₄N、Fe₃C化合物層，和Fe₃O₄氧化膜層，滲層厚度250-300μm,表面硬度大于1000HV_0.1，實現(xiàn)增強(qiáng)模具鋼表面的耐磨性和抗疲勞性能，從而大幅度提高模具的使用壽命。本發(fā)明具有操作簡易、可靠、環(huán)保、時間短；抗剝落、不變形、不粘模；設(shè)備采用普通外熱式坩堝爐、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果：具有工藝步驟合理、操作簡易，時間短、環(huán)保、可靠；抗剝落、不變形、不粘模；設(shè)備采用普通外熱式坩堝爐經(jīng)濟(jì)實用，適合工業(yè)化生產(chǎn)。在模具鋼表面滲入[N]、[C]、[O]非金屬離子，改變模具材料表面的組織結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)增強(qiáng)模具鋼表面的耐磨性和抗疲勞性能，能提高模具的使用壽命。經(jīng)試驗驗證，H13、5CrNiMo、3Cr2W8V經(jīng)本發(fā)明處理后模具使用壽命提高2倍以上。