CN101435065A - 高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，工艺过程为模具清洗、装炉、共渗处理、出炉、油冷却，其中模具在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行软氮化处理。稀土催渗剂的成分为1000mL甲醇中加入氯化稀土11.0－15.0g，氯化铵1.0－2.0g，乙二铵1.0－2.0g。本发明的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺具有渗速快、渗层的层深和硬度增加、渗层硬度梯度平缓、生产工艺简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具的表面处理工艺，具体涉及一种高速钢模具表面热处理处理工艺。
背景技术
高速钢是高速工具钢的简称，是一种主要用于机床切削刀具、制作模具的高合金工具钢，兼有良好的耐磨性和抗冲击性，并且易于锻压和切削加工成形，是机械加工工业中被优先选用的工具材料。
软氮化又称氮碳共渗，是在生产上应用多年的成熟工艺，广泛应用于需要高的耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳的机器零件。目前，当需要处理一些要求硬度特别高、能够承受冲击特别大、耐磨特别好的工件比如高速钢模具时，使用现有的软氮化处理工艺不仅存在生产周期长，能源消耗大的缺点，而且渗层的层深比较浅，导致工件的使用寿命短，达不到设计要求；而且深层的硬度梯度比较陡，容易产生剥落，金相组织也不理想。
发明内容
本发明的目的是克服现有高速钢模具软氮化处理工艺中存在的生产周期长、能源消耗大、渗层的层深比较浅、深层的硬度梯度比较陡等缺点，而且无毒无害，环保节能。提供一种渗速快、渗层的层深和硬度增加、渗层硬度梯度平缓、生产工艺简单的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，包括以下步骤：模具清洗、装炉、共渗处理、出炉、油冷却，其中共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温660～680℃；煤油滴注量为40～50滴/分，稀土渗剂滴注量为100～120滴/分；排气时间0.40～0.60h。
(2)强渗期 炉温660～680℃；氨气流量0.45～0.60m3/h；煤油滴注量为100～120滴/分，稀土催渗剂滴注量为80～100滴/分；强渗时间2.0～4.0h。
(3)扩散期 炉温660～680℃；煤油滴注量为60～80滴/分，稀土催渗剂滴注量为100～120滴/分；排气时间0.40～0.60h。
本发明中所述的稀土催渗剂的成分优选为1000mL甲醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
本发明中所述的稀土催渗剂的成分为1000mL乙醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
本发明中所述的稀土催渗剂的成分为1000mL异丙醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
本发明中模具清洗、装炉步骤均采用现有的普通软氮化处理工艺方法；共渗阶段模具在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行碳氮共渗处理；然后的出炉和油冷却步骤亦采用现有的普通软氮化处理工艺方法。
本发明的技术原理如下：
甲醇中加入稀土后，因为稀土有很低的电负性，与煤油裂解反应产物中的氢和氧可发生强烈的化学反应，使反应向产生活性原子[C]方向移动，加速渗剂分解，使活性原子[C]浓度增加，渗速加快。
CO、CH4通过如下反应为渗碳过程提供活性碳原子：
稀土元素渗入钢的表层后，将优先占据晶界、位错等晶体缺陷处，并造成晶格畸变以及增加空位晶体缺陷等。空位增多，造成空位周围铁原子排列疏松，碳、氮原子扩散所受限制较少，导致扩散系数增大，使碳原子扩散加速。由于稀土的渗入增大了位错密度，引起晶格畸变；另一方面，渗入的微量稀土元素形成的稀土固溶强化；其次是使渗层碳化物增多，弥散度增大引起强化。以上原因均使渗层硬度增高，浓度梯度平缓。
界面反应指的是工件表面与渗剂原子间的相互作用。其作用表现在两方面：(1)由于金属表面存在着大量缺陷，活性原子很容易被吸附了降低其表面能。(2)工件表面对渗剂中的反应还可以产生不同的催化作用，其反应为：
这是因为金属表面降低了反应激活能，改变了反应途径的缘故。稀土加入后对界面反应过程的作用表现为：(a)利用其与氧具有很高亲和力的特性加速工作表面氧化铁的还原。(b)稀土被工件表面吸附并固溶后，由于其原子半径远较铁大，可能增大工件表面铁原子畸变，增大基表面能，使碳原子更容易吸附并固溶。
基于本发明的工艺方法及以上技术原理，本发明具有以下有益效果：(1)表面硬度可提高HRC2-5，可达到HRC68以上。(2)强度增加，耐磨性增强，渗层深度可达到0.15～0.30mm，从而使模具使用寿命延长。(3)此工艺也可应用于其它合金钢、碳素工具钢，对材料表面硬度及耐磨性有明显的提高作用。(4)本工艺可广泛应用于中、小热处理生产厂家，不需要对现在设备进行改造，生产工艺简单；所使用渗剂、催渗剂来源广泛，成本低廉。
附图说明
附图是高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将高速钢模具清洗后装入RJJ-105-9T井式气体渗碳炉，在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行软氮化处理，催渗剂的成分为1000mL甲醇中加入氯化稀土11.0g，氯化铵1.0g，乙二铵1.0g。
共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温680℃；煤油滴注量为50滴/分，催渗剂滴注量为100滴/分；排气时间0.60h。
(2)强渗期 炉温680℃；氨气流量0.45m3/h；煤油滴注量为100滴/分，催渗剂滴注量为80滴/分；强渗时间4.0h。
(3)扩散期 炉温680℃；煤油滴注量为60滴/分，催渗剂滴注量为100滴/分；排气时间0.60h。
共渗处理后的模具出炉后用油冷却。经软氮化处理后的模具强度为HRC68以上，渗层有效深度0.25-0.35mm。
实施例2
将高速钢模具清洗后装入RJJ-75-9T井式气体渗碳炉，在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行软氮化处理，催渗剂的成分为1000mL甲醇中加入氯化稀土15.0g，氯化铵2.0g，乙二铵2.0g。
共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温670℃；煤油滴注量为45滴/分，催渗剂滴注量为105滴/分；排气时间0.45h。
(2)强渗期 炉温670℃；氨气流量0.55m3/h；煤油滴注量为110滴/分，催渗剂滴注量为90滴/分；强渗时间2.0h。
(3)扩散期 炉温670℃；煤油滴注量为65滴/分，催渗剂滴注量为120滴/分；排气时间0.40h。
共渗处理后的模具出炉后用油冷却。经软氮化处理后的模具强度为HRC68以上，渗层有效深度0.15-0.20mm。
实施例3
将高速钢模具清洗后装入RJJ-75-9T井式气体渗碳炉，在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行软氮化处理，催渗剂的成分为1000mL乙醇中加入氯化稀土14.0g，氯化铵1.2g，乙二铵1.6g。
共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温675℃；煤油滴注量为48滴/分，催渗剂滴注量为120滴/分；排气时间0.50h。
(2)强渗期 炉温675℃；氨气流量0.60m3/h；煤油滴注量为115滴/分，催渗剂滴注量为100滴/分；强渗时间2.5h。
(3)扩散期 炉温675℃；煤油滴注量为70滴/分，催渗剂滴注量为115滴/分；排气时间0.55h。
共渗处理后的模具出炉后用油冷却。经软氮化处理后的模具强度为HRC68以上，渗层有效深度0.25-0.29mm。
实施例4
将高速钢模具清洗后装入RJJ-105-9T井式气体渗碳炉，在共渗介质中通过稀土催渗剂的催渗进行软氮化处理，催渗剂的成分为1000mL异丙醇中加入氯化稀土13g，氯化铵1.6g，乙二铵1.4g。
共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温660℃；煤油滴注量为42滴/分，催渗剂滴注量为115滴/分；排气时间0.55h。
(2)强渗期 炉温660℃；氨气流量0.50m3/h；煤油滴注量为120滴/分，催渗剂滴注量为95滴/分；强渗时间3.5h。
(3)扩散期 炉温660℃；煤油滴注量为80滴/分，催渗剂滴注量为105滴/分；排气时间0.45h。
共渗处理后的模具出炉后用油冷却。经软氮化处理后的模具强度为HRC68以上，渗层有效深度0.20-0.26mm。
实施例5
将高速钢模具清洗后装入RJJ-105-9T井式气体渗碳炉，在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行软氮化处理，催渗剂的成分为1000mL甲醇中加入氯化稀土12g，氯化铵1.4g，乙二铵1.2g。
共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温665℃；煤油滴注量为40滴/分，催渗剂滴注量为110滴/分；排气时间0.40h。
(2)强渗期 炉温665℃；氨气流量0.48m3/h；煤油滴注量为105滴/分，催渗剂滴注量为85滴/分；强渗时间3.0h。
(3)扩散期 炉温665℃；煤油滴注量为70滴/分，催渗剂滴注量为110滴/分；排气时间0.50h。
共渗处理后的模具出炉后用油冷却。经软氮化处理后的模具强度为HRC68以上，渗层有效深度0.18-0.24mm。
本发明所有实施例中模具清洗、装炉步骤均采用现有常规热处理工艺方法；共渗阶段模具在共渗介质中通过稀土催渗剂催渗进行碳氮共渗处理；然后的出炉和油冷却步骤亦采用现有的常规热处理工艺方法。
Claims (4)
1.一种高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，包括以下步骤：模具清洗、装炉、共渗处理、出炉、油冷却，其特征在于：共渗处理阶段的工艺参数如下：
(1)排气期 炉温660～680℃；煤油滴注量为40～50滴/分，稀土催渗剂滴注量为100～120滴/分；排气时间0.40～0.60h。
(2)强渗期 炉温660～680℃；氨气流量0.45～0.60m3/h；煤油滴注量为100～120滴/分，催渗剂滴注量为80～100滴/分；强渗时间2.0～4.0h。
(3)扩散期 炉温660～680℃；煤油滴注量为60～80滴/分，稀土催渗剂滴注量为100～120滴/分；排气时间0.40～0.60h。
2.根据权利要求1所述的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，其特征在于：所述的稀土催渗剂的成分为1000mL甲醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
3.根据权利要求1或2所述的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，其特征在于：所述的稀土催渗剂的成分为1000mL乙醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
4.根据权利要求1或2所述的高速钢模具低温稀土催渗软氮化处理工艺，其特征在于：所述的稀土催渗剂的成分为1000mL异丙醇中加入氯化稀土11.0～15.0g，氯化铵1.0～2.0g，乙二铵1.0～2.0g。
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