CN101717844A - 一种冷作模具钢的表面强化处理方法 - Google Patents

一种冷作模具钢的表面强化处理方法 Download PDF

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孔德军
张永康
王文昌
周朝政
胡爱萍
严越峰
李健
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Abstract

一种冷作模具钢的表面强化处理方法，将冷作模具钢表面活化后放入搅拌均匀的盐浴中，保温温度为900℃～1200℃，保温时间设为6h～12h，保温后取出模具钢直接油淬，再在180℃～200℃低温回火1.5h～2.5h。本发明利用热辐射(TD)技术在Cr12MoV冷作模具钢表面制备了VC涂层，其组织为单一相VC，均匀致密；涂层与基体结合界面为冶金结合，有利于提高冷作模具疲劳寿命。

Description

一种冷作模具钢的表面强化处理方法
技术领域
本发明涉及在冷作模具钢Cr12MoV表面原位生成VC涂层的制备方法，特指在冷作模具钢基体上原位生长VC涂层的方法，属于先进材料制备领域。
背景技术
VC涂层具有高的熔点、显微硬度、较好的耐腐蚀性能等机械性能，被广泛应用于工程技术领域。目前VC大多被用于工具材料和耐蚀材料，由于VC的优异性能，它成为制备硬质合金的主要原料，具有高硬度、高耐磨性、高强度和高韧性的硬质合金材料。目前制备的VC涂层比常规硬质合金明显提高，在难加工金属材料刀具、电子行业的微型钻头、精密模具、医学等领域已呈现出越来越广泛的用途。
目前最有效而经济的解决成形模具表面拉伤问题的表面处理方法是高温化学气相沉积(即高温CVD)和TD覆层处理，日、韩、美已广泛应用TD覆层处理，国内对于模具表面拉伤问题和提高寿命表面处理工艺研究较少。本专利利用热辐射(TD)技术在Cr12MoV冷作模具钢表面制备了VC涂层，其组织为单一相VC，均匀致密，显微硬度为3050HV。涂层与基体结合界面为冶金结合，涂层划痕法的结合强度为60N，有利于提高冷作模具疲劳寿命。
发明内容
本发明试验采用的主要设备为SG2-5-12坩埚电阻炉，主要参数：铂铑-铂电偶，最高加热温度1200℃，KSJ型温度控制器自动控温精度±5℃。辅助设备为电阻式高温回火炉(工作最高温度600℃)。
一种冷作模具钢的表面强化处理方法，其特征在于：将冷作模具钢表面活化后放入搅拌均匀的盐浴中，保温温度为900℃～1200℃，保温时间设为6h～12h，保温后取出模具钢直接油淬，再在180℃～200℃低温回火1.5h～2.5h。
上述的冷作模具钢指Cr12MoV钢。
上述的盐浴由供钒剂FeV50、还原剂FeSi45及基盐无水硼砂和活化剂NaF组成，各组分的质量百分含量：FeV50：9～10％，FeSi45：3～4％，无水硼砂：85～86％，NaF：2～3％。
上述的处理方法中，将模具钢表面活化后以吊挂方式放入搅拌均匀的盐浴中。
VC涂层制备原理：通过TD盐浴处理中供钒剂FeV50提供活性V原子与Cr12MoV冷作模具钢中C原子相互扩散的结果。TD处理过程中，在高温作用下FeV50中活性V原子首先吸附在冷作模具钢表面时，并溶入Cr12MoV钢的奥氏体中，形成置换式固溶体，降低了C原子在奥氏体中溶解度，其多余的C原子将不断地从奥氏体中脱溶，与盐浴中V原子结合形成VC涂层。当Cr12MoV钢中C原子不断地向Cr12MoV钢表面扩散，与V原子结合，VC涂层厚度不断增加，表现为涂层厚度随着TD处理时间增加而增加。
本发明专利利用热辐射(TD)技术在Cr12MoV冷作模具钢表面制备了VC涂层，其组织为单一相VC，均匀致密；涂层与基体结合界面为冶金结合，有利于提高冷作模具疲劳寿命。
附图说明
图1为TD处理制备的VC表面SEM
图2为TD处理制备的VC界面SEM
图3为TD处理制备的VC表面能谱分析
图4为TD处理制备的VC界面线能谱分析
1、Cr元素；2、Si元素；3、Mo元素；4、V元素；5、Fe元素；6、C元素
具体实施方式
实施例1，900℃，12h TD处理，回火2h；在Cr12MoV冷作模具钢表面制备了VC涂层，采用WS-2005薄膜附着力自动划痕仪测量VC涂层结合强度，当载荷增大到60N时，计算机上显示的声发射信号急剧增加，涂层发生开始剥落，此时临界载荷为60N，即为VC涂层-基体结合强度。VC涂层与基材结合强度较高，这是由于VC涂层-基体之间化学元素相互扩散，促进界面的冶金结合；用HXD-1000型显微硬度仪测定其显微硬度为3050HV，基材硬度为HRC60。
实施例2，1200℃，6h TD处理后，回火2.5h；VC涂层表面形貌如图1所示，表面平整，晶粒和粒径分布都很均匀，孔隙为被KNO3腐蚀C原子，且分布均匀。其界面形貌如图2所示，涂层厚度均匀，致密度和连续性都很好，形成完整的表面覆盖层，基材与涂层之间扩散明显，在涂层-基材的界面处有一狭窄的白亮带，其组织为由基体向外延生长的平面晶，涂层-基体界面为冶金结合形式。
VC涂层表面能谱如图3所示，主要是由V和C二种元素组成，且V含量很高，大约是C元素的2倍，覆层为VC涂层，并存在Fe的杂质元素，这表明发生Fe化学元素的迁移。
涂层结合界面上V、C、Si、Cr、Fe、Mo等元素分布如图4如示，主要是由V、C和Fe组成，并有少量的Cr、Mo、Si等元素，其中V含量17.46％，C含量45.53％，Fe含量30.66％，Cr含量5.26％，Mo含量0.63％，Si含量0.46％。由图4化学元素的线能谱分布可见，在结合界面上V、C、Cr、Fe、Mo等元素发生了相互扩散，且化学元素在涂层深度方向变化比较平缓，涂层与基材是良好的冶金结合。

Claims (4)

1.一种冷作模具钢的表面强化处理方法，其特征在于：将冷作模具钢表面活化后放入搅拌均匀的盐浴中，保温温度为900℃～1200℃，保温时间设为6h～12h，保温后取出模具钢直接油淬，再在180℃～200℃低温回火1.5h～2.5h。
2.权利要求1所述的表面强化处理方法，其特征在于：上述冷作模具钢指Cr12MoV钢。
3.权利要求1所述的表面强化处理方法，其特征在于：上述盐浴由供钒剂FeV50、还原剂FeSi45及基盐无水硼砂和活化剂NaF组成；各组分的质量百分含量：FeV50：9～10％，FeSi45：3～4％，无水硼砂：85～86％，NaF：2～3％。
4.权利要求1所述的表面强化处理方法，其特征在于：将模具钢表面活化后以吊挂方式放入搅拌均匀的盐浴中。
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