CN102367564B

CN102367564B - 一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法

Info

Publication number: CN102367564B
Application number: CN 201110320928
Authority: CN
Inventors: 鲍崇高; 赵昕; 邢建东; 高义民
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102367564A

Abstract

一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法，先将模具基材表面去油去锈，打磨清洗后，烘干待用；再将B₄C于水玻璃中混合均匀，涂敷在模具基材表面，形成B₄C渗剂层，将涂好模具基材烘干待用；然后将Al₂O₃混合于水玻璃中，涂覆于模具基材的B₄C渗剂层上，形成Al₂O₃保护层，烘干；再将盐浴容器升温到达共晶化温度(1150℃～1250℃)，保温10min～30min后出炉空冷或水淬处理，获得厚度为800μm左右的渗硼层组织，提高模具材料的耐磨性能。该技术方法具有模具材料表面加热均匀性好(盐浴加热)，渗硼时间大幅缩短，渗硼层厚度大，表面质量高，而且在保证了硬度和耐磨性的基础上改善了渗硼层的脆性等优点。

Description

一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法

技术领域

本发明属于金属材料的表面热处理技术领域，特别涉及一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法。

背景技术

建筑行业的迅猛发展对砖机模具提出了更高的要求，特别是以硬质颗粒为主的工业废料制砖工艺，砖机模具的服役条件极为苛刻。砖机模具工作状况下，作为生产原料的石子、沙粒对其进行强烈的刮削，其工作表面受到坯料周期性压力与摩擦力的反复作用，有的还受到坯料的侵蚀，因而会发生磨损、疲劳和腐蚀等表面损伤，因此，模具用金属材料的表面必需要求拥有良好的耐磨损、耐腐蚀性能。

将硼元素渗入金属材料表面的化学热处理工艺称之为渗硼。金属材料经渗硼处理后具有高硬度、高耐磨性，高红硬性、耐蚀性以及耐高温氧化性等优良性能，目前已广泛应用于机械、建筑、化工等工程技术领域，对提高模具使用寿命，节约贵重合金等起到了显著效果。

传统的渗硼工艺在钢表面形成的渗层是硬而脆的FeB和Fe₂B，金属间化合物与基体之间晶体结构、比容和热胀系数均不相同，使渗硼层存在巨大的内应力，在淬火和使用过程中发生剥落。此外，传统渗硼和渗碳-渗硼时间长，需要7h～20h，得到的渗硼层厚度薄，为50μm～200μm，耐磨性低，严重影响了砖机模具等工件的使用寿命和渗硼技术的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法，具有渗硼时间大幅缩短，渗硼层厚度大，而且在保证了硬度和耐磨性的基础上改善了渗硼层的脆性的优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法，包含以下步骤：

步骤一，将模具基材表面去油去锈，打磨清洗后，烘干待用；

步骤二，将B₄C于水玻璃中混合均匀，涂敷在模具基材表面，B₄C与水玻璃的质量比为15％～35％∶65％～85％，涂敷厚度为0.2mm～0.5mm，形成B₄C渗剂层，将涂好的模具基材烘干待用，烘干温度：60℃～100℃，烘干时间：120min～240min；

步骤三，将Al₂O₃混合于水玻璃中，涂覆于模具基材的B₄C渗剂层上，Al₂O₃与水玻璃的质量比为15％～35％∶65％～85％，涂敷厚度为0.5mm～1.0mm，形成Al₂O₃保护层，烘干，烘干温度为100℃～150℃，烘干时间：120min～240min；

步骤四，将盐浴容器装入箱式电炉内随炉升温到达保温温度后，将处理好模具基材放入，保温10min～30min，盐浴介质为100％NaCl；

步骤五，模具基材出炉后直接空冷或水淬处理。

所述的保温温度为1150℃～1250℃，位于Fe-B共晶温度之上。本发明的有益效果是：

1.将渗硼温度保温在Fe-B共晶温度之上，是为共晶化渗硼处理，大大缩短了渗硼处理时间，渗硼时间为10min～30min；大幅度提高了渗硼层厚度，渗硼层厚度为800μm左右，远大于传统渗硼渗硼层厚度，有利于提高模具材料的耐磨性能。

2.共晶化渗硼处理获得的模具材料表面复相组织(Fe₂B+α-Fe+Fe₃(C，B))，致使渗硼层硬度梯度小，而且共晶渗层脆性级别为1级，单纯渗硼和渗碳-渗硼的渗层脆性级为3～5级，远低于单纯渗硼和渗碳-渗硼的渗层脆性级，共晶渗硼层的韧性得到显著改善。共晶化渗硼层由于其自身结构上的优势，Fe₂B和基体结合的软硬相交替分布代替了传统硼化物层的针状特性，并且不存在沿硼原子扩散通道的择优生长，从而使共晶渗硼层的韧性得到显著改善，减小了渗硼层的脆性。

3.使用盐浴作为加热介质，模具材料表面加热的均匀性好，表面质量高。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明共晶化渗硼的基材预处理涂覆层示意图。

图3为本发明实施例制得共晶化渗硼层的截面示意图。

图4为图2中的共晶层5的组织形貌BES照片，其中突出为Fe₂B相。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

选用45钢作为模具基材，化学成分见表1所示。

表145钢的化学成分/wt％

参照图1，一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法，包含以下步骤：

步骤一，参照图2，将模具基材1表面去油去锈，用金相砂纸打磨表面，再用酒精清洗，烘干待用；

步骤二，参照图2，将200～280目B₄C于水玻璃中混合均匀，涂敷在模具基材1表面，B₄C与水玻璃的质量比为15％～35％∶65％～85％，涂敷厚度为0.2mm～0.5mm，形成B₄C渗剂层2，将涂好模具基材烘干待用，烘干温度：60℃～100℃，烘干时间：120min～240min；

步骤三，参照图2，为了防止膏剂因与盐浴直接接触而发生烧损，将40～60目Al₂O₃混合于水玻璃中，涂覆于模具基材的B₄C渗剂层2上，Al₂O₃与水玻璃的质量比为15％～35％∶65％～85％，涂敷厚度为0.5mm～1.0mm，形成Al₂O₃保护层3，烘干，烘干温度为100℃～150℃，烘干时间：120min～240min；

步骤四，将盐浴容器装入箱式电炉内随炉升温到达1150～1250℃后，将处理好模具基材放入，保温10min～30min，盐浴介质为100％NaCl；

步骤五，模具基材出炉后直接空冷或水淬处理。

共晶化渗硼使用材料及用途如表2所示。

表2

参照图3，本发明实施例在钢件表面形成由表及里依次为Fe₂B层6、共晶硼化物层5、过渡层4和模具基材1的结构，其中共晶硼化物层5为主要部分，厚度约为800μm。共晶渗硼处理后渗硼层主要为均匀的Fe₂B+α-Fe共晶组织，参照图4，呈菊花状和鱼骨状均匀分布。

经检测，共晶化渗硼层显微硬度达到HV900-1200，略低于传统渗硼渗层显微硬度。在300g载荷下硬度压痕法评价表明，传统单渗硼层脆性评价为5级、而盐浴共晶渗硼处理后压痕周边未产生裂纹、崩溃，脆性评价为1级，得到大幅改善。盐浴共晶化渗硼处理后试样的耐磨性能与传统渗硼相当，由于其磨损机制不同，高载荷下更表现出优于传统渗硼的耐磨性。

图中：1为模具基材；2为B₄C渗剂层；3为Al₂O₃保护层；4为过渡层；5为共晶硼化物层；6为Fe₂B层。

Claims

1.一种提高模具表面寿命的高温盐浴共晶化渗硼处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤二，将200～280目B₄C于水玻璃中混合均匀，涂敷在模具基材表面，B₄C与水玻璃的质量比为15％～35％：65％～85％，涂敷厚度为0.2mm～0.5mm，形成B₄C渗剂层，将涂好模具基材烘干待用，烘干温度：60℃～100℃，烘干时间：120min～240min；

步骤三，将Al₂O₃混合于水玻璃中，涂覆于模具基材的B₄C渗剂层上，Al₂O₃与水玻璃的质量比为15％～35％：65％～85％，涂敷厚度为0.5mm～1.0mm，形成Al₂O₃保护层，烘干，烘干温度为100℃～150℃，烘干时间：120min～240min；

步骤四，将盐浴容器装入箱式电炉内随炉升温到达保温温度后，将处理好模具基材放入，保温10min~30min，盐浴介质为100%NaCl；

所述的保温温度为1150℃~1250℃，位于Fe-B共晶温度之上，

步骤五，模具基材出炉后直接空冷或水淬处理。