CN105177596A

CN105177596A - 一种工具钢气体渗铬和淬火结合的工艺

Info

Publication number: CN105177596A
Application number: CN201410227668.XA
Authority: CN
Inventors: 王翠凤; 邱锡荣; 佟一璇; 郭益辰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了一种工具钢气体渗铬和淬火在同一炉内进行的表面处理和热处理结合的工艺。该工艺包括工具钢零件预处理、渗铬、淬火和回火等工序。采用粒径大小为500um左右的纯铬粉，以氯化铵粉末为催渗剂，氮气淬火。将工件放入气体渗铬炉内密封，二段式加热至900～1100℃渗铬温度，保温10小时后通入氮气淬火，出炉后转入回火炉升温至500～600℃回火，保温2小时即可得到厚度10～20um，硬度不低于1600HV的铬化物渗层，提高了工具钢的表面硬度、耐磨性及耐腐蚀性。与其他普通方法相比，此方法渗铬后无需花大量时间给零件降温、也无需取出工件再放入盐浴炉升温至淬火温度，直接在同一炉内淬火，简化了工艺，提高了生产效率。

Description

一种工具钢气体渗铬和淬火结合的工艺

技术领域

本发明属于金属材料表面处理行业领域，特别是一种工具钢表面气体渗铬和淬火工艺结合的技术。

背景技术

物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）技术，虽然都可以获得硬质涂层，但是CVD法处理温度高（900℃～1200℃），PVD法虽然降低了处理温度，但PVD法对工件前处理要求严苛，设备昂贵，操作繁琐，成本高，膜层与基体结合力较差。热反应扩散沉积(Thermo-reactivediffusion/deposition，TRD)处理技术，设备简单，操作方便，成本低廉，是一种极具发展前途的表面强化技术。

渗铬处理可应用在低碳(0.3%C以下)和中碳(0.3%～0.55%C)碳素结构钢、碳素工具钢、高合金钢、镍基合金等。钢料经渗铬处理后，表面会生成含铬碳化物层，可防止水气、腐蚀气体向内部侵蚀渗透，表面硬度可达1600～1800HV。铬碳化物镀覆层与母材的结合力强，且兼具有耐磨、耐蚀、耐热的特性，近年来在模具等产业上广泛应用。

渗铬处理的方法主要有三种，盐浴渗铬法处理温度可低达500℃，但是渗层薄且渗速缓慢，渗铬后工件清理困难，能耗高，工人劳动强度大，渗镀液体对环境有污染，限制了其应用。固体和气体渗铬温度一般高于1000℃，在这样高的温度下渗铬，工件变形严重、组织粗化，渗铬后需进行淬回火处理。因此，降低渗铬温度或者优化渗铬工艺以应用范围成为人们研究的热点。

针对TRD法渗铬技术的现状，降低渗铬温度的液体和固体渗铬方面的研究较多，气体渗铬却未见报道。作者另辟蹊径，建立并发展了一种新的气体渗铬处理与热处理结合的技术，这种技术渗铬后无需取出工件及冷却，更无需将工件再转入盐浴炉升温、淬火及清洗等，直接在渗铬炉内实现淬火，缩短了生产周期，降低了生产成本，具有很好的工业应用前景。这种方法的提出，丰富了气体渗铬和热处理技术结合研究思路。

发明内容

本发明主要是指将铬粉、氯化氨（NH₄Cl）粉末及工件分别放置在渗铬炉内，通氮气升温至900～1100℃，通入干燥氢气，促进渗铬反应的进行。氯化氨分解产生氯化氢（HCl）气体，当氯化氢气体通过高温的铬铁粉时，制得了二氯化铬（CrCl₂）气体。当生成的二氯化铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。到达渗铬时间后无需取出工件，直接通入氮气，进行气体淬火。然后再将工件放置到回火炉升温至500~600℃，保温2小时后取出，空气中冷却。

附图说明

附图是一实施例的气体渗铬及热处理各阶段升温曲线，图中横坐标为时间，纵坐标为温度（℃）。

具体实施方式

铬粉、氯化氨粉末以及经过抛光、脱脂和清洗的工件分别放置在渗铬炉炉胆内承载台上，密封炉胆，装回渗铬炉。通入氮气并升温，先加热至500～600℃，保温0.5～1小时，再升温到达设定渗铬工作温度改通入氢气，以促进渗铬反应的进行，10小时后，再通入氮气将炉体中的卤素气体排出同时进行淬火，取出放入回火炉升温至500～600℃保温2小时，在空气中冷却至室温。各阶段升温曲线如附图所示。

具体反应如下：

NH₄Cl_(粉末)→NH_3(气体)+HCl_(气体)(1)

Cr_(粉末)+2HCl_(气体)→CrCl_2(气体)+H_2(气体)(2)

CrCl_2(气体)+Fe_(基材)→FeCl_2(气体)+Cr_{(活性Cr原子)}(3)

FeCl_2(气体)+H_2(气体)→Fe_(Fe原子)+2HCl_(气体)(4)。

实施例

模具在使用过程中，常常容易发生磨损、塑性变形及粘模等失效。为提高模具使用寿命，模具工作零件需要表面处理，提高硬度和耐磨性。本实施例以冲压、挤压模具等常用SKD11材料工作零件为例，实施表面气体渗铬和淬火结合工艺方法，按照如下步骤进行：

第一步：模具零件表面抛光、脱脂和清洗；第二步：模具零件、铬粉及氯化氨粉末分别放置在渗铬炉炉胆内承载台上，密封好炉胆，放回渗铬炉。通入氮气，升温至550℃，保温1小时，再继续升温到达1030℃通入氢气，以促进渗铬反应的进行，保温10小时后，改通入氮气将炉体中的卤素气体排出，并进行氮气淬火；第三步：淬火后零件放入回火炉，升温至550℃，保温2小时，取出在空气中冷却。

渗铬及热处理后检测渗铬层厚度及硬度，其厚度应不低于15μm，零件表层硬度不小于1700HV。

Claims

1.结合工具钢的淬火进行渗铬，包括预处理、渗铬、淬火、回火工序，其特征在于：渗铬后无需从渗铬炉中取出工件，直接通入氮气，完成工件的气体淬火后转入回火炉，升温至500～600℃回火温度，保温2小时，取出工件，在空气中冷却至常温，实现工件的回火。

2.所述渗铬及热处理工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：前处理

前处理包括工件的抛光、脱脂和清洗；

步骤2：渗铬

将铬粉、氯化氨（NH₄Cl）粉末及工件分别放置在渗铬炉炉胆内承载台上，然后将炉胆密封好放回渗铬炉，通入氮气，二段式升温，先加热至500～600℃，保温0.5～1小时，再加热至设定渗铬工作温度（900～1100℃）改通入氢气，以促进渗铬反应的进行，保温10小时；

步骤3：淬火

渗铬反应完成后，通入氮气，将炉体中的卤素气体排出、保护工件不在高温环境下被氧化且迅速冷却进行气体淬火；

步骤4：回火

淬火后工件从渗铬炉取出，放入回火炉，升温至500~600℃左右，保温2小时后取出在空气中冷却。

3.根据权利1和2所述的工艺方法，其特征在于渗铬后无需降温从渗铬炉中取出工件，再转入盐浴炉等加热设备进行淬火，淬火和渗铬在同一个炉内进行，渗铬温度即淬火温度。

4.根据权利1和2所述的工艺方法，其特征在于渗铬后工具钢表面有10～20um铬化物渗层。

5.根据权利1和2所述的工艺方法，其特征在于渗铬后工具钢表面硬度不低于1600HV。