CN108531853A - 一种适用于模具表面处理的qpq盐浴处理方法 - Google Patents

一种适用于模具表面处理的qpq盐浴处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属表面化学热处理工艺的技术领域，更具体地，涉及一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，包括去污清洗取出锈迹和污垢的步骤、预热处理减小模具与盐浴的温差的步骤、盐浴处理在模具表面形成符合渗层的步骤、氮化处理在模具表面渗入氮元素的步骤、降温至室温的步骤以及浸泡防锈处理的步骤。本发明将模具放入至少两种性质不同的盐浴中，通过多种元素渗入模具表面形成复合渗层；结合模具表面的氮化处理，在模具表面渗入氮元素；将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能同时提高零件表面硬度、耐磨性和抗蚀性，减少摩擦系数，变形小，无公害；且具有优化加工工序，缩短生产周期，降低生产成本的优点。

Description

一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法
技术领域
本发明涉及金属表面化学热处理工艺的技术领域，更具体地，涉及一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法。
背景技术
在模具表面处理领域，常采用电镀硬铬进行模具的表面处理，经电镀铬处理后，模具、工件的表面平整、光洁、易于脱模，不易生锈，且电镀的过程中原零件变形小，表层镀铬后可增强硬度至HR65以上，耐高温、耐腐蚀、防酸、耐磨损。另外，若零件的尺寸不够精确，可以通过镀铬来弥补尺寸误差。虽然电镀铬有很多优点，但是由于电镀铬电解液含有危害环境的重金属元素，会对环境造成很严重的污染。QPQ（Quench-Polish-Quench，淬火-抛光-淬火）因能够避免上述缺陷而得到广泛应用。
QPQ的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的挥霍，以大幅度提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。一般淬火后的工件表面都有很厚的氧化皮，对于挤出模具表面光洁度要求高的特性，淬火后需进行二次车加工以及抛光加工，然而模具表面层的硬度大，加工较为浪费时间，刀具的磨损比较厉害。对于薄壁类的挤出模具零件淬火后极易变形，变形的控制量不好把握。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，通过将挤出模具放入两种性质不同的盐浴中，通过多种元素渗入金属表面形成复合渗层，从而达到表面改性的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 去污清洗：在弱酸的作用下，超声波清洗模具表面的锈迹和污垢，清洗振动频率范围为40kHz ~ 60kHz；清洗后的模具置于恒温箱中干燥，干燥温度为为80℃~100℃；
S2. 预热处理：将模具与夹具放入加热炉中进行预热处理，预热温度为300℃~380℃，预热时间为10min~60min；
S3. 盐浴处理：将模具置于盐浴池的盐溶液中进行盐浴处理，盐浴温度为150℃~300℃，盐浴处理时间为0.5h~4h；所述盐溶液为至少两种金属盐溶液的混合溶液；
S4. 氮化处理：将模具升温至450℃~560℃，并向模具表面喷洒浓度为33%~35%的氮化盐溶液，氮化处理持续时间为0.5h~4h；
S5. 降温处理：将模具放置在多功能炉中进行降温，模具温度降至300℃~400℃，保持时间10min~20min后，将模具置于常温空气中空冷至20℃~30℃；
S6. 浸泡防锈处理：将模具浸泡在油中断绝与空气接触防止二次氧化生锈。
本发明的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，通过弱酸清洗模具表面的锈迹和污垢，同时在模具的表面形成微孔结构，改善金属与模具表面之间的结合力，清洗完后保证模具的表面干燥，防止二次氧化；将模具装夹固定在夹具上，保证模具在加温过程中从内而外充分加热均匀，预热时间由模具的体积、壁厚决定，待加热至模具表面目测呈草黄色时，模具的内外表面的温度达到预热要求；模具放入两种盐溶液混合得到的盐浴中，通过多种元素渗入模具表面形成符合渗层，达到模具表面改性的目的；通过氮化处理进一步改善模具的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性以及耐高温性；将模具浸泡在油中防锈，断绝与空气接触防止零件二次氧化生锈，同时可以增加模具的表面光泽度，改善美观程度。本发明采用盐浴复合技术将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能够同时提高模具表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，减少摩擦系数，变形小；且本发明具有优化加工工序、缩短生产周期、降低生产成本的作用。
优选地，步骤S3中，所述金属盐的金属离子选自Co2+ 、Mn2+ 、Mo2+、Zr4+、W4+中的一种，所述金属盐的酸根离子选自Cl-、SO4 2-、NO3 -中的一种。所选金属元素均为耐磨的金属元素，耐磨的金属元素渗透到模具本体里面，多种元素同时渗入形成复合渗层，能够增强模具表面的耐磨性。
优选地，步骤S4中，所述氮化盐溶液为氰酸根浓度为33%~35%的溶液。在喷洒时，保证模具的每一个部件都可以被喷洒到，氮化处理使得氮原子渗入到模具表面，进一步改善模具的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性以及耐高温的性能。
优选地，在步骤S6前，对模具进行清洗，所述清洗包括清洗盐分的步骤以及清洗模具表面疏松层的步骤。用清洗剂将模具零件表面的盐份清洗干净保证模具零件表面无盐份残留；同时在零件表面会有疏松层，要一同清洗掉，保证清洗完后手摸无黑色污物。
优选地，步骤S3所述的盐浴处理过程需要连续通入压缩空气，通气量为400L/h~450L/h。使盐浴适度沸腾，增加盐浴中金属离子和酸根离子的运动速度，改善耐磨金属元素的渗入效果。
优选地，步骤S3盐浴处理后金属元素渗入模具表面的深度为0.05mm~0.1mm。太厚的复合渗层结合力较弱，容易脱落；太薄的符合渗层往往又达不到表面处理的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，将模具放入至少两种性质不同的盐浴中，通过多种元素渗入模具表面形成复合渗层；结合模具表面的氮化处理，在模具表面渗入氮元素。本发明将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能同时提高零件表面硬度、耐磨性和抗蚀性，减少摩擦系数，变形小，无公害；且具有优化加工工序，缩短生产周期，降低生产成本的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非紧紧局限于以下实施例，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例为一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法的实施例，包括以下步骤：
S1. 去污清洗：在弱酸的作用下，超声波清洗模具表面的锈迹和污垢，清洗振动频率范围为40kHz ~ 60kHz；清洗后的模具置于恒温箱中干燥，干燥温度为为80℃~100℃；清洗模具表面的锈迹和污垢，同时在模具的表面形成微孔结构，改善金属与模具表面之间的结合力；清洗完后保证模具的表面干燥，防止二次氧化。
S2. 预热处理：将模具与夹具放入加热炉中进行预热处理，预热温度为300℃~380℃，预热时间为10min~60min；预热温度和预热时间由模具零件实际的体积、壁厚决定，待加热至模具零件表面目测呈草黄色时，模具零件的内外温度达到要求，转移至下一工序；保证模具零件在加温过程中从内而外充分的加热均匀。
S3. 盐浴处理：将模具置于盐浴池的盐溶液中进行盐浴处理，盐浴温度为150℃~300℃，盐浴处理时间为0.5h~4h；所述盐溶液为至少两种金属盐溶液的混合溶液；所述金属盐的金属离子选自Co2+ 、Mn2+ 、Mo2+、Zr4+、W4+中的一种，所述金属盐的酸根离子选自Cl-、SO4 2-、NO3 -中的一种。所选金属元素均为耐磨的金属元素，耐磨的金属元素渗透到模具本体里面，多种元素同时渗入形成复合渗层，能够增强模具表面的耐磨性；多种耐磨金属元素渗入模具表面形成复合渗层。盐浴处理过程需要连续通入压缩空气，通气量为400L/h~450L/h，使盐浴适度沸腾，增加盐浴中金属离子和酸根离子的运动速度，改善耐磨金属元素的渗入效果。盐浴处理后金属元素渗入模具表面的深度为0.05mm~0.1mm；太厚的复合渗层结合力较弱，容易脱落；太薄的符合渗层往往又达不到表面处理的效果。
S4. 氮化处理：将模具升温至450℃~560℃，并向模具表面喷洒浓度为33%~35%的氮化盐溶液，氮化处理持续时间为0.5h~4h；所述氮化盐溶液为氰酸根浓度为33%~35%的溶液。在喷洒时，保证模具的每一个部件都可以被喷洒到，氮化处理使得氮原子渗入到模具表面，进一步改善模具的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性以及耐高温的性能。
S5. 降温处理：将模具放置在多功能炉中进行降温，模具温度降至300℃~400℃，保持时间10min~20min后，将模具置于常温空气中空冷至20℃~30℃；在多功能炉中降温时，需降温至目测模具零件表面无气泡产生；阶段性降温的设置能够避免过速冷却形成的内应力。
在步骤S5之后，对模具进行清洗，所述清洗包括清洗盐分的步骤以及清洗模具表面疏松层的步骤。用清洗剂将模具零件表面的盐份清洗干净保证模具零件表面无盐份残留；同时在零件表面会有疏松层，要一同清洗掉，保证清洗完后手摸无黑色污物。
S6. 浸泡防锈处理：将模具浸泡在油中断绝与空气接触防止二次氧化生锈；同时可以增加模具零件表面光泽度，增加美观。
经过以上步骤处理的模具，模具表面的耐磨性、耐疲劳性能得到改善，经以上步骤处理得到的模具的抗蚀性是1Crl8Ni9Ti不锈钢的5倍，是镀硬铬的70倍，是发黑（在金属表面形成致密的氧化层）的280倍；且产品处理以后变形小，时间周期短，性价比高，与渗碳淬火相比可以节能50%，比镀硬铬节约成本30%。

Claims (6)

1.一种适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 去污清洗：在弱酸的作用下，超声波清洗模具表面的锈迹和污垢，清洗振动频率范围为40kHz ~ 60kHz；清洗后的模具置于恒温箱中干燥，干燥温度为为80℃~100℃；
S2. 预热处理：将模具与夹具放入加热炉中进行预热处理，预热温度为300℃~380℃，预热时间为10min~60min；
S3. 盐浴处理：将模具置于盐浴池的盐溶液中进行盐浴处理，盐浴温度为150℃~300℃，盐浴处理时间为0.5h~4h；所述盐溶液为至少两种金属盐溶液的混合溶液；
S4. 氮化处理：将模具升温至450℃~560℃，并向模具表面喷洒浓度为33%~35%的氮化盐溶液，氮化处理持续时间为0.5h~4h；
S5. 降温处理：将模具放置在多功能炉中进行降温，模具温度降至300℃~400℃，保持时间10min~20min后，将模具置于常温空气中空冷至20℃~30℃；
S6. 浸泡防锈处理：将模具浸泡在油中断绝与空气接触防止二次氧化生锈。
2.根据权利要求1所述的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述金属盐的金属离子选自Co2+ 、Mn2+ 、Mo2+、Zr4+、W4+中的一种，所述金属盐的酸根离子选自Cl-、SO4 2-、NO3 -中的一种。
3.根据权利要求1所述的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述氮化盐溶液为氰酸根浓度为33%~35%的溶液。
4.根据权利要求1所述的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，在步骤S6前，对模具进行清洗，所述清洗包括清洗盐分的步骤以及清洗模具表面疏松层的步骤。
5.根据权利要求1至4任一项所述的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，步骤S3所述的盐浴过程需要连续通入压缩空气，通气量为400L/h~450L/h。
6.根据权利要求5所述的适用于模具表面处理的QPQ盐浴处理方法，其特征在于，步骤S3盐浴处理后金属元素渗入模具表面的深度为0.05mm~0.1mm。
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