CN108914050A - 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法 - Google Patents

一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108914050A
CN108914050A CN201810960693.7A CN201810960693A CN108914050A CN 108914050 A CN108914050 A CN 108914050A CN 201810960693 A CN201810960693 A CN 201810960693A CN 108914050 A CN108914050 A CN 108914050A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitriding
mould steel
layer
gas
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810960693.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108914050B (zh
Inventor
邹晋
陆磊
余玖明
付青峰
周喆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences filed Critical Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Priority to CN201810960693.7A priority Critical patent/CN108914050B/zh
Publication of CN108914050A publication Critical patent/CN108914050A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108914050B publication Critical patent/CN108914050B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/08—Surface hardening with flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F17/00—Multi-step processes for surface treatment of metallic material involving at least one process provided for in class C23 and at least one process covered by subclass C21D or C22F or class C25

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法,所述方法首先采用气体爆炸与脉冲高压放电结合的脉冲高压爆炸技术对模具钢表面进行改性处理，使材料的表面形成马氏体细晶改性层，在改性层的基础上再进行气体渗氮，在模具钢表面形成复合渗氮层。该技术综合运用爆炸焰流与高压放电效应，使材料表面发生相变和晶粒细化，有利于加速气体渗氮过程中氮原子由表面向内部迁移，从而在更短时间内形成更厚的渗氮层。经本方法处理的模具钢表面可形成10‑100μm厚度的马氏体细晶改性层，使气体渗氮工艺中相同渗氮时间下渗氮层厚度提高10‑40%，使用寿命提高1‑3倍。本发明适用于模具钢的表面氮化处理，能够在机械、制造等领域广泛应用。

Description

一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法
技术领域
本发明属金属材料技术领域，尤其是涉及一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法。
背景技术
模具工业的发展影响着一个国家的制造业水平。模具成型工艺代替传统切削加工工艺具有降低生产成本、提高生产质量以及最大程度的节约能源等优点。随着高强度钢、高温合金等高性能金属材料以及非金属材料与复合材料的应用日趋增多，对模具材料提出了更高的要求。对模具钢进行表面改性处理，是综合改善模具性能的关键。表面改性处理不仅能提高模具的表面性能，使模具材料的表面具有高硬度、耐蚀、抗粘结等性能，而且能使模具的芯部保持足够好的强韧性，这能提高模具的使用寿命、大幅度降低成本。气体渗氮是目前普遍采用的一种表面化学热处理方法，渗氮处理的工件一般均具有优异的耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性以及耐高温等特性，模具钢经渗氮处理后的表面硬度可达到HV1000以上，且生产工艺简单、成本较低、对工件适应性强，目前普遍应用于国内外的工业生产中。但气体渗氮时间较长、渗层浅、渗氮后表面易形成含ε相的脆性连续氮化物层等问题一直受到人们广泛关注。
因此，开发一种新型的渗氮技术，使模具钢表面获得更优的综合机械性能、更好的耐磨性、更长的使用寿命，同时又能提高机械加工效率，降低生产成本，显得非常迫切和具有重要的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种能显著提高渗氮层的厚度、缩短渗氮时间、提高渗氮层的韧性，以提升耐磨性和使用寿命的在模具钢表面制备复合渗氮层的方法。
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为1-6kV、电容为800-1500μF、电感为30-60μH、频率为1-6Hz的脉冲电路；气体采用可燃性气体：丙烷、氧气、空气构成的混合气体；
B、安装：将模具钢固定在可移动的工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向脉冲高压爆炸装置中的爆炸腔室通入空气，随后按比例1:2~1:6通入丙烷与氧气，丙烷流量为0.5-20 l/min，氧气流量为1-50 l/min，并启动点火装置，丙烷、氧气、空气构成的混合气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加电压为1-6kV、脉冲频率为1-6Hz的高压电，使模具钢与电极间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与模具钢需要渗氮的表面距离为20-200mm，设定工作平台的移动速度为1-50mm/s，在模具钢表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：将脉冲高压爆炸处理后的模具钢表面轻微打磨表层，打磨厚度0.009mm--0.012mm，使模具钢的表面平整，再使用酒精清洁干净模具钢的表面；
G、气体渗氮：将模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮炉内通入纯氨气，氨气流量为500-2000l/h，渗氮的保温温度为400-600℃，保温时间为0-72h，炉压为20-50mm/H2O，炉温冷却至150℃以下出炉，炉内保持正压，最终在模具钢经脉冲高压爆炸处理后的表面获得复合渗氮层。
模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为10~100μm。
为了克服目前气体渗氮工艺渗氮时间长、渗层浅、渗氮后表面易形成含ε相的脆性连续氮化物层等问题，本发明先综合运用气体爆炸与脉冲高压放电（即脉冲高压爆炸技术），通过瞬间爆炸、脉冲电场及快速冷却的作用，对模具钢表面进行改性，使模具钢的表面在爆炸焰流与高压放电的复合作用下发生相变和晶粒细化，在模具钢的表面形成马氏体细晶改性层；随后在细晶改性层的基础上再进行气体渗氮，由于模具钢的表面改性层的晶粒细化和马氏体的形成有利于加速气体渗氮过程中氮原子由表面向内部迁移，从而能够在更短时间内形成更厚的渗氮层，同时细晶改性层的形成能够抑制渗氮层表面脆性层的形成，以提高渗氮层的韧性。
本发明采用脉冲高压爆炸技术对模具钢进行表面预处理，再与气体渗氮工艺相结合，能显著提高模具钢表面渗氮层的厚度、缩短渗氮时间、提高渗氮层的韧性等，从而提升模具钢的耐磨性和使用寿命。经本发明处理的模具钢表面可形成10-100μm厚度的细晶改性层，与普通气体渗氮工艺相比，相同渗氮时间下渗氮层的厚度能提高10-40%，耐磨性能提高1-3倍，使用寿命能提高1-3倍。
经本发明方法所处理的模具钢表面渗氮层的性能稳定，时间成本比传统的表面气体渗氮技术降低10-40%，可作为模具渗氮的最终处理工艺。本发明适用于模具钢的表面氮化处理，能够在机械、制造等领域广泛应用。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为脉冲高压爆炸装置的示意图，图中：1、气体发生装置 ，2、脉冲电路，3、爆炸腔室，4、电极， 5、工作平台。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。
脉冲高压爆炸装置包括气体发生装置1、脉冲电路2、爆炸腔室3、电极4、工作平台5，首先将模具钢固定在工作平台5上，空气、氧气和丙烷气体通过气体发生装置1混合后经点火在爆炸腔室3中发生爆炸，启动电源后，脉冲电路2中发生脉冲电流，电极4为阳极，工作平台5及模具钢为阴极，在高压下发生脉冲放电。依设定程序移动工作平台5，使模具钢在爆炸焰流与高压放电的复合作用下处理，模具钢的表面获得细晶改性层。
实施例1：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为2kV、电容为1000μF、电感30μH，频率为2Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将H13模具钢固定在可移动的工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例1:5通入丙烷与氧气（丙烷流量：6 l/min，氧气流量：30 l/min），并启动点火装置，混合气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加脉冲电压，使电极与H13模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据H13模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与H13模具钢的距离为60mm，移动速度为10mm/s；根据H13模具钢的尺寸设定移动路径，直至H13模具钢的表面处理完毕，在H13模具钢表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的H13模具钢的表面用400#砂纸轻微打磨0.01mm，使H13模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净H13模具钢的表面；
G、气体渗氮：将H13模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为1500 l/h，渗氮保温温度为510℃，保温时间为45h，炉压为30-35mm/H2O，炉温冷却至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在H13模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的H13模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为40-60μm。
复合工艺渗氮后的H13模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的H13模具钢的渗氮层厚度提高25%，使用寿命提高2倍。
实施例2：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为1kV、电容为800μF、电感为50μH、频率为1Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将Cr12MoV模具钢固定在可移动的工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例1:4通入丙烷与氧气（丙烷流量：10 l/min；氧气流量40 l/min），并启动点火装置，气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加脉冲电压，使电极与Cr12MoV模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据Cr12MoV模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与Cr12MoV模具钢的距离为80mm，移动速度为20mm/s；根据Cr12MoV模具钢的尺寸设定移动路径，直至Cr12MoV模具钢的表面处理完毕，在Cr12MoV模具钢的表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的Cr12MoV模具钢表面用400#砂纸轻微打磨0.01mm，使Cr12MoV模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净Cr12MoV模具钢的表面；
G、气体渗氮：将Cr12MoV模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为2000 l/h，渗氮保温温度为530℃，保温时间为22h，炉压为20-30mm/H2O，炉冷至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在Cr12MoV模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的Cr12MoV模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为20-30μm。
复合工艺渗氮后的Cr12MoV模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的Cr12MoV模具钢的渗氮层厚度提高15%，使用寿命提高1倍。
实施例3：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为6kV，电容为1500μF，电感为60μH，频率为4Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将40Cr模具钢固定在可移动工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例1:4.2通入丙烷与氧气（丙烷流量：12 l/min；氧气流量50 l/min），并启动点火装置，气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加脉冲电压，使电极与40Cr模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据40Cr模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与40Cr模具钢的距离为120mm，移动速度为20mm/s；根据40Cr模具钢的尺寸设定移动路径，直至40Cr模具钢的表面处理完毕，在40Cr模具钢的表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的40Cr模具钢用400#砂纸轻微打磨0.009mm，使40Cr模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净40Cr模具钢的表面；
G、气体渗氮：将40Cr模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为1000 l/h，渗氮保温温度为500℃，保温时间为24h，炉压为35-40mm/H2O，炉冷至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在40Cr模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的40Cr模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为80-100μm。
复合工艺渗氮后的40Cr模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的40Cr模具钢的渗氮层厚度提高40%，使用寿命提高3倍。
实施例4：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为3kV，电容为1200μF，电感为50μH，频率为1.5Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将Cr12模具钢固定在可移动的工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例3:10通入丙烷与氧气（丙烷流量：12 l/min；氧气流量40 l/min），并启动点火装置，气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加脉冲电压，使电极与Cr12模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据Cr12模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与Cr12模具钢的距离为80mm，移动速度为10mm/s；根据Cr12模具钢的尺寸设定移动路径，直至Cr12模具钢的表面处理完毕，在Cr12模具钢的表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的Cr12模具钢表面用400#砂纸轻微打磨0.012mm，使Cr12模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净Cr12模具钢的表面；
G、气体渗氮：将Cr12模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为1000 l/h，渗氮保温温度为520℃，保温时间为22h，炉压为35-40mm/H2O，炉冷至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在Cr12模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的Cr12模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为60-80μm。
复合工艺渗氮后的Cr12模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的Cr12模具钢的渗氮层厚度提高40%，使用寿命提高2倍。
实施例5：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压2kV，电容800μF，电感30μH，频率为2Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将12Cr13模具钢固定在可移动工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例1:3.7通入丙烷与氧气（丙烷流量：8 l/min；氧气流量30 l/min），并启动点火装置，气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，对爆炸腔室施加电压，使电极与12Cr13模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据12Cr13模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与12Cr13模具钢的距离为120mm，移动速度为20mm/s；根据12Cr13模具钢的尺寸设定移动路径，直至12Cr13模具钢的表面处理完毕，在12Cr13模具钢的表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的12Cr13模具钢的表面用400#砂纸轻微打磨0.012mm，使12Cr13模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净12Cr13模具钢的表面；
G、气体渗氮：将12Cr13模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为1000 l/h，渗氮保温温度为500℃，保温时间为48h，炉压为20-30mm/H2O，炉冷至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在12Cr13模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的12Cr13模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为10-20μm。
复合工艺渗氮后的12Cr13模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的12Cr13模具钢的渗氮层厚度提高20%，使用寿命提高1倍。
实施例6：
一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，具体步骤如下：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为3kV，电容为1000μF，电感为30μH，频率为2Hz的脉冲电路；爆炸气体采用丙烷、氧气、空气构成的混合气体，采用钨棒作为电极；
B、安装：将3Cr2W8V模具钢固定在可移动工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向爆炸腔室通入空气，随后按比例1:4.2通入丙烷与氧气（丙烷流量：12 l/min；氧气流量50 l/min），并启动点火装置，气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，对爆炸腔室施加电压，使电极与3Cr2W8V模具钢间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据3Cr2W8V模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与3Cr2W8V模具钢的距离为50mm，移动速度为10mm/s；根据3Cr2W8V模具钢的尺寸设定移动路径，直至3Cr2W8V模具钢的表面处理完毕，在3Cr2W8V模具钢的表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：对经脉冲高压爆炸表面处理的3Cr2W8V模具钢的表面用400#砂纸轻微打磨0.01mm，使3Cr2W8V模具钢的表面平整，然后再使用酒精除油除尘，清洁干净3Cr2W8V模具钢的表面；
G、气体渗氮：将3Cr2W8V模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮内炉通入纯氨气，氨气流量为1500 l/h，渗氮保温温度为535℃，保温时间为14h，炉压为35-40mm/H2O，炉冷至150℃以下出炉（炉内保持正压），最终在3Cr2W8V模具钢的表面获得复合渗氮层。
脉冲高压爆炸处理后的3Cr2W8V模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为70-80μm。
复合工艺渗氮后的3Cr2W8V模具钢的渗氮层厚度比普通气体渗氮工艺下的3Cr2W8V模具钢的渗氮层厚度提高30%，使用寿命提高3倍。

Claims (2)

1.一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，其特征在于：
A、脉冲电路和气体准备：采用电压为1-6kV、电容为800-1500μF、电感为30-60μH、频率为1-6Hz的脉冲电路；气体采用可燃性气体：丙烷、氧气、空气构成的混合气体；
B、安装：将模具钢固定在可移动的工作平台上；
C、气体燃烧爆炸：先向脉冲高压爆炸装置中的爆炸腔室通入空气，随后按比例1:2~1:6通入丙烷与氧气，丙烷流量为0.5-20 l/min，氧气流量为1-50 l/min，并启动点火装置，丙烷、氧气、空气构成的混合气体燃烧发生爆炸，形成爆炸焰流；
D、高压放电：启动电源，施加电压为1-6kV、脉冲频率为1-6Hz的高压电，使模具钢与电极间发生脉冲放电；
E、表面改性层制备：根据模具钢的形状，在X,Y,Z三维尺度上移动工作平台，保持爆炸腔室的腔口与模具钢需要渗氮的表面距离为20-200mm，设定工作平台的移动速度为1-50mm/s，在模具钢表面获得厚度均匀的马氏体细晶改性层；
F、渗氮前处理：将脉冲高压爆炸处理后的模具钢表面轻微打磨表层，打磨厚度0.009mm-0.012mm，使模具钢的表面平整，再使用酒精清洁干净模具钢的表面；
G、气体渗氮：将模具钢放入渗氮炉中，密封并向渗氮炉内通入纯氨气，氨气流量为500-2000l/h，渗氮的保温温度为400-600℃，保温时间为0-72h，炉压为20-50mm/H2O，炉温冷却至150℃以下出炉，炉内保持正压，最终在模具钢经脉冲高压爆炸处理后的表面获得复合渗氮层。
2.根据权利要求1所述的在模具钢表面制备复合渗氮层的方法，其特征在于：模具钢表面的马氏体细晶改性层厚度为10-100μm。
CN201810960693.7A 2018-08-22 2018-08-22 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法 Active CN108914050B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810960693.7A CN108914050B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810960693.7A CN108914050B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108914050A true CN108914050A (zh) 2018-11-30
CN108914050B CN108914050B (zh) 2020-12-01

Family

ID=64405038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810960693.7A Active CN108914050B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108914050B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109654956A (zh) * 2019-02-12 2019-04-19 黄山学院 一种自引爆式搅拌摩擦改性方法及装置
CN113802086A (zh) * 2021-08-18 2021-12-17 襄阳新东特锻造有限公司 一种模具表面渗氮方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109654956A (zh) * 2019-02-12 2019-04-19 黄山学院 一种自引爆式搅拌摩擦改性方法及装置
CN113802086A (zh) * 2021-08-18 2021-12-17 襄阳新东特锻造有限公司 一种模具表面渗氮方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108914050B (zh) 2020-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2676135C (en) Turbine component, gas turbine engine, production method of turbine component, surface treatment method thereof, blade component, metal component and steam turbine engine
CN109706370B (zh) 一种原位合成max相增强镍基高温润滑复合材料的制备方法
CN100590208C (zh) 42CrMoE热处理工艺
CN108914050A (zh) 一种在模具钢表面制备复合渗氮层的方法
US20110027099A1 (en) Metal component, turbine component, gas turbine engine, surface processing method, and steam turbine engine
CN107974682B (zh) 一种压铸模具表面强化和修复再制造的方法
CN114988917B (zh) 一种纳米复合高硬度陶瓷刀具材料及其制备方法
CN104946994A (zh) 一种纳米化低合金耐热高强钢模具的制备方法
CN103060743A (zh) 一种芯孔球铁曲轴的离子氮化工艺
CN105002436A (zh) 一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法
CN104228183A (zh) 镁合金结构件表面复合涂层及其制备方法
CN107695358B (zh) 一种焊接导电嘴的制备方法
CN111004991A (zh) 一种热作模具钢高耐磨高耐蚀保护层的制备方法
CN110629152A (zh) 一种燃烧室用带纵向裂纹的热障涂层的喷涂方法
CN110541152B (zh) 一种钽/钢双金属复合材料及其制备方法
CN104762459B (zh) 金属材料纳米化强化改性方法
Ichiki et al. Peculiar relationship of plume brightness and hard layer formation in atmospheric-pressure plasma jet nitriding
CN112275593B (zh) 一种改进涂层微观结构的方法
RU2558320C1 (ru) Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме
CN101906606B (zh) 一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法
CN105821400A (zh) 一种激光裂解聚硅氮烷类先驱体制备陶瓷化涂层的方法
CN204714879U (zh) 一种带有抗结瘤耐磨损耐湿气纳米涂层的冷轧硅钢炉辊
CN105154835A (zh) 一种γ-TiAl合金表面耐磨损防护涂层及其制备方法
CN101906605A (zh) 一种在瓦楞辊表面注渗氮化硼特种陶瓷的方法
CN101713017A (zh) 一种发动机缸套的淬火方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 330012 No. 7777 Changdong Avenue, Nanchang High-tech Zone, Jiangxi Province

Applicant after: Inst. of Applied Physics, Jiangxi Prov. Academy of Sciences

Address before: 330006 Shangfang Road, Qingshan Lake District, Nanchang City, Jiangxi Province, 382

Applicant before: Inst. of Applied Physics, Jiangxi Prov. Academy of Sciences

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant