CN110565048A - 一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，将木炭、尿素颗粒、碳酸钠粉末和铬酐混合得到碳氮强渗合剂；将热模钢制工件和碳氮强渗合剂同时装入渗箱中，密封渗箱的箱盖；将渗箱放入坩埚式电炉中850℃～950℃恒温进行强渗碳氮，然后淬火处理后，将热模钢制工件直接浸入淬火油中冷却，空冷后，放入箱式中温回火炉中进行两次回火，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。优点是：操作简便、成本低廉且效果明显，获得的热模钢表面硬度可达62HRC以上，在600℃温度下的高温耐磨性超过同种热模钢常规热处理件的2倍以上，可有效提高热作模具的使用寿命。

Description

一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，特别涉及一种通过对常用的高合金含量的热模钢，如4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V(H21)，通过强渗碳氮元素，使其表面层内增加碳、氮含量后，再进行淬火的复合热处理的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺。
背景技术
热作模具钢是在金属产品热加工成型生产中用于制作高温固态和液态金属成型模具的钢种。热作模具主要包括热锻模、热挤压模、压铸模等，在热成型生产过程中，模具将承受较大的压力、冲击力，同时在与高温金属反复接触后，其表面还要承受极高的热磨损和冷热疲劳以及热腐蚀等。因此，热作模具必须具有较高的高温强度与热硬性、抗高温软化能力、抵抗热疲劳与热磨损的能力，同时还需具有高的韧性与抗氧化和腐蚀能力。研究表明，高合金热作模具在生产过程中的失效形式主要是高温热磨损失效和冷热疲劳失效，因此，提高其表面的高温强度和高温硬度(热硬性)是提高其使用寿命的主要途径。
目前国内外常用的高合金热作模具钢,如4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V(H21)等材料，含有较多的Cr、Mo、Si、W、V等可提高回火稳定性、热硬性、淬透性和细化晶粒的元素，制成模具后一般是经过1050℃～1150℃淬火后再经500℃～650℃多次回火，可使该类钢制模具获得细针回火马氏体、残余奥氏体和少量粒状合金碳化物，具有良好的强度与硬度，以及足够的冲击韧性，然而对于其高温强度与高温硬度及热硬性和高温耐磨性，虽然国内外对于常用的热挤压成型与压铸成型用高合金热模钢已有固定的热加工与热处理规范，可以保证金属材料正常的热挤压与压铸成型生产，但由于其最终热处理后的常温硬度和高温下的硬度不高，一般在45HRC～50HRC之间，仍然存在着高温下易软化和高温下易磨损的问题，致使模具的使用寿命普遍不高。而这类热作模具材料价格昂贵且模具制造成本较高，如果使用寿命过低就会导致产品的生产成本过高的问题。
为提高高合金热作模具的使用寿命，多年来许多学者对如何提高该类模具钢的表面性能做了大量的研究工作，并已经运用于生产，取得了一定成果。其方法主要有：模具表面高温气体或固体法渗碳、低温离子渗氮、低温盐浴法氮碳共渗、低温盐浴法多元共渗、高能束表面改性等。上述表面强化方法虽然可以不同程度的提高热模钢的表面高温性能，但皆存在效果不明显、生产成本过高、操作复杂、不适于中小企业应用等问题。为此，有必要研究操作简便、成本低廉、效果明显、适应性强，适合于高合金含量热模钢表面化学热处理强化的有效工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、成本低廉且效果明显，适合于中小企业应用的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，获得的热模钢表面硬度可达62HRC以上，经过600℃长时间加热后其表面硬度仍可保持在64HRC以上，其在600℃温度下的高温耐磨性超过同种热模钢常规热处理件的2倍以上，可有效提高热作模具的使用寿命。
本发明的技术解决方案是：
一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其具体步骤如下：
(1)配制碳氮强渗合剂
按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为43％～48％；粒度为1mm～2mm的尿素颗粒为50％～55％；碳酸钠粉末1.2％～1.5％；铬酐(CrO3)0.5％～0.8％；混合得到碳氮强渗合剂；
(2)强渗碳氮
用不锈钢板焊制渗箱，将热模钢制工件，和碳氮强渗合剂同时装入不锈钢渗箱中，然后将膨润土用水玻璃和水按照质量比1:2和成泥状后均匀密封渗箱的箱盖；再将渗箱放入已经加热到800℃的坩埚式电炉中，升温到850℃～950℃恒温4小时～8小时进行强渗碳氮；
(3)淬火
恒温强渗碳氮结束后，将炉温升温到热模钢的常规淬火温度淬火处理，将不锈钢渗箱出炉并开箱，取出箱内的热模钢制工件直接浸入淬火油中冷却到190℃～200℃，取出空冷到室温；
(4)回火
将强渗碳氮再淬火的热模钢制工件放入箱式中温回火炉中，加热到580℃保温回火2小时后，出炉油冷到室温，然后第二次放入回火炉中加热到500℃保温回火1小时后，油冷到室温，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。
进一步的，所述渗箱是6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊制的。
进一步的，碳氮强渗合剂与热模钢制工件装箱时，先在箱底铺匀20mm厚碳氮强渗合剂，在上面放置热模钢制工件，工件与工件之间、工件与箱壁之间均要间隔10mm以上且填满碳氮强渗合剂并捣实，热模钢制工件顶部距渗箱的箱盖内表面垂直距离≥40mm；
进一步的，淬火加热温度为1040℃，保温0.5小时～1小时淬火处理。
进一步的，所述热模钢为H11钢、H13钢或H21钢。
进一步的，所述热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层深度皆达1.8mm～2.0mm；其表面层显微组织为针状回火马氏体基体上均匀分布着粒状和短杆状合金碳化物；H13钢的表面金相组织见图3和图4。
进一步的，所述热模钢经热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层硬度皆在700HV0.2～820HV0.2之间；经580℃回火的试件表面洛氏硬度可达64HRC；其中H13钢在600℃高温下的耐磨性高于常规淬火试件一倍以上。
本发明的基本原理及性能
高合金含量的热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等，含有较多提高热稳定性和形成碳化物的合金元素，尽管该类钢的含碳量仅在0.3％～4.0％之间，但已属过共析钢范围，在600℃温度以下作为热加工模具材料使用，具有良好的高温强度和热硬性及一定的韧性，可以满足绝大多数热作成型加工的使用要求。但其规定的含碳量在某些特定的应用环境中有时也常造成模具表面高温硬度不足而产生早期高温磨损和高温软化而导致过早失效。如果增加其整体的含碳量，又会造成模具基体韧性的下降。本发明—粉末法热模钢经强渗碳氮和复合热处理(简称C-N+C法)，其目的就是在不改变这类热模钢模具心部组织和性能的前提下，通过改变模具表面层一定深度内的化学成分和金相组织的方法，以提高模具表面的高温硬度和高温耐磨性，从而提高这类热作模具的使用寿命。
通过本发明中涉及的用木炭、尿素、碳酸钠和铬酐碳氮强渗合剂高温碳氮强渗后再升温淬火复合热处理的手段，可使试验模具与普通淬火模具的表面层组织完全不同。普通淬火模具表面组织为板条状回火马氏体(见图5)，而经(C-N+C)复合处理的模具表面为细小的针状回火马氏体基体上均匀分布着密集的粒状和短杆状合金碳化物和氮化物，这些碳化物和氮化物的存在，将明显对钢的基体起到沉淀强化和弥散强化作用，因此其淬火后的硬度和不同温度两次回火后的硬度都明显高于普通淬火模具。这些合金碳化物和氮化物中的碳和氮来源于强渗过程，而合金元素是材料中所固有。当强渗淬火后的模具再进行580℃一次回火、500℃二次回火时还会由于碳、氮化合物的弥散析出而产生明显的二次硬化，提高钢的热硬性和高温耐磨性。当模具在600℃左右的温度环境下服役时，模具表面层中弥散分布的粒状碳、氮化合物在马氏体基体中将起着“钉扎作用”，阻碍在高温和外力作用下，模具材料内部位错的运动和增殖，阻止金属内部滑移的进行，从而提高材料的高温强度和高温耐磨性，有效提高模具的使用寿命。
本发明的有益效果：
H11、H13、H21常用来制造热挤压模具和压铸模具的热作模具钢材料，用木炭、尿素、碳酸钠和铬酐经过(C-N+C)处理后，其表面向内部皆可形成2mm以上深度的硬化区，表面硬度可达820HV0.2；经580℃加热保温后，经过(C-N+C法)处理后的高合金含量热模钢工件可获得2mm以上厚度的高碳氮硬化层，该层具有良好的高温力学性能，600℃工件表面的洛氏硬度仍可达64HRC；磨损试样结果说明，其600℃高温下的耐磨性高于常规淬火试件一倍以上，具有高热硬性、极好的高温耐磨性，同时保持良好基体韧性，从而可有效提高该类模具的高温使用寿命，扩大上述模具材料的应用领域与使用范围。该碳氮强渗淬火的复合热处理工艺(C-N+C)方法简单，操作方便，适应性强，无需专用设备，生产成本低廉，极适合于中小型企业的金属热挤压和压铸生产。
附图说明
图1是本发明(对应实施例1)的碳氮强渗淬火复合热处理(C-N+C)工艺曲线图；
图2是本发明所采用的碳氮强渗工件装入渗箱并封装的示意图；
图3是本发明(对应实施例1)所获得的H13钢试件表面层50×放大倍数下的金相组织图；
图4是本发明(对应实施例1)所获得的H13钢试件表面层500×放大倍数下的金相组织图；
图5是本发明(对应对比例1)所获得的H13钢常规淬火表面层组织500×放大倍数下的金相组织图；
图6是本发明(对应实施例1)H11、H13、H21钢碳氮强渗淬火后和H13钢常规淬火(对应对比例1)在经过不同温度回火后的洛氏硬度变化对比曲线；
图7是本发明(对应实施例1)H13钢碳氮强渗淬火(C-N+C)和常规淬火(对应对比例1)后表面层硬度对比曲线图；
图8是本发明(对应实施例1)H13钢碳氮强渗淬火(C-N+C)和常规淬火(对应对比例1)在600℃高温下的销盘式摩擦磨损试验结果对比。
具体实施方式
实施例
(1)试验设备准备：
①最高使用温度为1200℃的12KW坩埚式电阻炉—上海实研电炉有限公司制造的SG2-12-12高温型坩埚式电阻，控温精度为±3℃。
②最高使用温度为1000℃的4KW箱式电阻炉，控温精度为±2℃。
③工件的金相、硬度检测、高温耐磨性试验设备为Axio Vert A1型蔡司金相显微镜；HVS-1000显微硬度计、HR-150DT洛氏硬度计；高温磨损试验采用MMU-10G微机控制高温端面摩擦磨损试验机。
(2)本发明实施例1～3以及对比例1所使用的试验设备以及热模钢工件化学成分及组织状态如表1：
表1 三种热模钢材料的化学成分符合GB/T1299-2000的要求
实施例1
(940℃×4h强渗碳氮后升温至1040℃保温0.5h油冷，580℃×2h和500℃×1h两次回火)
(1)试样准备和配制碳氮强渗合剂
工件材料为退火态的H11、H13、H21热模钢，三种试验材料的化学成分如表1所示。金相和硬度工件试样的尺寸为Ф25×6mm，磨损工件试样尺寸为Ф40×4mm，工件试样表面粗糙度为0.8mm；
按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为4.5kg、粒度为1mm-2mm的尿素颗粒为5.3kg、碳酸钠粉末0.15kg、铬酐(CrO3)0.05kg混合得到碳氮强渗合剂；
(2)强渗碳氮
用6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊制渗箱，将H11热模钢工件、H13热模钢工件和H21热模钢工件，和碳氮强渗合剂同时装入不锈钢渗箱中并盖好箱盖，碳氮强渗合剂与热模钢制工件装箱时，先在箱底铺匀20mm厚碳氮强渗合剂，在上面放置热模钢工件，工件与工件之间、工件与箱壁之间均要间隔10mm以上且填满碳氮强渗合剂并捣实，热模钢制工件顶部距渗箱的箱盖内表面垂直距离≥40mm；然后将膨润土加入1kg水玻璃和2kg水和成泥状后均匀密封渗箱的箱盖(见图2)；再将渗箱放入已经加热到800℃的坩埚式电炉中，升温到940℃恒温4小时进行强渗碳氮；
(3)淬火
恒温强渗碳氮结束后，将炉温升温到1040℃保温0.5小时淬火处理，取出箱内的热模钢制工件直接浸入装有变压器油淬火油槽中冷却到200℃，取出空冷到室温；
(4)回火
将强渗碳氮再淬火的热模钢制工件放入箱式中温回火炉中，加热到580℃保温回火2小时后，出炉油冷到室温，然后第二次放入回火炉中加热到500℃保温回火1小时后，油冷到室温，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。
检验与试验
对粉末法高温碳氮强渗淬火复合热处理(C-N+C)后的H11、H13、H21热模钢工件分别进行了显微组织检验；不同温度回火后的洛氏硬度检测；表面渗层深度测量；表面渗层的显微硬度梯度测试；最后对H13钢试件进行了碳氮强渗淬火和常规淬火的高温摩擦磨损试验。结果为：
1)显微组织检验：H11、H13、H21三种热模钢工件的表面渗层组织皆为针状回火马氏体+粒状和短杆状合金碳化物，而心部组织为板条状回火马氏体。
2)不同温度回火后的洛氏硬度：H11、H13、H21三种热模钢工件在强渗淬火后在进行两次回火后皆存在相似的二次硬化现象，在580℃回火后硬度皆在62HRC以上且在经过600℃长时间加热后其表面硬度仍可保持在64HRC以上，即明显的高热硬性。
3)表面渗层深度：H11、H13、H21三种热模钢工件钢在强渗淬火(C-N+C)后其表面渗层深度皆为1.8mm～2mm。
4)表面硬度梯度：经强渗淬火(C-N+C)后，表面在2mm深度范围内的硬度在700HV～820HV，远高于基体硬度和同类钢的常规淬火的500HV～550HV硬度值。
5)高温耐磨性试验：在MMU-10G微机控制高温端面摩擦磨损试验机上进行，H13钢的两种不同热处理工艺试样经300℃～600℃温度下的表面摩擦磨损试验结果说明，(C-N+C)处理比常规淬火处理试样的高温耐磨性高一倍以上。
对比文件1(常规淬火：即1050℃×1h加热后油冷，再经580℃×2h两次回火)
(1)准备试验用试样材料为退火态的H11、H13、H21热模钢，三种试验材料的化学成分符合GB/T1299-2000的要求。其原始金相组织为铁素体基体和粒状碳化物。金相和硬度试样的尺寸为Ф25×6mm，磨损试样尺寸为Ф40×4mm。试样表面粗糙度为0.8mm；
(2)热处理
在6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊保护箱中加入铸铁碎屑保护剂，然后将各种钢的试件埋入铸铁屑中，盖好箱盖后，将膨润土加入1kg水玻璃和2kg水和成泥状后均匀密封保护箱的箱盖，放入已经加热到1050℃的坩埚电阻炉中恒温加热1小时，然后将试件出炉并迅速出箱放入淬火油中冷却到室温，淬火油与实施例1相同；
2)将淬火后的各种试件放入已经加热到580℃的箱式电阻炉中回火2小时，然后取出油冷到室温，再第二次重新放入580℃的箱式电阻炉中回火1小时，取出油冷到室温，热处理过程结束。
检验与试验
对常规淬火处理的H11、H13、H21钢试件分别进行了显微组织检验；不同温度回火后的洛氏硬度检测；最后对H13钢试件进行高温摩擦磨损试验。结果为：
1)显微组织检验：H11、H13、H21三种钢试样的表面组织和心部组织皆为板条状和少量针状回火马氏体+残余奥氏体，表面层由于采取了保护措施而无脱碳。
2)不同温度回火后的洛氏硬度：三种钢在常规淬火后在500℃～650℃范围内回火后皆无明显的二次硬化峰值，在580℃回火后硬度值平均为50HRC，热硬性不高。
3)高温耐磨性试验：在MMU-10G微机控制高温端面摩擦磨损试验机上进行，H13钢经常规淬火的试件与碳氮强渗淬火试样经600℃温度下的表面摩擦磨损对比试验，结果说明，常规淬火处理试样的高温耐磨性低于(C-N+C)处理试样一倍以上。
图3是本发明(对应实施例1)所获得的H13钢试件表面层50×放大倍数下的金相组织图；图4是本发明(对应实施例1)所获得的H13钢试件表面层500×放大倍数下的金相组织图；图3中右侧的黑色区为碳氮渗入层，其上弥散分布大量的白色点状物为碳氮化合物。总渗层的深度平均为2mm。图4为图3中的箭头所指的外表层区域放大的显微组织形貌,其组织为暗黑色的隐针状回火马氏体上均匀弥散分布着白色细粒状和短杆状碳氮化合物，这种化合物硬度很高，弥散分布在马氏体基体上起到一种“钉扎”作用，阻碍模具在高温下受力时其表面金属的滑移流动，因此起到增加模具表面高温强度和高温耐磨性的作用，从而提高模具使用寿命的作用。
图5是本发明(对应对比例1)所获得的H13钢常规淬火表面层组织500×放大倍数下的金相组织图；其显微组织为细小的板条状马氏体和较少的细粒碳化物，其形貌与经过碳氮強渗淬火处理(C-N+C)后的组织形貌(见图4)具有鲜明的差别。这种组织硬度较低，虽然具有一定的高温热硬性，但在高温使用过程中由于强度与硬度不足，所以仍极容易在表面产生变形和磨损，其模具的使用寿命相对较低。
图6是本发明(对应实施例1)H11、H13、H21钢碳氮强渗淬火后和H13钢常规淬火(对应对比例1)在经过不同温度回火后的洛氏硬度变化对比曲线；此图是不同钢种H11、H13、H21钢碳氮強渗淬火、H13钢常规淬火，再经加热到不同温度恒温1小时后的洛氏硬度变化对比曲线。此图说明：热模钢经普通常规淬火后随再加热温度的升高，其表面硬度呈平缓下降趋势。当加热到580℃恒温1小时后其硬度为50HRC；而经碳氮強渗淬火后再加热到600℃恒温1小时后其硬度可达62HRC以上，随其由低温到高温的加热，其表面硬度不降而反升，在600℃左右呈突然升高而达极大值，即表现出明显的热硬性特征，这是提高模具使用寿命的主要因素。
图7是本发明(对应实施例1)H13钢碳氮强渗淬火(C-N+C)和常规淬火(对应对比例1)后表面层硬度对比曲线图；此图是H13热模钢两种不同热处理后，其表面向心部过渡的硬度梯度对比曲线。测试硬度的仪器是显微维氏硬度计。图中可见，同一钢种经不同方法热处理后的表面硬度变化趋势完全不同。经常规热处理的试样其维氏硬度由表面向心部的过渡基本一致，皆保持在450—500HV之间；而经碳氮強渗淬火(C-N+C)的试样，其硬度的变化是由表面向心部的2mm范围内皆保持在700—820HV,超过2mm后，其硬度明显下降，这说明该方法处理的试样的表面保持了2mm深度的高硬度层，这是造成模具使用寿命提高的重要原因。
图8是本发明(对应实施例1)H13钢碳氮强渗淬火(C-N+C)和常规淬火(对应对比例1)在600℃高温下的销盘式摩擦磨损试验结果对比。
此图是H13钢磨损试样经两种不同方法热处理后，在MMU-10G微机控制高温端面摩擦磨损试验机上进行的不同时间的磨损量对比曲线。磨损试样尺寸为Ф40×4mmD的圆盘试件；而对磨偶件是Ф5×20mm的高速钢淬火销钉。由图中可见，同样的H13钢试件，其随摩擦磨损时间的延长，碳氮強渗淬火(图中黑色曲线)的试件比常规淬火的试件(红色曲线)具有小得多的磨损量，这说明碳氮強渗淬火可以明显提高模具的高温耐磨性，这会有效提高模具的使用寿命。
实施例2
(1)试样和配制碳氮强渗合剂
工件材料为退火态的H11、H13、H21热模钢，三种试验材料的化学成分如表1所示。金相和硬度工件试样的尺寸为Ф25×6mm，磨损工件试样尺寸为Ф40×4mm，工件试样表面粗糙度为0.8mm；
按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为4.3kg、粒度为1mm-2mm的尿素颗粒为5.5kg、碳酸钠粉末0.12kg、铬酐(CrO3)0.08kg混合得到碳氮强渗合剂；
(3)强渗碳氮
用6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊制渗箱，将H11热模钢工件、H13热模钢工件和H21热模钢工件，和碳氮强渗合剂同时装入不锈钢渗箱中并盖好箱盖，碳氮强渗合剂与热模钢制工件装箱时，先在箱底铺匀20mm厚碳氮强渗合剂，在上面放置热模钢工件，工件与工件之间、工件与箱壁之间均要间隔10mm以上且填满碳氮强渗合剂并捣实，热模钢制工件顶部距渗箱的箱盖内表面垂直距离≥40mm；然后将膨润土加入1kg水玻璃和2kg水和成泥状后均匀密封渗箱的箱盖(见图2)；再将渗箱放入已经加热到800℃的坩埚式电炉中，升温到850℃恒温8小时进行强渗碳氮；
(3)淬火
恒温强渗碳氮结束后，将炉温升温到1040℃保温0.8小时淬火处理，取出箱内的热模钢制工件直接浸入装有变压器油淬火油槽中冷却到190℃，取出空冷到室温；
(4)回火
将强渗碳氮再淬火的热模钢制工件放入箱式中温回火炉中，加热到580℃保温回火2小时后，出炉油冷到室温，然后第二次放入回火炉中加热到500℃保温回火1小时后，油冷到室温，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。所述热模钢工件经强渗碳氮和两次热处理后，其表面渗层深度皆达1.8mm～2.0mm；其表面层显微组织为针状回火马氏体基体上均匀分布粒状和短杆状合金碳化物。所述热模钢工件经热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层硬度皆在700～820HV0.2之间；经580℃回火的试件表面洛氏硬度可达62HRC；其中H13钢在600℃高温下的耐磨性高于常规淬火试件一倍以上。
实施例3
(1)试样和配制碳氮强渗合剂
工件材料为退火态的H11、H13、H21热模钢，三种试验材料的化学成分如表1所示。金相和硬度工件试样的尺寸为Ф25×6mm，磨损工件试样尺寸为Ф40×4mm，工件试样表面粗糙度为0.8mm；
按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为4.8kg、粒度为1mm-2mm的尿素颗粒为5.0kg、碳酸钠粉末1.4kg、铬酐(CrO3)0.6kg混合得到碳氮强渗合剂；
(3)强渗碳氮
用6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊制渗箱，将H11热模钢工件、H13热模钢工件和H21热模钢工件，和碳氮强渗合剂同时装入不锈钢渗箱中并盖好箱盖，碳氮强渗合剂与热模钢制工件装箱时，先在箱底铺匀20mm厚碳氮强渗合剂，在上面放置热模钢工件，工件与工件之间、工件与箱壁之间均要间隔10mm以上且填满碳氮强渗合剂并捣实，热模钢制工件顶部距渗箱的箱盖内表面垂直距离≥40mm；然后将膨润土加入1kg水玻璃和2kg水和成泥状后均匀密封渗箱的箱盖(见图2)；再将渗箱放入已经加热到800℃的坩埚式电炉中，升温到950℃恒温4.5小时进行强渗碳氮；
(3)淬火
恒温强渗碳氮结束后，将炉温升温到1040℃保温1小时淬火处理，取出箱内的热模钢制工件直接浸入装有变压器油淬火油槽中冷却到195℃，取出空冷到室温；
(4)回火
将强渗碳氮再淬火的热模钢制工件放入箱式中温回火炉中，加热到580℃保温回火2小时后，出炉油冷到室温，然后第二次放入回火炉中加热到500℃保温回火1小时后，油冷到室温，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。所述热模钢工件经强渗碳氮和两次热处理后，其表面渗层深度皆达1.8～2.0mm；其表面层显微组织为针状回火马氏体基体上均匀分布粒状和短杆状合金碳化物。所述热模钢工件经热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层硬度皆在700HV0.2～820HV0.2之间；经580℃回火的试件表面洛氏硬度可达62HRC；其中H13钢在600℃高温下的耐磨性高于常规淬火试件一倍以上。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：
具体步骤如下：
(1)配制碳氮强渗合剂
按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为43％～48％；粒度为1mm～2mm的尿素颗粒为50％～55％；碳酸钠粉末1.2％～1.5％；铬酐0.5％～0.8％；混合得到碳氮强渗合剂；
(2)强渗碳氮
用不锈钢板焊制渗箱，将热模钢制工件，和碳氮强渗合剂同时装入不锈钢渗箱中，然后将膨润土用水玻璃和水按照质量比1:2和成泥状后，均匀密封渗箱的箱盖；再将渗箱放入已经加热到800℃的坩埚式电炉中，升温到850℃～950℃恒温4小时～8小时进行强渗碳氮；
(3)淬火
恒温强渗碳氮结束后，将炉温升温到热模钢的常规淬火温度淬火处理，将不锈钢渗箱出炉并开箱，取出箱内的热模钢制工件直接浸入淬火油中冷却到190℃～200℃，取出空冷到室温；
(4)回火
将强渗碳氮再淬火的热模钢制工件放入箱式中温回火炉中，加热到580℃保温回火2小时后，出炉油冷到室温，然后第二次放入回火炉中加热到500℃保温回火1小时后，油冷到室温，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。
2.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：所述渗箱是6mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢板双面焊制的。
3.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：碳氮强渗合剂与热模钢制工件装箱时，先在箱底铺匀20mm厚碳氮强渗合剂，在上面放置热模钢制工件，工件与工件之间、工件与箱壁之间均要间隔10mm以上且填满碳氮强渗合剂并捣实，热模钢制工件顶部距渗箱的箱盖内表面垂直距离≥40mm。
4.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：淬火加热温度为1040℃，保温0.5小时～1小时淬火处理。
5.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：所述热模钢为H11钢、H13钢或H21钢。
6.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：所述热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层厚度为1.8mm～2.0mm。
7.根据权利要求1所述的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其特征是：所述热模钢经强渗碳氮和复合热处理后，其表面渗层硬度在700HV0.2～820HV0.2之间；经580℃回火的工件表面洛氏硬度可达64HRC。
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