CN111020458A - 一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺 - Google Patents

一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，包括渗碳步骤和缓慢冷却步骤，渗碳步骤是将模具置于加热炉内，向加热炉内通入氛围介质，依次进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段，升温阶段碳势为0.6C％‑1.2C％，强渗碳阶段碳势为1.1C％‑1.2C％，扩散渗碳阶段碳势为0.8C％‑1.2C％；缓慢冷却步骤是在渗碳步骤完成之后，将模具在加热炉内氛围介质的保护下以0.1℃/min‑3.0℃/min的速度缓慢冷却至室温。采用本发明所述工艺得到的低碳钢模具，在模具的表面形成一层0.6mm‑1.3mm厚度的网状碳化物耐磨层，模具表面硬度为240‑290HV，且模具的心部具有优良的韧性和塑性，提高了模具的耐磨性，延长了模具的使用寿命。

Description

一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域，特别是涉及一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺。
背景技术
近年来，随着我国城镇化建设步伐的加快，市政道路、停车场、人行绿化道路的建设进程也步入加速阶段，因此，对路面砖的需求量呈现爆发式增长。煤灰煤渣作为路面砖的成型原料，具有价格低廉、原料供应充足、环境友好等优势。目前，现有技术中常用的成型砖模具的热处理工艺包括以下步骤：常规的表面渗碳处理、淬火快速冷却、低温回火，采用此种工艺处理后的模具表面会形成高碳低回火的马氏体结构，马氏体结构是一种脆而硬的组织，但是由于煤灰煤渣中含有高硬度的颗粒及玻璃态物质，在成型砖时，高硬度的颗粒及玻璃态物质与模具表面的马氏体结构接触、摩擦，会使模具表面磨损严重，使得模具使用寿命明显下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，以解决现有技术中成型砖模具的表面磨损严重，模具使用寿命下降的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
提供了一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，包括以下步骤：
A.渗碳步骤：将模具置于加热炉内，向加热炉内通入氛围介质，依次进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段，升温阶段碳势为0.6C％-1.2C％，强渗碳阶段碳势为1.1C％-1.2C％，扩散渗碳阶段碳势为0.8C％-1.2C％；
B.缓慢冷却步骤：渗碳步骤完成之后，模具在加热炉内氛围介质的保护下缓慢冷却至室温。
所述步骤A中的升温阶段、强渗碳阶段、扩散渗碳阶段以及步骤B所述的缓慢冷却步骤具体为：
升温阶段，在60min-80min内升温至920℃，在温度升至850℃时，碳势启动；
强渗碳阶段，在920℃温度下强渗碳6h；
扩散渗碳阶段，在910℃温度下扩散渗碳2h；
缓慢冷却步骤B，渗碳步骤完成后，模具以0.1℃/min-3.0℃/min的速度进行冷却。
所述升温阶段的具体过程为：在30min-50min内升温至900℃-910℃，碳势达到0.6C％，在30min内继续升温至920℃，碳势达到1.1C％-1.2C％。
所述缓慢冷却步骤B具体为：冷却速度在0.2℃/min-1℃/min范围内。
所述模具进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段以及缓慢冷却步骤B的氛围介质包括氮气和甲醇，所述氮气的流量为3m3/h-6m3/h，所述甲醇的流量为90mL/h-150mL/h。
所述模具进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段以及缓慢冷却步骤B的氛围介质包括空气和丙烷，所述空气的流量为3m3/h-6m3/h，所述丙烷的流量为0.4m3/h-0.6m3/h。
所述渗碳步骤A中的炉内压为1.0mbar-5.0mbar。
所述模具在进行渗碳步骤A操作之前应进行清洗，在缓慢冷却步骤B完成后也应当进行清洗。
所述模具的材质为含碳量≤0.35％的低碳钢或低碳合金钢。
本发明的有益效果：将模具在氛围介质的保护下依次经过升温阶段、强渗碳阶段、扩散渗碳阶段，最后在氛围介质的保护下缓慢冷却至室温，采用本发明所述的工艺，热处理完成之后，在模具表面形成一层厚度为0.6mm-1.3mm的网状耐磨碳化物，模具表面硬度为240-290HV，且模具的心部具有优良的韧性和塑性，显著提高了成型砖模具的表面耐磨性，延长了模具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的工艺曲线图；
图2为采用本发明所述工艺处理过的模具表面的碳化物放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取20Cr低碳合金钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在30min将加热炉内温度由室温升至900℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续升温，由900℃升温至920℃，碳势达到1.2C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.2C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为1.1C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入氮气和甲醇，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中氮气的流量为5.0m3/h，甲醇的流量为100ml/L。
完成上述渗碳步骤A后，将模具在加热炉内氮气和甲醇的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为0.2℃/min。热处理后模具表面硬度为250-260HV，在模具表面形成了一层厚度为0.6mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
实施例2：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取20CrMn低碳合金钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在30min将加热炉内温度由室温升至910℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续由910℃升温至920℃，碳势达到1.1C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.1C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为1.0C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入氮气和甲醇，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中氮气的流量为6m3/h，甲醇流量为120ml/L。
完成上述渗碳步骤A后，将模具在加热炉内氮气和甲醇的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为0.5℃/min。热处理后模具表面硬度为265-275HV，在模具表面形成了一层厚度为0.8mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
实施例3：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取20CrMmTi低碳合金钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在40min将加热炉内温度由室温升至900℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续由900℃升温至920℃，碳势达到1.2C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.2C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为0.9C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入氮气和甲醇，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中氮气流量为3.5m3/h，甲醇流量为90ml/L。
完成上述渗碳步骤A之后，将模具在加热炉内氮气和甲醇的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为3℃/min。热处理后模具表面硬度为270-290HV，在模具表面形成了一层厚度为1.0mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
实施例4：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取含碳量为0.3％的低碳钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在50min将加热炉内温度由室温升至900℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续由900℃升温至920℃，碳势达到1.2C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.2C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为1.2C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入氮气和甲醇，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中氮气流量为4.0m3/h，甲醇流量为150ml/L。
完成上述渗碳步骤A后，将模具在加热炉内氮气和甲醇的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为1.0℃/min。热处理后模具表面硬度为240-255HV，在模具表面形成了一层厚度为1.3mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
实施例5：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取含碳量为0.1％的低碳钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在30min将加热炉内温度由室温升至900℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续由900℃升温至920℃，碳势达到1.1C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.1C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为0.8C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入空气和丙烷，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中空气流量为3m3/h，丙烷流量为0.4m3/h。
完成上述渗碳步骤A后，将模具在加热炉内的空气和丙烷的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为0.1℃/min。热处理后模具表面硬度为250-280HV，在模具表面形成了一层厚度为0.7mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
实施例6：
如图1所示，本发明所述热处理工艺包括渗碳步骤A和缓慢冷却步骤B两个过程。选取含碳量为0.25％的低碳钢作为煤灰煤渣成型砖模具的材质，所述渗碳步骤A具体为：
(1)升温阶段，在40min将加热炉内温度由室温升至910℃，碳势达到0.6C％，碳势启动温度为850℃；在30min内继续由910℃升温至920℃，碳势达到1.2C％；
(2)强渗碳阶段，在920℃强渗碳6h，碳势为1.2C％；
(3)扩散渗碳阶段，在910℃扩散渗碳2h，碳势为1.1C％。
在进行上述步骤(1)、(2)、(3)的同时向加热炉内通入空气和丙烷，保持炉内压为1.0mbar-5.0mbar，其中空气流量为6m3/h，丙烷流量为0.6m3/h。
完成上述渗碳步骤A后，将模具在加热炉内的空气和丙烷的保护下缓慢冷却至室温，冷却速度为2℃/min。热处理后模具表面硬度为255-270HV，在模具表面形成了一层厚度为1.2mm的如图2所示的网状耐磨碳化物形貌。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
A.渗碳步骤：将模具置于加热炉内，向加热炉内通入氛围介质，依次进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段，升温阶段碳势为0.6C％-1.2C％，强渗碳阶段碳势为1.1C％-1.2C％，扩散渗碳阶段碳势为0.8C％-1.2C％；
B.缓慢冷却步骤：渗碳步骤完成之后，模具在加热炉内氛围介质的保护下缓慢冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：步骤A中所述的升温阶段、强渗碳阶段、扩散渗碳阶段以及步骤B所述的缓慢冷却步骤具体为：
升温阶段，在60min-80min内升温至920℃，在温度升至850℃时，碳势启动；
强渗碳阶段，在920℃温度下强渗碳6h；
扩散渗碳阶段，在910℃温度下扩散渗碳2h；
缓慢冷却步骤B，渗碳步骤完成后，模具以0.1℃/min-3.0℃/min的速度进行冷却。
3.根据权利要求2所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述升温阶段的具体过程为：在30min-50min内升温至900℃-910℃，碳势达到0.6C％，在30min内继续升温至920℃，碳势达到1.1C％-1.2C％。
4.根据权利要求2所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述缓慢冷却步骤B具体为：冷却速度在0.2℃/min-1℃/min范围内。
5.根据权利要求1所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述模具进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段以及缓慢冷却步骤B的氛围介质包括氮气和甲醇，所述氮气的流量为3m3/h-6m3/h，所述甲醇的流量为90mL/h-150mL/h。
6.根据权利要求1所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述模具进行升温、强渗碳、扩散渗碳阶段以及缓慢冷却步骤B的氛围介质包括空气和丙烷，所述空气的流量为3m3/h-6m3/h，所述丙烷的流量为0.4m3/h-0.6m3/h。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述渗碳步骤A中的炉内压为1.0mbar-5.0mbar。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：模具在进行渗碳步骤A操作之前应进行清洗，在缓慢冷却步骤B完成后也应当进行清洗。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的用于煤灰煤渣成型砖的低碳钢模具的热处理工艺，其特征在于：所述模具的材质为含碳量≤0.35％的低碳钢或低碳合金钢。
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