CN113913834A - 一种环模复合硬化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环模复合硬化工艺,包括以下步骤:真空淬火:将加工后的环模放至真空淬火炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理,淬火完成后,再进行回火,得到环模硬度HRC50‑52;表面渗氮:步骤1)得到的环模再进行加温,进行表面渗氮,使环模表面形成氮化物耐磨硬化层;保持炉压下,使得步骤2)得到的环模快速冷却,得到复合硬化后的环模。通过本发明复合硬化工艺得到的环模,表面氮化层具有良好的耐磨性能,制粒孔表面硬化层硬度达到HV≥800,同时,环模芯部的硬度降到HRC42‑48左右,增强环模的抗拉强度(提高韧性)。

Description

一种环模复合硬化工艺
技术领域
本发明涉及饲料加工环模,尤其涉及一种制备高硬度耐磨,同时保证整个环模具有一定的韧性的环模复合硬化工艺。
背景技术
环模是应用于颗粒机上的一种多孔易损件,壁薄,模孔密布,装配尺寸精度高。单一颗粒机通常会在安装有环模的情况下,同时配备有若干备用环模。在当前使用的环模损坏时,使用者可便捷更换环模,从而维持颗粒机正常的加工使用。环模工件呈环状设置,该工件的加工流程通常包括锻造、粗加工、热处理、精加工以及喷砂。
环模工件的热处理,一般为真空淬火,但真空淬火是对整个环模进行淬火,整个环模硬度比较高,这就造成了环模内应力较大,容易在饲料颗粒生产过程中发生开裂的风险,尤其是一些环模的工作面厚度较薄的,开裂的风险更大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有环模工作表面厚度较薄,开裂风险大的缺陷而提供一种制备高硬度耐磨,同时保证整个环模具有一定的韧性的环模复合硬化工艺。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种环模复合硬化工艺,所述复合硬化工艺包括以下步骤:
1)真空淬火:将加工后的环模放至加入真空淬火炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理,并且进行回火,达到硬度HRC50-55;
2)表面渗氮:步骤1)得到的环模,进行表面渗氮,使环模表面形成氮化物耐磨硬化层;
3)保持炉压下,使得步骤2)得到的环模快速冷却,得到复合硬化后的环模。
在本发明中,本发明先对环模进行真空淬火处理,脱脂除气,表面光亮,无脱碳或氧化,有利于材料机械性能的提高;再对环模进行表面渗氮处理,使环模表面特别是制粒孔表面形成一层≥0.1mm的氮化物耐磨硬化层,硬化层硬度达到HV≥800,同时,环模芯部的硬度降到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(提高韧性),达到饲料颗粒生产需要的理想状态,工作使用时间由平均1000小时提高到1300小时以上。
作为本发明的一种优选方案,步骤1)中,升温分为三个阶段,第一阶段是匀速升温至700-750℃,保温30-60min;第二阶段是继续升温至800-850℃,保温30-60min;第三阶段是继续升温至1050-1060℃,保温100-150min,待温度升至第三阶段保温时间结束,通入氮气高压快速冷却;再升温至450-500℃,保持3-5h。
在本技术方案中,通过分阶段升温与保温,调节环模的金相组织提高环模的机械性能,同时减少环模在炉体外的暴露次数,提高热处理效率。
作为本发明的一种优选方案,步骤2)中,环模降温至300-500℃。
作为本发明的一种优选方案,步骤2)中,表面渗氮包括气体渗氮,液体渗氮或等离子体辅助渗氮。
在本技术方案中,本发明经真空淬火后,在芯部材料的表面先形成一层过渡区,然后进行表面渗氮,N原子会逐渐向芯部材料扩散,形成N浓度较低的氮化物组成的扩散区,最后在表面形成双相化合物区,使环模表面特别是制粒孔表面形成一层≥0.1mm的氮化物耐磨硬化层,硬化层硬度达到HV≥800,同时,环模芯部的硬度降到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(提高韧性)。
作为本发明的一种优选方案,所述气体渗氮为保持真空环境,向环模表面通入含有氨气的惰性气体流,氨气与惰性气体的体积比为1-1.5:1,气体渗氮时间为10-15h。
作为本发明的一种优选方案,所述液体渗氮温度条件为450~500℃,处理时间为180-300min。
作为本发明的一种优选方案,所述等离子体辅助渗氮为保持真空环境,当炉内真空度达到10-15Pa时,充入净化过的氨气,使氨气均匀分布在整个炉体,调节氨气的流量,使炉内的压强保持100-500Pa;打开供电系统的电源,炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体,到达所渗氮温度后,开始计算保温时间;所述渗氮温度300-500℃,保温时间10-15h。
作为本发明的一种优选方案,所述环模的材料为4Cr13,渗氮完成后环模表面的渗氮层厚度≥0.1mm。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1)本发明的复合硬化工艺步骤简单,减少加工量,降低了成本;
2)通过本发明复合硬化工艺得到的环模,表面氮化层具有良好的耐磨性能,制粒孔表面硬化层硬度达到HV≥800,同时,环模芯部的硬度降到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(提高韧性)。
附图说明
图1是本发明环模剖面硬度分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明中,环模的材料为4Cr13。
实施例1
本实施例提供了一种环模复合硬化工艺,包括以下步骤:
1)真空淬火:将加工后的环模放至真空淬火炉炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理;升温分为三个阶段,第一阶段是匀速升温至700℃,保温30min;第二阶段是继续升温至800℃,保温30min;第三阶段是继续升温至1050℃,保温120min,待温度升至第三阶段,通入氮气快速冷却,再升温至500℃,保持4h。
2)表面渗氮:步骤1)得到的环模降温至300℃,进行气体渗氮,保持真空环境,向环模表面通入含有氨气的惰性气体流,氨气与惰性气体的体积比为1:1,气体渗氮时间为10h。
3)保持炉压下,使得步骤2)得到的环模快速冷却,得到复合硬化后的环模。
经检测,环模表面形成一层≥0.1mm的氮化层,硬化氮化层硬度达到HV≥800,主要是环模制粒孔内壁表面也达到≥0.1mm的耐磨硬化层。同时,环模芯部的硬度回火到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(韧性),环模剖面如图1所示,达到饲料颗粒生产的理想状态。
实施例2
本实施例提供了一种环模复合硬化工艺,包括以下步骤:
1)真空淬火:将加工后的环模放至真空淬火炉炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理;升温分为三个阶段,第一阶段是匀速升温至730℃,保温40min;第二阶段是继续升温至820℃,保温50min;第三阶段是继续升温至1055℃,保温100min,待温度升至第三阶段保温结束时,通入氮气快速冷却,再升温至450-500℃,保持3h。
2)表面渗氮:步骤1)得到的环模降温至400℃,进行液体渗氮,使环模表面形成氮化物耐磨硬化层;液体渗氮温度条件为450℃,处理时间为300min。
3)保持炉压下,使得步骤2)得到的环模快速冷却,得到复合硬化后的环模。
经检测,环模表面形成一层≥0.1mm的氮化层,硬化氮化层硬度达到HV≥800,主要是环模制粒孔内部也达到≥0.1mm的耐磨硬化层。同时,环模芯部的硬度回火到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(韧性),环模剖面如图1所示,达到饲料颗粒生产的理想状态。
实施例3
本实施例提供了一种环模复合硬化工艺,包括以下步骤:
1)真空淬火:将加工后的环模放至真空淬火炉炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理;升温分为三个阶段,第一阶段是匀速升温至750℃,保温60min;第二阶段是继续升温至850℃,保温60min;第三阶段是继续升温至1060℃,保温150min,待温度升至第三阶段,通入氮气快速冷却,再升温至500℃,保持4h
2)表面渗氮:步骤1)得到的环模降温至400℃,进行等离子体辅助渗氮,使环模表面形成氮化物耐磨硬化层;等离子体辅助渗氮为保持真空环境,当炉内真空度达到10-15Pa时,充入净化过的氨气,使氨气均匀分布在整个炉体,调节氨气的流量,使炉内的压强保持100-500Pa;打开供电系统的电源,炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体,到达所渗氮温度后,开始计算保温时间;所述渗氮温度450℃,保温时间15h。
3)保持炉压下,使得步骤2)得到的环模快速冷却,得到复合硬化后的环模。
经检测,环模表面形成一层≥0.1mm的氮化层,硬化氮化层硬度达到HV≥800,主要是环模制粒孔内部也达到≥0.1mm的耐磨硬化层。同时,环模芯部的硬度回火到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(韧性),环模剖面如图1所示,达到饲料颗粒生产的理想状态。
对比例1,与实施例1相同,唯一不同是未进行表面渗氮。
经检测,实施例1-3制备的环模表面氮化层厚度与硬度值以及对比例1制备环模表面氮化层厚度与硬度值的结果如下所示:
Figure BDA0003319800080000041
由此可见,本发明工艺制得的环模表面形成一层≥0.1mm的氮化层,硬化氮化层硬度达到HV≥800,主要是环模制粒孔内也达到≥0.1mm的耐磨硬化层。同时,环模芯部的硬度回火到HRC42-48左右,增强环模的抗拉强度(韧性),环模剖面如图1所示,达到饲料颗粒生产的理想状态。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种环模复合硬化工艺,其特征在于,所述复合硬化工艺包括以下步骤:
1)真空淬火:将加工后的环模放至真空淬火炉体中,抽真空,升温加热进行真空淬火处理;然后进行回火处理,使得环模硬度达到HRC50-55;
2)表面渗氮:步骤1)待加工环模装入氮化炉升温,进行表面渗氮,使环模表面形成氮化物耐磨硬化层;
3)保持炉压下,使得步骤2)得到的环模在炉内快速冷却,得到复合硬化后的环模。
2.根据权利要求1所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,步骤1)中,升温分为三个阶段,第一阶段是匀速升温至700-750℃,保温30-60min;第二阶段是继续升温至800-850℃,保温30-60min;第三阶段是继续升温至1050-1060℃,保温100-150min,待温度升至第三阶段,通入氮气快速冷却后,再升温至450-500℃,保持3-5h。
3.根据权利要求1所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,步骤2)中,环模降温至≤300℃出炉。
4.根据权利要求1所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,步骤2)中,表面渗氮包括气体渗氮,液体渗氮或等离子体辅助渗氮。
5.根据权利要求4所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,所述气体渗氮为保持真空环境,向环模表面通入含有氨气的惰性气体流,氨气与惰性气体的体积比为1-1.5:1,气体渗氮时间为10-15h。
6.根据权利要求4所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,所述液体渗氮温度条件为450~500℃,处理时间为)180~300min。
7.根据权利要求4所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,所述等离子体辅助渗氮为保持真空环境,当炉内真空度达到10-15Pa时,充入净化过的氨气,使氨气均匀分布在整个炉体,调节氨气的流量,使炉内的压强保持100-500Pa;打开供电系统的电源,炉内的氨气在高压电场的作用下发生电离形成NHj+、N+和H+等离子体,到达所渗氮温度后,开始计算保温时间;所述渗氮温度450-500℃,保温时间10-15h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种环模复合硬化工艺,其特征在于,所述环模的材料为4Cr13,渗氮完成后环模表面的渗氮层厚度≥0.1mm。
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