一种用于热挤压模具的钼基材料与表面渗碳处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到钼基材料的配方和钼基材料表面渗碳处理的技术，属于粉末冶金、热挤压和表面处理领域。
【背景技术】
[0002]目前国内外热挤压行业中通常采用热作模具钢做模具材料，我国主要用3Cr2W8V钢，英美、苏、瑞典则采用H13\4Cr5MoVSi钢或其他基本钢制造模具。热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的，服役条件十分苛刻。例如:20Cr等材料，加热温度为1150?1200°C，在水压机上成型，模具的温度可以达到900?950°C，因高压成型，被挤压的零件越大，加工的深度越深(特别是反挤压成型的大工件)，则条件越苛刻，高温强度要求也越高。所以热作模具材料应具有良好的综合性能，主要是:应具有高的抗塑性变形能力；在服役的温度(800?950°C )下有高的热稳定性及抗磨损性能；在动负荷下应有足够高的韧性；另外，热挤压模具寿命低、经济效益差是个共同的问题。
[0003]热作模具钢，由于高温强度低，每次热挤压后都要进行外部水冷以降低模具温度，模具要经受严重的冷热疲劳考验，在挤压成型时与炽热的工件接触，造成模具与工件之间的强烈摩擦，产生化学作用，使模具表面产生热腐蚀。这就使热作模具钢制造的热挤压模具产生塌陷、形变、拉沟、炸裂、表面腐蚀等现象，造成模具失效。硬质合金和陶瓷材料，硬度可达HV1000左右，但因硬度大，韧性差，在高温、高压的作用下，易产生裂纹而报废。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种用于热挤压模具的钼基材料与表面渗碳处理工艺。
[0005]本发明采用钼粉作为高温挤压模具的基材，Co作粘结剂，加入碳化物(碳化钨或碳化钛)元素，其各组份的质量百分比依据所需的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能指标确定，其中钼60?80%，碳化物15?32%，钴2?12% ;另外，为了除气和净化晶界，需要加入钼、碳化物、钴三者总质量0.01?0.1%的碳。
[0006]高温高压下作业的热挤压模具钢，其服役时的工作温度往往超过回火温度。尽管采用多种手段作强韧化处理(强韧化处理+表面强化处理)，以图改善服役条件，最大限度的发挥材料的潜力，但仍远远满足不了使用性能的要求，本发明采用表面渗碳技术很好的解决了此类问题。
[0007]本发明表面渗碳采用65?80%的木炭粉(粒度在100目以下)，10?20%的无水碳酸钠，5?15%的乙酸钠作为渗碳剂，其各组份均为质量百分比，渗碳温度在900°C?1100°C之间，保温时间8h?10h，在材料表面形成一层致密的碳化钼从而保护材料。
[0008]本发明的材料渗碳后，表面硬度HV最高可达900，而心部硬度HV只有530左右。表面不仅具有硬质合金的硬度，还具有钢材料的韧性。并且在高温下具有良好的抗蠕变性能、线膨胀系数低和极低的蒸气压、高的弹性模量、受温度的影响较小、优良的导电、导热性、高温强度高及低的摩擦系数、润滑性能优良等特点。大大地提高了模具的使用寿命，并可实现快速挤压，从而降低成本和提高生产效率。
【具体实施方式】
[0009]本发明利用钼基材料经粉末冶金方法直接成形热作挤压模具，满足高温高压条件下使用性能，以提高模具使用寿命、节约原材料、节省能源、降低成本和提高生产效率。以下百分比均为质量百分比。
[0010]实施例一:
[0011]取钼粉60%，碳化钨粉32%，钴粉8 %，碳粉占钼粉、碳化钨粉、钴粉总质量的0.1 %，在球磨机中以300转/分的速度球磨20小时使粉末混合均匀，后在200MP等静压机上利用事先制作好的模具冷压成形，放入真空烧结炉中加压烧结(烧结温度14000C -1500°C，压力1MPa)，经过磨光表面和工作带，再进行表面渗碳处理，渗碳厚度10 μ m，然后进行模具装配，并在挤压机上试模，根据试模情况适当进行修模，最后投入生产应用当中。
[0012]实施例二:
[0013]取钼粉80%，碳化钛粉15%，钴粉5 %，碳粉占钼粉、碳化钛粉、钴粉总质量的0.05%，在球磨机中以350转/分的速度球磨24小时使粉末混合均匀，后在200MP等静压机上利用事先制作好的模具冷压成形，放入真空烧结炉中加压烧结(烧结温度14000C -1500°C，压力1MPa)，经过磨光表面和工作带，再进行表面渗碳处理，渗碳厚度8 μ m，然后进行模具装配，并在挤压机上试模，根据试模情况适当进行修模，最后投入生产应用当中。
[0014]实施例三:
[0015]取75%的木炭粉(粒度在100目以下)，13%的无水碳酸钠，12%乙酸钠，在球磨机上以60转/分的转速球磨两小时进行混料，将渗碳剂和渗碳件放入密封箱后以6°C /min的升温速度，升温到1000°C后保温10小时。渗碳后取出渗碳件加热到1000°C保温2小时进行水淬，再进行渗碳件工作部分表面抛光处理之后进行模具装配试模，最终投入实际生产。
【主权项】
1.一种用于热挤压模具的钼基材料，其特征是:以Co作粘结剂，加入碳化物元素，其各组份的质量百分比为:钼60?80%，碳化物15?32%，钴2?12% ;另外，为了除气和净化晶界，需要加入钼、碳化物、钴三者总质量0.01?0.1%的碳； 所述的碳化物为碳化钨或碳化钛。
2.对权利要求1所述的用于热挤压模具的钼基材料表面渗碳处理工艺，其特征是:采用质量百分比分别为65?80%的木炭粉，10?20%的无水碳酸钠，5?15%的乙酸钠作为渗碳剂，木炭粉的粒度在100目以下，渗碳温度在900°C?1100°C之间，保温时间8h?10h，在材料表面形成一层致密的碳化钼从而保护材料。
【专利摘要】本发明涉及到钼基材料的配方和钼基材料表面渗碳处理的技术，本发明钼基材料各组份的质量百分比为：钼60～80％，碳化物15～32％，钴2～12％，碳占钼、碳化物、钴三者总质量0.01～0.1％；钼基材料表面渗碳处理工艺，采用质量百分比分别为65～80％的木炭粉，10～20％的无水碳酸钠，5～15％的乙酸钠作为渗碳剂，木炭粉的粒度在100目以下，渗碳温度在900℃～1100℃，保温时间8h～10h，在材料表面形成一层致密的碳化钼从而保护材料。本发明的材料渗碳后，表面硬度HV最高可达900，而心部硬度HV只有530左右，大大地提高了模具的使用寿命，并可实现快速挤压，从而降低成本和提高生产效率。
【IPC分类】C22C1-05, C22C32-00, C22C27-04, C23C8-64
【公开号】CN104862569
【申请号】CN201510250191
【发明人】张聚国, 钟建华, 钟奇, 余向阳
【申请人】江西理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月17日