一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面技术改进。
【背景技术】
[0002]—些难加工材料(如不锈钢、钛合金)或高硬度材料也用模具来成形。模具零件的精度也愈来愈高，稍有磨损就要报废。所以经淬火回火处理的模具零件虽然硬度很高，但其耐久性仍难以满足日益提高的性能需要。人们就利用表面强化方法或表面改性技术来进一步提高模具工作零件的使用性能。模具零件表面强化方法很多，如表面化学热处理、表面淬火、物理或化学气相沉积、表面镀层、激光表面合金化等等。但是从成熟性、经济性、方便性等诸方面综合考察，渗氮工艺是最好的也是目前最常用的方法。渗氮，亦称氮化。是使氮原子在一定条件下渗入钢的表面并扩散进入内部固溶并与Fe或合金形成各种化合物使表层硬化的化学热处理工艺。模具零件渗氮是广义的，包括渗入第二元素(如碳、氧、硫等)。广义渗氮工艺有多种，主要有气体渗氮(也包括气体氮碳共渗，也称软氮化)、液体渗氮、固体(粉末)渗氮、真空渗氮、氧氮化、硫氮氧共渗等。固体渗氮因工艺粗放、劳动条件差、质量难以控制、效果欠佳等原因基本上已被淘汰不用。液体渗氮或盐浴渗氮由于在有毒的氰盐浴中进行，虽然效果不错，可惜是有毒有害作业(也有称无毒的，但其废弃物仍是有害的)，即使可以采取种种措施加以防范，但与现代的无公害热处理(绿色热处理)的发展趋势不符，在我国受到限制、不推广或禁用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面技术改进。
[0004]合金钢W18Cr4V模具零件经淬火回火处理的模具零件虽然硬度很高，但其耐久性仍难以满足性能需要。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种合金钢W18Cr4V模具零件的表面技术改进，采用气体渗氮，包括:
[0007]合金钢W18Cr4V模具零件的表面气体渗氮工艺的应用，得益于模具钢含有Cr、Mo、V、A1等与氮有较强亲和力并形成稳定氮化物或氮碳化合物的合金元素。渗氮层显著提高表面硬度和耐磨性、抗擦伤能力，尤其是抗粘着磨损(抗咬合能力);提高热稳定性，在500°C左右，仍能保持尚硬度:提尚非不镑钢的抗腐蚀能力；提尚耐疲劳性能和低的缺口疲劳敏感性。工件经渗氮处理后，变形很小，且有良好的精度保持性(尺寸稳定性)，表面质量好。与机器零件渗氮相比较，模具零件的渗氮层较浅，处理周期不长。碳是不利于渗氮的元素，故碳含量不高的热作模具钢、塑料模具钢渗氮效果更好。能提供氮原子的气体介质较多，渗氮介质应均匀地与零件表面接触。在可能条件下都装有风扇或气体循环装置。
[0008]能提供氮原子的气体介质较多，但目前应用最多且便宜的是氨气
[0009]氨气采用工业用瓶装液氨即可。由于氨有强烈的刺激作用和恶臭。在空气中的浓度超过万分之一，不仅能闻到臭味且刺激喉咙，引起咳嗽和头痛，刺激眼睛而流泪，对人体有一定危害，
[0010]合金钢W18Cr4V模具零件渗氮的工艺过程(工艺路线):一个合金钢W18Cr4V模具零件，从原材料或毛坯经过各种冷热加工工序到成品的整个工艺过程通常有十几道甚至几十道工序。这些前工序的加工质量，对渗氮质量都有影响。合金钢W18Cr4V模具零件渗氮工序在加工过程的最后阶段。复杂或变形小的精密合金钢W18Cr4V模具零件，渗氮前要经过消除应力退火。此外，工件要清洗干净，表面无不利于渗氮的疵病、污垢。表面粗糙度也有一定要求。预先热处理淬火和高温回火工序按常规工艺。合金钢W18Cr4V模具工件不需要渗氮的表面，涂专用的防渗氮涂料
[0011]上炉:
[0012]I)上炉时应避免再次污染渗氮工件表面。
[0013]2)上炉要在工件清洗后立即进行，不宜久置。
[0014]3)工件应放在加热炉(渗氮炉)的有效加热区内。
[0015]4)工件放置或吊挂应均匀，不宜重叠、表面贴紧等不利于渗氮或放置不当而造成过大变形。吊具应清洁，并用涂层保护，减少对氨气的催化分解作用。
[0016]放气:
[0017]上炉完毕，首先要放气，目的是:
[0018]I)排除炉内原有的空气。直接通氨气。氨气在300°C以上即完全分解。
[0019]2)检验炉子及管路系统是否漏气。
[0020]加热:.
[0021]加热宜缓慢，不因加热过快而造成炉温不均匀。大型渗氮炉，炉温应分段控制和测量。
[0022]合金W18Cr4V模具钢渗氮工艺工程中，气体渗氮主要控制的工艺参数是渗氮温度、渗氮保温时间、氨分解率等。氨气流量反而是辅助指标。
[0023]合金W18Cr4V模具钢在500_550°C之间选取。
[0024]合金W18Cr4V模具钢渗氮层深度随渗氮温度升高而加深。这是由于提高温度有利于氮的吸收和扩散。
[0025]合金W18Cr4V模具钢高温短时渗氮，渗氮层硬度曲线的梯度较陡。
[0026]合金W18Cr4V模具钢渗氮温度影响心部组织和性能，有时要避开回火脆性区。这也是在选取渗氮温度时应当考虑的。模具钢多数含有Mo元素，回火脆性现象不严重。
[0027]合金W18Cr4V模具钢渗氮保温时间主要决定于模具工件渗层深度的要求。在一定的深度范围内，随着时间延长深度增加。
[0028]合金W18Cr4V模具钢气体渗氮过程中，氨分解率是衡量渗氮气氛“氮势” _渗氮能力的指标。合金W18Cr4V模具钢工件不希望在氮势高的气氛中渗氮，以免形成氮浓度高的脆性的化合物层，即通常所说的白亮层。如果合金W18Cr4V模具钢工件表面氮浓度太高，则应采取扩散处理，通常所说退氮。在极高氨分解率下，即氮势极低的气氛中并适当提高温度下扩散2-4h，使表面氮浓度降低，部分消除脆性的白亮层。
[0029]渗氮结束后应缓慢冷却，一般是随炉冷却，此时仍要通氨气，以保持工件表面有美观的银灰色。
[0030]不同的模具零件，采用不同的钢种，有不同的技术要求，所以具体零件的渗氮工艺要结合具体的实际生产条件有所调整。
【附图说明】
[0031]图1是合金W18Cr4V模具钢气体渗氮后渗氮层的硬度曲线图。
【具体实施方式】
[0032]合金W18Cr4V模具钢气体渗氮设备，主要由两大部分组成。一部分是炉体及附带的控制测量仪表等:一部分为输送渗氮气体和排废气的管路系统。
[0033]合金钢W18Cr4V模具零件渗氮罐和管路系统有良好的密封性。
[0034]合金钢W18Cr4V模具零件在，正在放气工程，氨气和载气体(RX)比例各50%。
[0035]合金钢W18Cr4V模具零件加热炉工作温度不高，不超过700°C。但对炉子的炉温均匀度要求很高，加热阶段在400°C、450°C、500°C下，保存5小时，氨气分解率为35-40%。
[0036]合金钢W18Cr4V模具零件的表面气体渗氮，经气体渗氮处理后，渗氮深度
0.05-0.07mm，硬度 900-1200HV。
[0037]具体实施例:一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面处理方法，具体包括:工件清洗，工件清洗后3-5秒内马上上炉，放气，加热，冷却；所述放气阶段，氨气和载气体各50% ;加热阶段，渗氮温度达到400-500°C，保持5小时，氨气分解率为35-40 %，加热炉工作温度不超过700°C。经气体渗氮处理后，渗氮深度0.05-0.07mm，硬度900-1200HV。
[0038]W18Cr4V模具零件零件气体渗氮后，400°C、450°C和500°C下渗氮层硬度分布曲线如图1所示。
【主权项】
1.一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面处理方法，其特征在于对表面进行渗氮工艺工程，具体包括:工件清洗，工件清洗后3-5秒内马上上炉，放气，加热，冷却；所述放气阶段，氨气和载气体各50% ;加热阶段，渗氮温度达到400-500°C，保持5小时，氨气分解率为.35-40%，加热炉工作温度不超过700°C。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:经气体渗氮处理后，渗氮深度.0.05-0.07mm，硬度 900-1200HV。
【专利摘要】本发明公开了一种合金钢W18Cr4V模具零件的表面技术改进，在于对模具零件表面进行了气体渗氮处理中，包括四个步骤：上炉，放气，加热和冷却四个过程。对合金钢W18Cr4V模具零件的表面气体渗氮的放气过程，氨气和载气体(RX)比例各50％。加热过程，渗氮温度达到400-500℃，并保持5小时，氨气分解率为35-40％；加热炉工作温度不高，一般不超过700℃。但对炉子的炉温均匀度要求很高，经气体渗氮处理后，渗氮深度0.05-0.07mm，硬度900-1200HV。合金钢W18Cr4V模具零件的表面技术改进后，提高表面硬度和耐磨性、抗擦伤能力，尤其是抗粘着磨损(抗咬合能力)；提高热稳定性，非不锈钢的抗腐蚀能力提高耐疲劳性能和低的缺口疲劳敏感性。
【IPC分类】C23C8/26
【公开号】CN105525253
【申请号】CN201410573167
【发明人】张明
【申请人】无锡华冶钢铁有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年10月23日