本發(fā)明涉及金屬材料表面處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種冷作模具表面鹽浴處理方法。
背景技術(shù)：
：模具是大批量生產(chǎn)各種制品的重要工藝設備，直接影響制品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益。隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，模具壽命顯得越來越重要。模具失效的主要原因是由于模具材料表面性能不高而引起的磨損失效，所以，研究先進的表面改性技術(shù)對于提高模具的使用壽命，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)率有著十分重要的意義。表面強化技術(shù)作為提高模具使用性能和適用壽命的一種重要手段，在模具工業(yè)中占有十分重要的地位，得到了國內(nèi)外的廣泛重視，研究先進的表面改性技術(shù)對提高模具使用壽命，節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率有著十分重要的意義。目前，常用的表面強化處理技術(shù)有很多，主要有高能束熱源表面強化(激光、電子束、離子束)技術(shù)、氣相沉積技術(shù)(CVD、PVD)，熱噴涂技術(shù)，化學熱處理(滲碳、滲氮、滲硼、碳氮共滲)等方法，它們都是非常有效的強化手段，材料經(jīng)表面強化處理以后，表面性能會得到很大的改善，從而延長使用壽命。但是，上述方法受工藝方法的限制，成本高，制約了上述技術(shù)在模具表面處理上的應用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種冷作模具表面鹽浴處理方法。本發(fā)明提供的冷作模具表面鹽浴處理方法成本低，處理得到的冷作模具表面耐磨性好，模具壽命有了大幅提高。本發(fā)明提供了一種冷作模具鋼表面鹽浴處理方法，包括以下步驟：(1)將無水硼酸加熱熔化，得到鹽?。?2)將所述步驟(1)得到的鹽浴與碳化物形成元素源和催化劑混合，得到混合鹽浴；所述碳化物形成元素源為含有碳化物形成元素的工業(yè)礦渣；(3)向所述步驟(2)得到的混合鹽浴中放入冷作模具，進行鹽浴處理。優(yōu)選的，所述步驟(1)中加熱的溫度為700～900℃。優(yōu)選的，所述步驟(2)中碳化物形成元素源的質(zhì)量為鹽浴質(zhì)量的5～50％。優(yōu)選的，所述碳化物形成元素包括W、Mo、Cr、V和Ti中的一種或多種。優(yōu)選的，所述步驟(2)中催化劑的質(zhì)量為鹽浴質(zhì)量的1～5％。優(yōu)選的，所述催化劑包括B4C、K2CO3和Na2CO3中的一種或多種。優(yōu)選的，所述步驟(3)中鹽浴處理的溫度為800～1200℃，鹽浴處理的時間為6～10h。優(yōu)選的，所述冷作模具的材質(zhì)包括T8鋼、T10鋼、Cr12MoV和Cr12中的一種。優(yōu)選的，所述鹽浴處理后還包括：將所述鹽浴處理后的模具冷卻，所述冷卻的方式為油冷。優(yōu)選的，所述冷作模具在鹽浴處理前進行預處理。本發(fā)明提供了一種冷作模具表面鹽浴處理方法。本發(fā)明通過向鹽浴中加入碳化物形成元素源和催化劑對冷作模具進行鹽浴處理，以含有碳化物形成元素的工業(yè)礦渣為碳化物形成元素源，不僅使廢物獲得利用，而且還一定程度上降低了由于礦渣排放帶來的環(huán)境污染問題，同時大大降低了處理成本；冷作模具鹽浴處理后，在其表面形成的金屬碳化物被覆層，一方面可以大大提高模具的表面光潔度，另一方被覆層具有一定的自潤滑作用可以減少模具使用過程中出現(xiàn)拉毛這樣的缺陷，而且被覆層與模具基體間為冶金結(jié)合，且被覆層硬度可以高達2000-4000HV，同時被覆層還有較好的耐磨及抗腐蝕性，經(jīng)鹽浴表面處理后模具壽命可以大幅度提高。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的鹽浴處理方法處理的冷作模具表面顯微硬度值可達3950HV，在10％HCl中腐,6h失重低至0.236mg/cm2，壽命可達98654次，與傳統(tǒng)鹽浴方法相比成本降低約80％。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1、2、3和4以及對比例1、2、3和4處理的冷作模具表面微觀組織圖；其中，圖1a為對比例1，圖1b為實施例1，圖1c為對比例2，圖1d為實施例2，圖1e為對比例3，圖1f為實施例3，圖1g為對比例4，圖1h為實施例4；圖2為本發(fā)明實施例1和2以及對比例1、a、2和b處理的冷作模具耐磨性能曲線；其中，圖2a為實施例1和對比例1和a試樣耐磨性對比曲線，圖2b為實施例2和對比例2和b試樣耐磨性對比曲線。具體實施方式本發(fā)明提供了一種冷作模具表面鹽浴處理方法，包括以下步驟：(1)將無水硼酸加熱熔化，得到鹽??；(2)將所述步驟(1)得到的鹽浴與碳化物形成元素源和催化劑混合，得到混合鹽浴；所述碳化物形成元素源為含有碳化物形成元素的工業(yè)礦渣；(3)向所述步驟(2)得到的混合鹽浴中放入冷作模具，進行鹽浴處理。本發(fā)明將無水硼酸加熱熔化，得到鹽浴。在本發(fā)明中，所述加熱的溫度優(yōu)選為700～900℃，更優(yōu)選為750～850℃，最優(yōu)選為780～820℃。本發(fā)明對所述加熱的方式?jīng)]有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的加熱鹽浴的技術(shù)方案即可。得到鹽浴后，本發(fā)明將所述鹽浴與碳化物形成元素源和催化劑混合，得到混合鹽??；所述碳化物形成元素源為含有碳化物形成元素的工業(yè)礦渣。在本發(fā)明中，所述碳化物形成元素源的質(zhì)量優(yōu)選為鹽浴質(zhì)量的5～50％，更優(yōu)選為10～40％，最優(yōu)選為20～30％。在本發(fā)明中，所述碳化物形成元素包括W、Mo、Cr、V和Ti中的一種或多種。在本發(fā)明的實施例中，所述碳化物形成元素可具體為工業(yè)鉻礦渣或工業(yè)釩礦渣。在本發(fā)明中，所述催化劑的質(zhì)量優(yōu)選為鹽浴質(zhì)量的1～5％，更優(yōu)選為2～3％。本發(fā)明對所述催化劑的種類沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的鹽浴處理催化劑即可。在本發(fā)明中，所述催化劑優(yōu)選包括B4C、K2CO3和Na2CO3中的一種或多種，更優(yōu)選包括K2CO3和Na2CO3中的一種與B4C的復配。在本發(fā)明中，當所述催化劑包括K2CO3和Na2CO3中的一種與B4C的復配時，B4C與K2CO3或Na2CO3的質(zhì)量比優(yōu)選為1:0.8～1.2。本發(fā)明對所述混合的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選在攪拌條件下進行。在本發(fā)明中，所述攪拌優(yōu)選為手動攪拌；所述攪拌的速率優(yōu)選為30～60r/min，更優(yōu)選為40～50r/min；所述攪拌的時間優(yōu)選為3～5min。得到混合鹽浴后，本發(fā)明向所述混合鹽浴中放入冷作模具，進行鹽浴處理。在本發(fā)明中，所述鹽浴處理的溫度優(yōu)選為800～1200℃，更優(yōu)選為900～1100℃，最優(yōu)選為950～1050℃；所述鹽浴處理的時間優(yōu)選為6～10h，更優(yōu)選為7～9h，最優(yōu)選為7.5～8.5h。本發(fā)明對所述冷作模具的材質(zhì)沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷做模具鋼即可。在本發(fā)明中，所述冷作模具的材質(zhì)優(yōu)選包括T8鋼、T10鋼、Cr12MoV和Cr12中的一種。為去除冷作模具表面的雜質(zhì)和油污，本發(fā)明優(yōu)選在所述鹽浴處理前對冷作模具進行預處理。本發(fā)明對所述預處理的方法沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的預處理的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述預處理優(yōu)選包括清洗。在本發(fā)明中，所述清洗的洗滌劑優(yōu)選為乙醇。本發(fā)明優(yōu)選在清洗后對冷作模具進行預熱。本發(fā)明對所述預熱的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的預熱的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述預熱的溫度優(yōu)選為200～400℃，更優(yōu)選為250～350℃，最優(yōu)選為280～320℃；所述預熱的時間優(yōu)選為0.2～1h，更優(yōu)選為0.4～0.6h。本發(fā)明優(yōu)選在所述鹽浴處理完成后將所述冷作模具冷卻，所述冷卻的方式優(yōu)選為油冷。在本發(fā)明中，所述冷卻的終止溫度優(yōu)選為不高于馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，更優(yōu)選為室溫。本發(fā)明優(yōu)選在所述冷卻結(jié)束后對冷作模具進行回火處理。本發(fā)明對所述回火處理的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷作模具回火處理的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述回火處理優(yōu)選為真空回火處理。為了進一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的冷作模具表面鹽浴處理方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。實施例1:將無水硼酸加熱至700℃獲得鹽?。淮鹚嵬耆劢夂?，將鹽浴質(zhì)量30％的工業(yè)鉻礦渣一次性加入鹽浴，并進行必要的攪拌；在工業(yè)鉻礦渣充分熔于鹽浴后，緩慢均勻地將催化劑(B4C)加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的3％，加入時對鹽浴進行攪拌直到催化劑加入結(jié)束為止；待催化劑熔于鹽浴后將T10鋼加工的試樣及沖頭模具放入鹽浴(放入前需進行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在300℃進行預熱)，在1100℃下，保溫4小時后油冷，并按模具工藝要求進行真空回火。對比例a:T10鋼不進行鹽浴處理，其他操作與實施例1相同。對比例2:T10鋼按照傳統(tǒng)工藝進行鹽浴處理，以氧化鉻作為鉻源，其他參數(shù)與實施例1相同，然后按照實施例1的方式進行回火處理。實施例2:將無水硼酸加熱至800℃獲得鹽浴；待硼酸完全熔解后，將工業(yè)釩礦渣一次性加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的20％，并進行必要的攪拌；在工業(yè)釩礦渣充分熔于鹽浴后，緩慢均勻地將催化劑(B4C)加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的4％，加入時對鹽浴進行攪拌直到催化劑加入結(jié)束為止；待催化劑熔于鹽浴后將Cr12MoV鋼加工的試樣及沖頭模具放入鹽浴(放入前需進行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350進行預熱)，在1150℃下，保溫6小時后油冷，并按模具工藝要求進行真空回火。對比例b:Cr12MoV鋼不進行鹽浴處理，其他操作與實施例2相同。對比例2:Cr12MoV鋼按照傳統(tǒng)工藝進行鹽浴處理，以五氧化二釩作為釩源，其他參數(shù)與實施例2相同，然后按照實施例2的方式進行回火處理。實施例3:將無水硼酸加熱至850℃獲得鹽?。淮鹚嵬耆劢夂?，將工業(yè)鎢礦渣一次性加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的25％，并進行必要的攪拌；在工業(yè)鎢礦渣充分熔于鹽浴后，緩慢均勻地將催化劑(B4C與K2CO3混合物，二者質(zhì)量比1:1)加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的2％，加入時對鹽浴進行攪拌直到催化劑加入結(jié)束為止；待催化劑熔于鹽浴后將T8鋼加工的試樣及沖頭模具放入鹽浴(放入前需進行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350℃進行預熱)，在1120℃下，保溫7小時后油冷，并按模具工藝要求進行真空回火。對比例c:T8鋼不進行鹽浴處理，其他操作與實施例3相同。對比例3:T8鋼按照傳統(tǒng)工藝進行鹽浴處理，以三氧化鎢作為鎢源，其他參數(shù)與實施例3相同，然后按照實施例3的方式進行回火處理。實施例4:將無水硼酸加熱至900℃獲得鹽??；待硼酸完全熔解后，將工業(yè)鈦礦渣一次性加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的35％，并進行必要的攪拌；在工業(yè)鈦礦渣充分熔于鹽浴后，緩慢均勻地將催化劑(B4C與Na2CO3混合物，二者質(zhì)量比1:1)加入鹽浴，用量為鹽浴質(zhì)量的5％，加入時對鹽浴進行攪拌直到催化劑加入結(jié)束為止；待催化劑熔于鹽浴后將Cr12鋼加工的試樣及沖頭模具放入鹽浴(放入前需進行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350℃進行預熱)，在1150℃下，保溫8小時后油冷，并按模具工藝要求進行真空回火。對比例d:Cr12鋼不進行鹽浴處理，其他操作與實施例4相同。對比例4:Cr12鋼按照傳統(tǒng)工藝進行鹽浴處理，以二氧化鈦作為鈦源，其他參數(shù)與實施例4相同，然后按照實施例4的方式進行回火處理。對實施例1、2、3、4和對比例1、2、3、4得到的冷作模具的表面進行微觀觀察，得到結(jié)果如圖1所示。使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法及本發(fā)明方法處理后T10鋼試樣表面分別形成如圖1a和圖1b所示被覆層。對比圖1a、b可以發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法和本發(fā)明方法均可以在T10鋼試樣表面獲得完整致密的被覆層。使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法及本發(fā)明方法處理后Cr12MoV鋼試樣表面分別形成如圖1c和圖1d所示被覆層。對比圖1c、d可以發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法和本發(fā)明方法均可以在Cr12MoV鋼試樣表面獲得完整致密的被覆層。使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法及本發(fā)明方法處理后T8鋼試樣表面分別形成如圖1e和圖1f所示被覆層。對比圖1e、f可以發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法和本發(fā)明方法均可以在T8鋼試樣表面獲得完整致密的被覆層。使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法及本發(fā)明方法處理后Cr12鋼試樣表面分別形成如圖1g和圖1h所示被覆層。對比圖1g、h可以發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)鹽浴處理方法和本發(fā)明方法均可以在Cr12鋼試樣表面獲得完整致密的被覆層。對實施例1和2以及對比例1、2、a和b得到的冷作模具進行耐磨性能測試，得到結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)鹽浴處理方法均能大幅度提高T10鋼材料耐磨性能，且本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法在提高T10鋼耐磨性方面的作用相當；本發(fā)明方法與傳統(tǒng)鹽浴處理方法均能大幅度提高Cr12MoV鋼材料耐磨性能，且本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法在提高Cr12MoV鋼耐磨性方面的作用相當。對實施例1、2、3和4以及對比例1～4和a～d得到的冷作模具進行顯微硬度和壽命測試，得到結(jié)果分別如表1和2所示。表1統(tǒng)計結(jié)果說明，傳統(tǒng)處理方法與本發(fā)明方面在T10、Cr12MoV、T8以及Cr12表面所得被覆層顯微硬度明顯高于基體，且在同一數(shù)量級。表2則說明，傳統(tǒng)處理方法與本發(fā)明方面均能有效提高T10、Cr12MoV、T8以及Cr12冷作模具壽命，且兩種方法提高壽命幅度相當。對實施例1、對比例a得到的冷作模具在10％HCl中進行耐蝕性測試，得到結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，本發(fā)明鹽浴處理得到的模具能有效提高材料耐蝕性能。傳統(tǒng)模具鹽浴處理方法與本發(fā)明方法成本對比如表4所示，從表4可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法相比具有明顯成本優(yōu)勢。表1本發(fā)明對比例和實施例冷作模具顯微硬度表2本發(fā)明對比例和實施例冷作模具壽命表3本發(fā)明實施例1和對比例a冷作模具耐蝕性能對比表4本發(fā)明對比例和實施例冷作模具鹽浴處理成本對比對比例x/實施例x成本比值對比例1/實施例11.86對比例2/實施例21.84對比例3/實施例31.79對比例4/實施例41.82由以上對比例和實施例可以看出，本發(fā)明提供的冷作模具表面鹽浴處理方法不僅能有效提高以T10、Cr12MoV、T8以及Cr12鋼為加工材料冷作模具的使用壽命，提高幅度在5倍以上；而且與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明方法所處理模具在性能方面與傳統(tǒng)方法處理的模具相當，但成本與傳統(tǒng)方法相比卻有明顯降低，約為傳統(tǒng)處理方法成本的80％左右。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。應當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3