熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面化學(xué)強(qiáng)化熱處理領(lǐng)域，具體涉及一種熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滲碳、碳氮共滲是目前機(jī)械制造工業(yè)中較廣泛應(yīng)用的一種化學(xué)熱處理方法，具有表面硬度高、耐磨性、韌性好、從表面到基體硬度過度平緩等優(yōu)點(diǎn)，能在沖擊載荷和疲勞工況下服役，在齒輪、軸承、鋼領(lǐng)圈等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，顯著提高零件的使用壽命。
[0003]目前的滲碳、碳氮共滲技術(shù)，多用于碳含量較低的滲碳鋼(例如:16MnCr5、20MnCr5、19CrNi3、20、20Cr、20CrMo、22CrMoH、20CrMnT1、8620H、17CrNiMo6、20Cr2Ni4等)，碳含量和合金含量較低，滲碳或碳氮共滲后表面碳濃度升高，經(jīng)淬火+低溫回火后(120-200°C),表面硬度大于58HRC，而心部韌性高、滲層厚度可控0.5-2.0mm，疲勞壽命高，可承受重載荷摩擦磨損。但常規(guī)滲碳、碳氮共滲技術(shù)溫度控制820-930°C，氣氛碳濃度Cp=0.8-1.3%較高、在熱作模具鋼上難以應(yīng)用，易產(chǎn)生不良組織，降低模具壽命。
[0004]熱作模具鋼包括熱鍛模、熱擠壓模和熱鑄模三種，該標(biāo)識(shí)模屬于熱擠壓模具，在重載荷(2000KN)及高溫摩擦磨損工況下服役，標(biāo)識(shí)模棱角很容易塌陷和破碎，選用性能優(yōu)越的熱作模具鋼，模具壽命200-500件，模具消耗成本3-6元/件，占零件制造成本的
1.3-2.7%，且嚴(yán)重影響鍛件生產(chǎn)效率，鍛件生產(chǎn)制造成本較高。
[0005]隨著滲碳、碳氮共滲技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了滲碳-碳氮共滲復(fù)合熱處理技術(shù)，其工藝具有處理溫度低、滲速快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能有效抑制單一滲碳和單一碳氮共滲中易產(chǎn)生的組織缺陷，滲層濃度梯度和硬度梯度平緩，滲層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高、表面殘余應(yīng)力高，綜合力學(xué)性能好。
[0006]對(duì)于含碳量較低、合金元素較少且要求滲層大于1.0mm的低碳合金鋼零件可采用滲碳-碳氮共滲復(fù)合熱處理。前期進(jìn)行高溫高碳勢滲碳，使?jié)B層表面獲得足夠的碳濃度，后期碳氮共滲擴(kuò)散，這樣既可增厚滲層，平緩碳濃度梯度，同時(shí)抑制了塊狀和網(wǎng)狀碳化物的出現(xiàn)。由于碳氮共滲在擴(kuò)散時(shí)期進(jìn)行，大大提高了共滲速度，共滲采用較低的碳勢、和氨氣通入量，可有效抑制黑色組織形成。復(fù)合熱處理使表層、次表層都具有很高的硬度，提高了該區(qū)域的強(qiáng)度、硬度和殘余壓應(yīng)力，將抑制疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，從而提高了疲勞強(qiáng)度。復(fù)合處理的共析層一般在0.20-0.35mm，平緩的碳濃度和硬度梯度減緩了小能量多沖擊裂紋和彎曲疲勞裂紋的生成。
[0007]通過對(duì)滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理技術(shù)的研究，目前未發(fā)現(xiàn)該技術(shù)領(lǐng)域在熱作模具鋼表面改性熱處理的相關(guān)報(bào)道，若選用合適的熱鍛標(biāo)識(shí)模具材料，并設(shè)計(jì)合理的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理工藝用于熱鍛模具表面改性處理，可顯著提高熱鍛標(biāo)識(shí)模壽命，降低鍛件制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)標(biāo)識(shí)模鑲塊的選材及加工:將Φ80mm規(guī)格Unimax材質(zhì)棒料加工至成品標(biāo)識(shí)模鑲塊；
(2)調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理:將成品標(biāo)識(shí)模鑲塊進(jìn)行淬火加熱至奧氏體化溫度，保溫時(shí)間30min，在真空爐中隊(duì)淬火冷卻，在800-500°C溫度范圍內(nèi)，冷卻速度1.1°C /每秒；對(duì)經(jīng)過淬火的成品標(biāo)識(shí)模鑲塊進(jìn)行回火；所述淬火的預(yù)熱溫度600-650°C和850-900°C，奧氏體化溫度為1000-1025°C，所述回火進(jìn)行兩次，每次的回火溫度525°C，時(shí)間為2h ;
(3)滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理:將滲碳氮化爐升溫至920°C，氣氛碳勢恢復(fù)至CP1.02%，保溫30min后，打開爐門裝入經(jīng)過調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的成品標(biāo)識(shí)模鑲塊，爐內(nèi)溫度降低彡650°C，關(guān)閉爐門進(jìn)行升溫至800°C時(shí)，通入甲醇開始排氣，甲醇滴量MAX3000ml/h，升溫至920°C時(shí)進(jìn)行均溫20min，CP1.02%，并滴入滲碳劑丙烷MAX5L/min，氣氛碳勢CP1.02%，進(jìn)行強(qiáng)滲3h，調(diào)整丙烷滴量MAX4L/min，氣氛碳勢Cp0.9%，進(jìn)行擴(kuò)散2h，降溫至870°C，調(diào)整丙烷滴量MAX3L/min，壓力0.2MPa，氨氣MAX2L/min，壓力0.1MPa氣氛碳勢Cp0.8%，擴(kuò)散2h，降溫至820°C，調(diào)整丙烷滴量MAX3L/min，氣氛碳勢CP0.75%，保溫40min，直接淬火15min，淬火介質(zhì)KR468分級(jí)淬火油，油溫控制80-120°C，瀝油15min，出爐清洗、在160_180°C下回火4-6h，即得到經(jīng)滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理的熱鍛標(biāo)識(shí)模具鑲塊。
[0010]上述方案中，所述步驟(2)的調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理，具體是將加工的標(biāo)識(shí)模鑲塊成品裝入真空淬火爐中進(jìn)行加熱、保溫、淬火、回火操作，兩次回火，是一次回火結(jié)束后，成品標(biāo)識(shí)模鑲塊空冷至室溫后重新入爐加熱保溫回火處理空冷至室溫，即得到調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的成品標(biāo)識(shí)模鑲塊，為后續(xù)滲碳碳氮共滲做好組織準(zhǔn)備。
[0011]上述方案中，所述步驟(3)中，在甲醇中添加BH催滲劑。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明不僅提高該模具表面硬度至60-65HRC，心部50-55HRC，滲層厚度達(dá)0.6-0.8mm,還能大大提尚該t旲具承受重載荷(2000KN)和沖擊載荷尚溫摩丨祭磨損能力，進(jìn)一步提尚擺礙標(biāo)識(shí)模具壽命2-5倍，降低模具成本80%以上；應(yīng)用于Η13材質(zhì)熱鍛標(biāo)識(shí)模具鑲塊，與調(diào)質(zhì)態(tài)該材質(zhì)模具鑲塊比較，在同樣工況下模具壽命提高2-3倍，模具消耗降成本2.3元/件左右，應(yīng)用于DIEVAR材質(zhì)熱鍛標(biāo)識(shí)模具鑲塊，與調(diào)質(zhì)態(tài)該材質(zhì)模具鑲塊比較，在同樣工況下模具壽命提高3-4倍，模具消耗降成本2.2元/件左右，應(yīng)用于5CrNiMo材質(zhì)熱鍛模，與調(diào)質(zhì)態(tài)該材質(zhì)模具比較，在同樣工況下模具壽命提高4-5倍，應(yīng)用于UNIMAX材質(zhì)熱鍛標(biāo)識(shí)模具鑲塊，與調(diào)質(zhì)態(tài)H13材質(zhì)模具鑲塊比較，在同樣工況下模具壽命提高4-5倍，模具消耗降成本3元/件左右，目前已運(yùn)行1.5年，為公司節(jié)約模具消耗成本35萬元左右。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法的工藝曲線； 圖2為通過本發(fā)明制得的熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲層硬度梯度；
圖3為通過本發(fā)明制得的熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲層深度；
圖4為通過本發(fā)明制得的熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲層組織。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱鍛標(biāo)識(shí)模具鋼的滲碳碳氮共滲復(fù)合熱處理方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)標(biāo)識(shí)模鑲塊的選材及加工:將Φ 80mm規(guī)格Unimax材質(zhì)棒料加工至成品標(biāo)識(shí)模鑲塊；
具體的，所述Unimax材質(zhì)為鉻鉬釩合金工具鋼，其具備如下特性:各個(gè)方向都具有優(yōu)良的韌性與塑性，優(yōu)良的拋光性，良好的耐磨性，熱處理和使用中良好的尺