專利名稱：高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模具的表面處理工藝，具體涉及一種高速鋼模具表面熱處
理處理工藝。
背景技術(shù)：
高速鋼是高速工具鋼的簡稱，是一種主要用于機(jī)床切削刀具、制作模具的 高合金工具鋼，兼有良好的耐磨性和抗沖擊性，并且易于鍛壓和切削加工成形, 是機(jī)械加工工業(yè)中被優(yōu)先選用的工具材料。
軟氮化乂稱氮碳共滲，是在生產(chǎn)上應(yīng)用多年的成熟工藝，廣泛應(yīng)用于需要
高的耐磨性、抗腐蝕性和抗疲勞的機(jī)器^件。H前，當(dāng)需要處理一些要求硬度 特別高、能夠承受沖擊特別大、耐磨特別好的工件比如高速鋼模具時，使用現(xiàn) 有的軟氣化處理丄藝不僅存在生產(chǎn)周期長，能源消耗大的缺點(diǎn)，而且滲層的層
深比較淺，導(dǎo)致工件的使用壽命短，達(dá)不到設(shè)計要求；而且深層的硬度梯度比 較陡，容易產(chǎn)生剝落，金相組織也不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有高速鋼模具軟氮化處理工藝中存在的生產(chǎn)周期 長、能源消耗大、滲層的層深比較淺、深層的硬度梯度比較陡等缺點(diǎn)，而且無 毒無害，環(huán)保節(jié)能。提供一種滲速快、滲層的層深和硬度增加、滲層硬度梯度 平緩、生產(chǎn)工藝簡單的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝，包括以下步驟模具 清洗、裝爐、共滲處理、出爐、油冷卻，其中共滲處理階段的工藝參數(shù)如下
(1) 排氣期爐溫660-680 °C;煤油滴注量為40~50滴/分，稀土滲劑滴注 量為100~120滴/分；排氣時間0.40-0.60 h。
(2) 強(qiáng)滲期爐溫660~680 °C;氨氣流量0.45-0.60 m3/h;煤油滴注量為 100~120滴/分，稀土催滲劑滴注量為80~100滴/分；強(qiáng)滲時間2.0-4.0 h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫660~680 °C;煤油滴注量為60-80滴/分，稀土催滲劑滴 注量為100 120滴/分；排氣時間0.40-0.60 h。
本發(fā)明中所述的稀土催滲劑的成分優(yōu)選為1000 mL甲醇中加入氯化稀土 11.0 15.0g，氯化銨1.0 2.0g，乙二銨1.0 2.0g。
本發(fā)明中所述的稀土催滲劑的成分為1000 mL乙醇中加入氯化稀土ll.0~15.0g，氯化銨1.0 2.0g，乙二銨1.0 2.0g。
本發(fā)明中所述的稀土催滲劑的成分為1000 mL異丙醇中加入氯化稀土 ll.0~15.0g，氯化銨1.0 2.0g，乙二銨1.0 2.0g。
本發(fā)明中模具清洗、裝爐步驟均采用現(xiàn)有的普通軟氮化處理工藝方法；共 滲階段模具在共滲介質(zhì)中通過稀土催滲劑催滲進(jìn)行碳氮共滲處理；然后的出爐 和油冷卻步驟亦采用現(xiàn)有的普通軟氮化處理工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)原理如下
甲醇中加入稀土后，因?yàn)橄⊥劣泻艿偷碾娯?fù)性，與煤油裂解反應(yīng)產(chǎn)物中的 氫和氧可發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)向產(chǎn)生活性原子[C]方向移動，加速滲劑 分解，使活性原子[C]濃度增加，滲速加快。
CO、 CH4通過如下反應(yīng)為滲碳過程提供活性碳原子
2C0* [C]+C02
CH4# [C]+2H2
稀土元素滲入鋼的表層后，將優(yōu)先占據(jù)晶界、位錯等晶體缺陷處，并造成 晶格畸變以及增加空位晶體缺陷等?？瘴辉龆?，造成空位周圍鐵原子排列疏松， 碳、氮原子擴(kuò)散所受限制較少，導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)增大，使碳原子擴(kuò)散加速。由于 稀土的滲入增大了位錯密度，引起晶格畸變；另一方面，滲入的微量稀土元素 形成的稀土固溶強(qiáng)化；其次是使?jié)B層碳化物增多，彌散度增大引起強(qiáng)化。以上 原因均使?jié)B層硬度增高，濃度梯度平緩。
界面反應(yīng)指的是工件表面與滲劑原子間的相互作用。其作用表現(xiàn)在兩方面
(1) 由于金屬表面存在著大量缺陷，活性原子很容易被吸附了降低其表面能。
(2) 工件表面對滲劑中的反應(yīng)還可以產(chǎn)生不同的催化作用，其反應(yīng)為 Fe+2C^ Fe[C] +C02
Fe+CH4 ^Fe[C] +2H2 Fe+CO+H2# Fe[C] +H20
這是因?yàn)榻饘俦砻娼档土朔磻?yīng)激活能，改變了反應(yīng)途徑的緣故。稀土加入后 對界面反應(yīng)過程的作用表現(xiàn)為(a)利用其與氧具有很高親和力的特性加速工作
表面氧化鐵的還原。(b)稀土被工件表面吸附并固溶后，由于其原子半徑遠(yuǎn)較鐵 大，可能增大工件表面鐵原子畸變，增大基表面能，使碳原子更容易吸附并固溶。
基于本發(fā)明的工藝方法及以上技術(shù)原理，本發(fā)明具有以下有益效果(1) 表面硬度可提高HRC2-5，可達(dá)到HRC68以上。(2)強(qiáng)度增加，耐磨性增強(qiáng)， 滲層深度可達(dá)到0.15~0.30 mm，從而使模具使用壽命延長。(3)此工藝也可應(yīng)用于其它合金鋼、碳素工具鋼，對材料表面硬度及耐磨性有明顯的提高作用。
(4)本工藝可廣泛應(yīng)用于中、小熱處理生產(chǎn)廠家，不需要對現(xiàn)在設(shè)備進(jìn)行改造， 生產(chǎn)工藝簡單；所使用滲劑、催滲劑來源廣泛，成本低廉。


附圖是高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝曲線。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例1
將高速鋼模具清洗后裝入RJJ-105-9T井式氣體滲碳爐，在共滲介質(zhì)中通過 稀土催滲劑催滲進(jìn)行軟氮化處理，催滲劑的成分為1000 mL甲醇中加入氯化稀 土11.0g，氯化銨1.0g，乙二銨1.0g。
共滲處理階段的工藝參數(shù)如下
(1) 排氣期爐溫680 °C;煤油滴注量為50滴/分，催滲劑滴注量為IOO 滴/分；排氣時間0.60 h。
(2) 強(qiáng)滲期爐溫680 °C;氨氣流量0.45 m3/h;煤油滴注量為100滴/分， 催滲劑滴注量為80滴/分；強(qiáng)滲時間4.0 h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫680 °C;煤油滴注量為60滴/分，催滲劑滴注量為IOO 滴/分；排氣時間0.60 h。
共滲處理后的模具出爐后用油冷卻。經(jīng)軟氮化處理后的模具強(qiáng)度為HRC68 以上，滲層有效深度0.25-0.35 mm。 實(shí)施例2
將高速鋼模具清洗后裝入RJJ-75-9T井式氣體滲碳爐，在共滲介質(zhì)中通過稀 土催滲劑催滲進(jìn)行軟氮化處理，催滲劑的成分為1000 mL甲醇中加入氯化稀土 15.0g，氯化銨2.0g，乙二銨2.0g。
共滲處理階段的工藝參數(shù)如下
(1) 排氣期爐溫670 'C;煤油滴注量為45滴/分，催滲劑滴注量為105 滴/分；排氣時間0.45 h。
(2) 強(qiáng)滲期爐溫670"C;氨氣流量0.55 m3/h;煤油滴注量為110滴/分， 催滲劑滴注量為90滴/分；強(qiáng)滲時間2.0 h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫670 °C;煤油滴注量為65滴/分，催滲劑滴注量為120 滴/分；排氣時間0.40 h。
共滲處理后的模具出爐后用油冷卻。經(jīng)軟氮化處理后的模具強(qiáng)度為HRC68 以上，滲層有效深度0.15-0.20mm。實(shí)施例3
將高速鋼模具清洗后裝入RJJ-75-9T井式氣體滲碳爐，在共滲介質(zhì)中通過稀 土催滲劑催滲進(jìn)行軟氮化處理，催滲劑的成分為1000 mL乙醇中加入氯化稀土 14.0 g，氯化銨1.2g，乙二銨1.6g。
共滲處理階段的工藝參數(shù)如下
(1) 排氣期爐溫675 °C;煤油滴注量為48滴/分，催滲劑滴注量為120 滴/分；排氣時間0.50 h。
(2) 強(qiáng)滲期爐溫675 i:;氨氣流量0.60 m3/h;煤油滴注量為115滴/分， 催滲劑滴注量為100滴/分；強(qiáng)滲時間2.5h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫675 °C;煤油滴注量為70滴/分，催滲劑滴注量為115 滴/分；排氣時間0.55 h。
共滲處理后的模具出爐后用油冷卻。經(jīng)軟氮化處理后的模具強(qiáng)度為HRC68 以上，滲層有效深度0.25-0.29mm。 實(shí)施例4
將高速鋼模具清洗后裝入RJJ-105-9T井式氣體滲碳爐，在共滲介質(zhì)中通過 稀土催滲劑的催滲進(jìn)行軟氮化處理，催滲劑的成分為1000 mL異丙醇中加入氯 化稀土13g，氯化銨1.6g，乙二銨1.4g。
共滲處理階段的工藝參數(shù)如下
(1) 排氣期爐溫660 °C;煤油滴注量為42滴/分，催滲劑滴注量為115 滴/分；排氣時間0.55 h。
(2) 強(qiáng)滲期爐溫66(TC;氨氣流量0.50 m3/h;煤油滴注量為120滴/分， 催滲劑滴注量為95滴/分；強(qiáng)滲時間3.5 h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫660 °C;煤油滴注量為80滴/分，催滲劑滴注量為105 滴/分；排氣時間0.45 h。
共滲處理后的模具出爐后用油冷卻。經(jīng)軟氮化處理后的模具強(qiáng)度為HRC68 以上，滲層有效深度0.20-0.26mm。 實(shí)施例5
將高速鋼模具清洗后裝入RJJ-105-9T井式氣體滲碳爐，在共滲介質(zhì)中通過 稀土催滲劑催滲進(jìn)行軟氮化處理，催滲劑的成分為1000 mL甲醇中加入氯化稀 土12g，氯化銨1.4g，乙二銨1.2g。
共滲處理階段的工藝參數(shù)如下 (1)排氣期爐溫665 °C;煤油滴注量為40滴/分，催滲劑滴注量為110 滴/分；排氣時間0.40 h。(2) 強(qiáng)滲期爐溫665 i:;氨氣流量0.48 m3/h;煤油滴注量為105滴/分， 催滲劑滴注量為85滴/分；強(qiáng)滲時間3.0 h。
(3) 擴(kuò)散期爐溫665 °C;煤油滴注量為70滴/分，催滲劑滴注量為IIO 滴/分；排氣時間0.50 h。
共滲處理后的模具出爐后用油冷卻。經(jīng)軟氮化處理后的模具強(qiáng)度為HRC68 以上，滲層有效深度0.18-0.24 mm。
本發(fā)明所有實(shí)施例中模具清洗、裝爐步驟均采用現(xiàn)有常規(guī)熱處理工藝方法; 共滲階段模具在共滲介質(zhì)中通過稀土催滲劑催滲進(jìn)行碳氮共滲處理；然后的出 爐和油冷卻步驟亦采用現(xiàn)有的常規(guī)熱處理工藝方法。
權(quán)利要求
1. 一種高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝，包括以下步驟模具清洗、裝爐、共滲處理、出爐、油冷卻，其特征在于共滲處理階段的工藝參數(shù)如下(1)排氣期 爐溫660～680℃；煤油滴注量為40～50滴/分，稀土催滲劑滴注量為100～120滴/分；排氣時間0.40～0.60h。(2)強(qiáng)滲期 爐溫660～680℃；氨氣流量0.45～0.60m3/h；煤油滴注量為100～120滴/分，催滲劑滴注量為80～100滴/分；強(qiáng)滲時間2.0～4.0h。(3)擴(kuò)散期 爐溫660～680℃；煤油滴注量為60～80滴/分，稀土催滲劑滴注量為100～120滴/分；排氣時間0.40～0.60h。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝，其 特征在于所述的稀土催滲劑的成分為1000 mL甲醇中加入氯化稀土 ll.0~15.0g，氯化銨1.0 2.0g，乙二銨1.0 2.0g。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工 藝，其特征在于所述的稀土催滲劑的成分為lOOOmL乙醇中加入氯化稀土 11.0 15.0g，氯化銨1.0 2.0g，乙二銨1.0 2.0g。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工 藝，其特征在于所述的稀土催滲劑的成分為lOOOmL異丙醇中加入氯化稀 土 11.0 15.0 g，氯化銨1.0 2.0 g，乙二銨1.0 2.0 g。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝，工藝過程為模具清洗、裝爐、共滲處理、出爐、油冷卻，其中模具在共滲介質(zhì)中通過稀土催滲劑催滲進(jìn)行軟氮化處理。稀土催滲劑的成分為1000mL甲醇中加入氯化稀土11.0-15.0g，氯化銨1.0-2.0g，乙二銨1.0-2.0g。本發(fā)明的高速鋼模具低溫稀土催滲軟氮化處理工藝具有滲速快、滲層的層深和硬度增加、滲層硬度梯度平緩、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C23C8/32GK101435065SQ20071018999
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者馮俊杰, 楊國正, 王林縫, 白曉滿, 高金華 申請人:馮俊杰;高金華;楊國正