專利名稱：一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面化學(xué)強(qiáng)化熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種熱作模具鋼的低溫滲碳 方法。
背景技術(shù)：
滲碳是目前機(jī)械制造工業(yè)中最廣泛應(yīng)用的一種化學(xué)熱處理方法。滲碳層經(jīng)淬火+ 回火處理后，具有滲層厚、硬度高、韌性好、從表面到基體硬度過渡平緩等優(yōu)點(diǎn)，能在重沖擊 載荷和疲勞工況下服役，在齒輪、凸輪等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，顯著提高工件的使用壽命。目前的滲碳技術(shù)，多用于碳含量較低的滲碳鋼，合金含量很低，滲碳后表面碳濃度 升高，經(jīng)淬火+低溫回火后(小于250°C )，表面硬度大HRC60左右，而心部韌性高，深層厚 度達(dá)0.5 2mm，可承受重載荷摩擦磨損。但常規(guī)滲碳技術(shù)滲碳溫度很高(900 930°C，處 于奧氏體化區(qū)間)，滲碳層無法在高于回火溫度環(huán)境下工作，在熱作模具鋼上難以應(yīng)用。熱作模具鋼包括熱鍛模、熱擠壓模和熱鑄模三種。其中熱鍛模和熱擠壓模表面除 需承受500 600°C高溫外，還長常要承受重沖擊載荷作用，高溫摩擦磨損嚴(yán)重，模具壽命 很短。目前熱鍛模和熱擠壓模的表面處理方法是氮化和軟氮化。但氮化和軟氮化層硬度很 高(Hv900 1000)，且氮化和軟氮化層薄(小于0. 2mm)，而熱模具鋼心部硬度只有Hv500左 右，氮化和軟氮化層與基體硬度差大，在重載荷作用下，基體硬度無法對(duì)氮化和軟氮化層形 成有效支撐，很容易塌陷和破碎，用氮化和軟氮化來提高模具壽命效果不顯著。滲碳層厚且 硬度介于氮化層與基體之間，是理想熱作模具鋼中間層，具有提高氮化層支撐作用。另外， 滲碳層本身也具有較高的硬度，也可直接用于工作層。性能優(yōu)越的熱作模具鋼是中高合金鋼，含有較多的Cr、Mo、W、V、Nb等碳化物形成 元素，同時(shí)碳含量在0. 3 0. 5wt. %之間。這些碳化物形成元素部分與鋼中碳形成碳化物， 其余部分固溶于鐵素體中。用常規(guī)方法滲碳，除奧氏體能固溶大量碳外，碳化物形成元素 也大量吸收碳，使原固溶于鐵素體中的碳化物形成元素形成碳化物，并且部分碳化物轉(zhuǎn)化 成高碳碳化物。使鋼表面碳濃度顯著升高(大于3% )。而當(dāng)表面碳超過1. 6wt. %時(shí)馬氏 體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)就已經(jīng)下降至10°C以下，無法通過常規(guī)淬火獲得馬氏體，滲碳強(qiáng)化失去作 用。一般滲碳層含碳量要在0. 8 1. Iwt. %之間，超過此值容易在滲碳層表面形成塊狀或 網(wǎng)狀碳化物。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種熱作模具鋼的 低溫滲碳方法；該方法解決了含碳化物形成元素模具鋼的過滲碳問題。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，包括以 下操作步驟(1)將滴注井式滲碳爐升溫至650 700°C，裝入經(jīng)過處理后的工件，各工件之間 不能相互接觸，保證滲碳?xì)夥胀〞?；蓋好爐蓋并滴入甲醇進(jìn)行排氣，甲醇的滴入量為110 150滴/min，并在出氣口點(diǎn)燃排除燃?xì)?；所述工件為含有碳化物形成元素的熱作模具鋼?2)加熱升高爐溫至根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的低溫滲碳溫度，調(diào)整甲醇滴入量為70 100滴/min，并滴入滲碳劑，進(jìn)行低溫滲碳，滲碳時(shí)間為4 6小時(shí)；(3)低溫滲碳后，停止加熱，同時(shí)停止滴入滲碳劑，將甲醇滴入量調(diào)整為70滴/ min,工件在甲醇?xì)獗Ｗo(hù)下爐冷至630 670°C，關(guān)閉甲醇，再隨爐冷至500°C后，將工件取出 放置冷卻，得到低溫滲碳件；(4)將低溫滲碳件在真空或保護(hù)性氣體氛圍下進(jìn)行淬火，淬火熱處理溫度比不滲 碳材料的淬火熱處理溫度低30 50°C，保溫溫度比不滲碳材料的保溫溫度低30 50°C， 保溫時(shí)間比不滲碳材料的保溫時(shí)間長1. 5 2小時(shí)，得到淬火后滲碳件；(5)淬火后馬上回火，回火2 4次，每次保溫1小時(shí)后出爐水冷，回火溫度比不滲 碳材料工件溫度高5 10°C，得到低溫滲碳熱作模具鋼。步驟(1)所述經(jīng)過處理后的工件是將工件在8 IOwt. % NaOH溶液中用超聲波清 洗10 30分鐘，然后用5 IOwt. %的鹽酸清洗3 5分鐘，最后用酒精脫水并烘干。步驟(1)所述碳化物形成元素為Cr、Mo、W、V或Nb ；所述碳化物形成元素在熱作模 具鋼中的質(zhì)量百分含量為5 IOwt. %。步驟⑵所述經(jīng)驗(yàn)公式為T = 812-714. 3ω，其中T是低溫滲碳溫度，T以。C為單 位，ω是熱作模具鋼中碳化物形成元素的摩爾含量。步驟⑵所述滲碳劑為每摩爾碳氧比為2 η的有機(jī)液體；碳氧比為2時(shí)，滲碳劑 滴入量為15 25滴/min ；碳氧比彡2時(shí)，滲碳劑滴入量為30/n 50/n。所述滲碳劑為乙 醇或乙酸乙酯。步驟(3)所述低溫滲碳件的低溫滲碳層的表面碳濃度為1. 0 1. 3wt% ；滲碳層 表面的碳濃度主要由樣品材料中碳化物形成元素的摩爾含量和滲碳溫度決定，碳化物形成 元素摩爾含量越高，表面碳濃度越高、滲碳溫度越高，表面碳濃度越高。表面碳濃度與滲碳 氣氛中滲碳劑含量變化不明顯，但過多的滲碳劑將導(dǎo)致樣品表面積碳。傳統(tǒng)的碳勢(shì)定義和 控制方法在低于Acl溫度滲碳時(shí)不可用。步驟⑷所述淬火后滲碳件的表面碳濃度降低至0. 8 1. Iwt. %。步驟(4)所述保溫時(shí)間不僅取決于根據(jù)樣品尺寸確保奧氏體均勻化，更要保證低 溫滲碳層的充分均勻擴(kuò)散，滲碳層厚度增加，表面碳濃度降低至0.8 1. Iwt. %范圍。使油 冷淬火后組織為板條+針狀馬氏體，不出現(xiàn)透鏡片狀馬氏體，表面殘余奧氏體量降低。步驟(5)所述回火溫度選擇比不滲碳時(shí)高5 10°C，此時(shí)基體回火更充分，韌性更 好，而滲碳層硬度下降不大，有利于提高承受沖擊載荷等重負(fù)荷能力。若模具工作時(shí)沖擊載 荷不大，而更需要表面硬度，可降低回火溫度。此時(shí)表面硬度提高。對(duì)于磨粒磨損嚴(yán)重的重載荷和沖擊載荷環(huán)境，需要更高的表面硬度來提高模具壽 命，此時(shí)可在步驟(5)之后增加以下步驟將所得低溫滲碳熱作模具鋼進(jìn)行氮化或軟氮化， 表面硬度提高至Hv950 1000 (相當(dāng)于HRC67 69)，在滲碳層上的氮化或軟氮化層其承載 能力顯著提高(氮化或軟氮化層的主要缺點(diǎn)是氮化層薄，氮化層與基體硬度梯度大，承載 能力差)。若選用軟氮化(氮碳共滲)工藝，低溫滲碳應(yīng)選擇滲碳層下限碳含量滲碳工藝。 因表面碳濃度過高會(huì)降低軟氮化層厚度。本發(fā)明的原理是
模具鋼在低于Acl溫度時(shí)的組織是珠光體，因而滲碳實(shí)際上是在珠光體組織中的 鐵素體相中進(jìn)行，因碳在鐵素體中的固溶度很低，因而熱作模具鋼的低溫滲碳必須含有一 定量的碳化物形成元素(如Cr、Mo、W、V或Nb等)，才能獲得滲碳層；熱作模具鋼中碳化物 形成元素的摩爾含量越高，滲層中碳含量越高。低溫滲碳后熱作模具鋼的表面硬度比基體 明顯提高，并保證滲碳后熱作模具鋼的熱穩(wěn)定性有所提高，使熱作模具鋼高溫、重載荷，沖 擊載荷下的摩擦磨損性能得到提高。本發(fā)明方法為熱作模具鋼和氮化層之間提供一個(gè)有效的支撐層，從而使氮化層能 在重載荷和沖擊載荷條件下氮化層不被垮塌，更充分的發(fā)揮氮化層硬度高，耐磨性能好的 優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提出的熱作模具鋼的低溫滲碳方法，是在低于奧氏體化溫度Acl以下實(shí)現(xiàn) 的，依靠固溶在鐵素體組織中的碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Nb等實(shí)現(xiàn)滲碳。滲入的碳以碳 化物的形式存在于晶界和鐵素體中，滲碳層表面碳濃度可達(dá)1. 3wt. %，在隨后的淬火加熱 和保溫過程中，滲碳層中的碳化物溶入奧氏體，碳更進(jìn)一步擴(kuò)散至奧氏體內(nèi)部，滲碳層厚度 增加，表面碳濃度降低至0. 8 1. Iwt. %，淬油后表面硬度為HRC60 62，在520 600°C 回火硬度仍能保持在HRC56 60之間，滲碳層厚度可達(dá)0. 7mm以上，硬度變化平緩，基體硬 度為HRC47 50，韌性好。這種表面高硬度逐漸平緩過度到高韌性基體結(jié)構(gòu)對(duì)于重載荷高 溫摩擦磨損和沖擊摩擦磨損具有良好的綜合力學(xué)性能，可顯著提高熱鍛模具和熱擠壓模具 的使用壽命。熱作模具鋼經(jīng)低溫滲碳和淬火+回火熱處理后，還可進(jìn)行氮化和軟氮化處理，表 面硬度可提高至Hv950 1000 (相當(dāng)于HRC67 69)，因有HRC56 60的低溫滲碳層作支 撐，氮化和軟氮化層的承載能力顯著增加，在高溫重載荷磨粒磨損等惡劣工況條件下模具 的使用壽命顯著提高。可解決普通熱作模具鋼經(jīng)淬火+回火后直接氮化或軟氮化，氮化層 承載能力不足的問題。本發(fā)明的低溫滲碳層是在滴注井式滲碳爐中實(shí)現(xiàn)的，滲碳樣品材料需含有超過 4%摩爾分?jǐn)?shù)的碳化物形成元素(Cr、Mo、W、Nb等)。用甲醇作稀釋氣體，乙醇作滲碳?xì)怏w。 整個(gè)低溫滲碳過程包括排氣、滲碳和降溫出爐三個(gè)階段，與普通滲碳不同的是，滲碳溫度低 于樣品材料的Acl溫度，且滲碳過程不包括擴(kuò)散階段，擴(kuò)散階段融合淬火熱處理過程中。低 溫滲碳后需要進(jìn)行淬火+回火熱處理，才能有效發(fā)揮滲碳層作用，對(duì)表面硬度要求更高的 模具，還需進(jìn)行氮化或軟氮化處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有點(diǎn)和效果(1)本發(fā)明的滲碳溫度低于Acl溫度，利用鐵素體中的碳化物形成元素實(shí)現(xiàn)滲碳， 滲碳溫度低，利用隨后的淬火加熱和保溫來同時(shí)進(jìn)行淬火奧氏體均勻化和滲碳層擴(kuò)散均勻 化處理，縮短了滲碳時(shí)間，降低了能耗，滲碳后的熱作模具鋼回火穩(wěn)定性不僅沒有降低，反 而有所提高，可直接用于磨粒磨損要求不高的重載荷和重沖擊載荷工況；而傳統(tǒng)滲碳工藝 通常用于中低碳鋼，在高溫奧氏體相區(qū)進(jìn)行，滲碳溫度高于淬火溫度，能耗大，且存在奧氏 體晶粒長大缺陷；最終滲碳層服役溫度不超過250°C，無法在熱作模具鋼上使用。(2)目前大多數(shù)熱作模具鋼經(jīng)淬回火熱處理后，為了提高其高溫表面耐磨粒磨損 性能，都進(jìn)行氮化或軟氮化處理。然而氮化層厚度薄，與基體硬度梯度大，不能承受重載荷 和重沖擊載荷工況，模具往往因工作重載荷和沖擊載荷(或因誤操作造成的重沖擊載荷)
5而使氮化層塌陷，造成模具過早失效；熱作模具鋼經(jīng)低溫滲碳處理和淬回火處理后，再進(jìn)行 氮化或軟氮化，大大提高氮化層對(duì)重載荷和重沖擊載荷的承受能力，低溫滲碳+氮化處理 的模具壽命比直接氮化處理顯著提高。(3)本發(fā)明制備工藝簡單，易于操作，只需在傳統(tǒng)滲碳設(shè)備上，改進(jìn)滲碳溫度和滲 碳介質(zhì)即可；如配備計(jì)算機(jī)智能控制，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化。


圖1為本發(fā)明處理的3Cr3Mo3W2V試樣低溫滲碳后1080°C淬火，570°C回火并離子氮 化的金相組織圖，表層深黑色的離子氮化層，次表層的是滲碳層，因滲碳層較厚，沒有顯示 基體組織。圖2為本發(fā)明處理的3Cr3Mo3W2V試樣低溫滲碳后1080°C淬火，在各個(gè)溫度回火的 硬度曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。實(shí)施例1-熱作模具鋼HMl的低溫滲碳一淬回火一離子氮化處理熱作模具鋼HMl是新型熱作模具鋼，高溫強(qiáng)度好。HMl成分牌號(hào)是3Cr3Mo3W2V，鋼 中含有Cr、Mo、W、V四種碳化物形成元素，根據(jù)HMl的碳化物形成元素的質(zhì)量含量，計(jì)算出 摩爾含量為約為8.6%。通過查詢材料手冊(cè)知HMl的Acl溫度為850°C，供貨狀態(tài)為球化退 火組織(鐵素體+粒狀碳化物)。(1)首先將樣品切割成Φ IOX IOmm大小，在IOwt. % NaOH溶液中用超聲波清洗20 分鐘，然后用8wt. %的鹽酸清洗5分鐘，最后用酒精脫水并在低于120°C的烘箱內(nèi)烘干備用。(2)升溫滴注井式滲碳爐溫度至650°C時(shí)，裝入已經(jīng)除油除銹并烘干的HMl樣品， 滴入甲醇進(jìn)行排氣，甲醇滴入量為130滴/min，在排氣口點(diǎn)燃排除廢氣，并繼續(xù)升高溫度；(3)根據(jù)公式T = 812-714. 3 ω，確定滲碳溫度為750°C ；當(dāng)爐溫升高到750°C時(shí)， 開始滴入乙醇，滴入量為20滴/min，并調(diào)整甲醇滴入量為90滴/min，保溫300min ；(4)保溫到時(shí)后，調(diào)整甲醇滴入量為70滴/min，同時(shí)關(guān)閉乙醇滴入量，停止加熱， 待爐子在保護(hù)性氣氛下冷卻到650°C時(shí)，關(guān)閉甲醇，再隨爐冷至500°C時(shí)，取出樣品。用等離 子發(fā)射光譜法(ICP)測(cè)量到樣品表面的平均碳濃度是1. 21wt. % ；(5)在真空真將樣品加熱1080°C，保溫120min后淬油，此時(shí)樣品表面碳濃度為 1. 02wt. %，表面硬度為HRC61 62，基體硬度為HRC54 55，從表面到基體硬度變化平緩；(6)淬火樣品在520 590°C不同溫度下回火1小時(shí)3次，每次水冷，以防止第二 類回火脆性，樣品表面和基體的硬度隨回火溫度的變化曲線見圖2，在500 600°C回火溫 度范圍內(nèi)，滲碳層比基體硬度高約HRC5 6。(7)回火后的樣品在560°C離子氮化5小時(shí)后，界面組織見圖1.。表面氮化層硬度 為Hvl020(相當(dāng)于HRC69. 5)，厚度為0. 1mm，氮化層與滲碳層結(jié)合致密，沒有界面缺陷；滲碳 層硬度為HRC59 60，厚度為0. 9 1. Omm ；基體硬度為HRC52，形成了良好的硬度平緩過
6度。經(jīng)低溫滲碳+淬回火+氮化處理HMl氣門熱段模，比直接用淬回火+氮化處理的模具 壽命提高了 2. 2倍。實(shí)施例2-熱作模具鋼H13的低溫滲碳一淬回火一軟氮化處理熱作模具鋼H13是目前廣泛應(yīng)用的鋁型材熱擠壓模，成分牌號(hào)是4Cr5MoSiVl，鋼中 含有Cr、Mo、W、V四種碳化物形成元素，根據(jù)H13的碳化物形成元素的質(zhì)量含量，計(jì)算出摩 爾含量約為7. 2%。通過查詢材料手冊(cè)知H13的Acl溫度為850°C，供貨狀態(tài)為球化退火組 織(鐵素體+粒狀碳化物)。(1)首先將樣品切割成Φ IOX IOmm大小，在IOwt. % NaOH溶液中用超聲波清洗20 分鐘，然后用8wt. %的鹽酸清洗5分鐘，最后用酒精脫水并在低于120°C的烘箱內(nèi)烘干備用。(2)升溫滴注井式滲碳爐溫度至650°C時(shí)，裝入已經(jīng)除油除銹并烘干的H13樣品， 滴入甲醇進(jìn)行排氣，甲醇滴入量為130滴/min，在排氣口點(diǎn)燃排除廢氣，并繼續(xù)升高溫度；(3)根據(jù)公式T = 812-714. 3 ω，確定滲碳溫度為760V ；當(dāng)爐溫升高到760°C時(shí)， 開始滴入乙醇，滴入量為20滴/min，并調(diào)整甲醇滴入量為90滴/min，保溫300min ；(4)保溫到時(shí)后，調(diào)整甲醇滴入量為70滴/min，同時(shí)關(guān)閉乙醇滴入量，停止加熱， 待爐子在保護(hù)性氣氛下冷卻到650°C時(shí)，關(guān)閉甲醇，再隨爐冷至500°C時(shí)，取出樣品。用等離 子發(fā)射光譜法(ICP)測(cè)量到樣品表面的平均碳濃度是1. 02wt. % ；(5)在真空真將樣品加熱1020°C，保溫120min后淬油，此時(shí)樣品表面碳濃度為 0. 85wt. %，表面硬度為HRC60 60. 5，基體硬度為HRC50 52，從表面到基體硬度變化平 緩；(6)淬火樣品在570°C回火1小時(shí)3次，每次水冷，以防止第二類回火脆性。(7)回火后的樣品在565°C氣體軟氮化5小時(shí)后，表面氮化層硬度為Hvl050(相當(dāng) 于HRC70)，厚度為0. 1mm，氮化層與滲碳層結(jié)合致密，沒有界面缺陷；滲碳層硬度為HRC58 59，厚度為0. 7 0. 8mm ；基體硬度為HRC48 49，形成了良好的硬度平緩過度。實(shí)施例3-熱作模具鋼3Cr2W8V的低溫滲碳一淬回火處理熱作模具鋼3Cr2W8V是長期以來應(yīng)用最廣泛鐓鍛模具和壓鑄模具鋼，鋼中含有Cr、 W、v三種碳化物形成元素，根據(jù)3Cr2W8V的碳化物形成元素的質(zhì)量含量，計(jì)算出摩爾含量為 約為6%。通過查詢材料手冊(cè)知3Cr2W8V的Acl溫度為830°C，供貨狀態(tài)為球化退火組織 (鐵素體+粒狀碳化物)。(1)首先將樣品切割成Φ IOX IOmm大小，在IOwt. % NaOH溶液中用超聲波清洗20 分鐘，然后用8wt. %的鹽酸清洗5分鐘，最后用酒精脫水并在低于120°C的烘箱內(nèi)烘干備用。(2)升溫滴注井式滲碳爐溫度至650°C時(shí)，裝入已經(jīng)除油除銹并烘干的3Cr2W8V樣 品，滴入甲醇進(jìn)行排氣，甲醇滴入量為130滴/min，在排氣口點(diǎn)燃排除廢氣，并繼續(xù)升高溫 度；(3)根據(jù)公式T = 812-714. 3 ω，確定滲碳溫度為770°C ；當(dāng)爐溫升高到770°C時(shí)， 開始滴入乙醇，滴入量為20滴/min，并調(diào)整甲醇滴入量為90滴/min，保溫300min ；(4)保溫到時(shí)后，調(diào)整甲醇滴入量為70滴/min，同時(shí)關(guān)閉乙醇滴入量，停止加熱， 待爐子在保護(hù)性氣氛下冷卻到650°C時(shí)，關(guān)閉甲醇，再隨爐冷至500°C時(shí)，取出樣品。用等離子發(fā)射光譜法(ICP)測(cè)量到樣品表面的平均碳濃度是1. 22wt. % ；(5)在真空真將樣品加熱1120°C，保溫120min后淬油，此時(shí)樣品表面碳濃度為 1. 05wt. %，表面硬度為HRC60 61，基體硬度為HRC52 53，從表面到基體硬度變化平緩；(6)淬火樣品在580°C回火1小時(shí)3次，每次水冷，以防止第二類回火脆性。回火 后滲碳層硬度為HRC59 60，厚度為0. 9 1. Omm ；基體硬度為HRC49 50，形成了良好的 硬度平緩過度，滲碳層韌性良好，可承受較高重沖擊載荷。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于包括以下操作步驟(1)將滴注井式滲碳爐升溫至650～700℃，裝入經(jīng)過處理后的工件，蓋好爐蓋并滴入甲醇進(jìn)行排氣，甲醇的滴入量為110～150滴/min，并在出氣口點(diǎn)燃排除燃?xì)?；所述工件為含有碳化物形成元素的熱作模具鋼?2)加熱升高爐溫至根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的低溫滲碳溫度，調(diào)整甲醇滴入量為70～100滴/min，并滴入滲碳劑，進(jìn)行低溫滲碳，滲碳時(shí)間為4～6小時(shí)；(3)低溫滲碳后，停止加熱，同時(shí)停止滴入滲碳劑，將甲醇滴入量調(diào)整為70滴/min，工件在甲醇?xì)獗Ｗo(hù)下爐冷至630～670℃，關(guān)閉甲醇，再隨爐冷至500℃后，將工件取出放置冷卻，得到低溫滲碳件；(4)將低溫滲碳件在真空或保護(hù)性氣體氛圍下進(jìn)行淬火，淬火熱處理溫度比不滲碳材料工件的淬火熱處理溫度低30～50℃，保溫溫度比不滲碳材料工件的保溫溫度低30～50℃，保溫時(shí)間比不滲碳材料工件的保溫時(shí)間長1.5～2小時(shí)，得到淬火后滲碳件；(5)淬火后馬上回火，回火2～4次，每次保溫1小時(shí)后出爐水冷，回火溫度比不滲碳材料工件溫度高5～10℃，得到低溫滲碳熱作模具鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑴所 述經(jīng)過處理后的工件是將工件在8 IOwt. % NaOH溶液中用超聲波清洗10 30分鐘，然 后用5 IOwt. %的鹽酸清洗3 5分鐘，最后用酒精脫水并烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑴所 述碳化物形成元素為Cr、Mo、W、V或Nb ；所述碳化物形成元素在熱作模具鋼中的質(zhì)量百分含 量為5 IOwt. V0o
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑵所 述經(jīng)驗(yàn)公式為T = 812-714. 3ω，其中T是低溫滲碳溫度，T以。C為單位，ω是熱作模具鋼 中碳化物形成元素的摩爾含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑶所 述低溫滲碳件的低溫滲碳層的表面碳濃度為1. 0 1. 3wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑷所 述淬火后滲碳件的表面碳濃度降低至0. 8 1. Iwt. %。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于步驟⑵所 述滲碳劑為每摩爾碳氧比為2 η的有機(jī)液體；碳氧比為2時(shí)，滲碳劑滴入量為15 25滴 /min ；碳氧比彡2時(shí)，滲碳劑滴入量為30/n 50/n。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于所述滲碳劑 為乙醇或乙酸乙酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法，其特征在于在步驟(5) 之后增加以下步驟將所得低溫滲碳熱作模具鋼進(jìn)行氮化或軟氮化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱作模具鋼的低溫滲碳方法。該方法需要熱作模具鋼中碳化物形成元素的質(zhì)量百分含量為5～10wt.％，伏痰溫度在低于奧氏體化溫度Ac1進(jìn)行。其制備方法包括以下步驟工件在滴注式滲碳爐中進(jìn)行排氣升溫，保溫滲碳，爐冷降溫，最后通過淬火保溫控制滲碳層厚度和均勻性，回火控制滲碳層硬度和韌性。本發(fā)明不僅能直接提高熱作模具鋼在淬火后后的表面硬度提高至HRC60，滲碳層厚度達(dá)0.7～1.0mm，可承受重載荷和沖擊載荷高溫摩擦磨損工況。在低溫滲碳層表面可直接進(jìn)行氮化和軟氮化，進(jìn)一步提高表面硬度的同時(shí)，大大提高氮化層承受重載荷和沖擊載荷高溫摩擦磨損能力。
文檔編號(hào)C23C8/22GK101928912SQ20101027094
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者余紅雅, 劉仲武, 孫歌, 曾德長, 邱萬奇, 鐘喜春 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)