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(shè)備，直接影響制品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，模具壽命顯得越來(lái)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(jìn)的表面改性技術(shù)對(duì)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(qiáng)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(guó)內(nèi)外的廣泛重視，研究先進(jìn)的表面改性技術(shù)對(duì)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(qiáng)化處理技術(shù)有很多，主要有高能束熱源表面強(qiáng)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(xué)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(qiáng)化手段，材料經(jīng)表面強(qiáng)化處理以后，表面性能會(huì)得到很大的改善，從而延長(zhǎng)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(yīng)用。技術(shù)實(shí)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(wú)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?。凰鎏蓟镄纬稍卦礊楹刑蓟镄纬稍氐墓I(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(jìn)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(shí)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(jìn)行預(yù)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(guò)向鹽浴中加入碳化物形成元素源和催化劑對(duì)冷作模具進(jìn)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(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)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(rùn)滑作用可以減少模具使用過(guò)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(dá)2000-4000HV，同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(dá)3950HV，在10％HCl中腐,6h失重低至0.236mg/cm2，壽命可達(dá)98654次，與傳統(tǒng)鹽浴方法相比成本降低約80％。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2、3和4以及對(duì)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(duì)比例1，圖1b為實(shí)施例1，圖1c為對(duì)比例2，圖1d為實(shí)施例2，圖1e為對(duì)比例3，圖1f為實(shí)施例3，圖1g為對(duì)比例4，圖1h為實(shí)施例4；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1和2以及對(duì)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(shí)施例1和對(duì)比例1和a試樣耐磨性對(duì)比曲線，圖2b為實(shí)施例2和對(duì)比例2和b試樣耐磨性對(duì)比曲線。具體實(shí)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(wú)水硼酸加熱熔化，得到鹽浴；(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?。凰鎏蓟镄纬稍卦礊楹刑蓟镄纬稍氐墓I(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(jìn)行鹽浴處理。本發(fā)明將無(wú)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(duì)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?。凰鎏蓟镄纬稍卦礊楹刑蓟镄纬稍氐墓I(yè)礦渣。在本發(fā)明中，所述碳化物形成元素源的質(zhì)量?jī)?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(shí)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?jī)?yōu)選為鹽浴質(zhì)量的1～5％，更優(yōu)選為2～3％。本發(fā)明對(duì)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(fù)配。在本發(fā)明中，當(dāng)所述催化劑包括K2CO3和Na2CO3中的一種與B4C的復(fù)配時(shí)，B4C與K2CO3或Na2CO3的質(zhì)量比優(yōu)選為1:0.8～1.2。本發(fā)明對(duì)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(jìn)行。在本發(fā)明中，所述攪拌優(yōu)選為手動(dòng)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(shí)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(jìn)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(shí)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(duì)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(duì)冷作模具進(jìn)行預(yù)處理。本發(fā)明對(duì)所述預(yù)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(yù)處理的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述預(yù)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(duì)冷作模具進(jìn)行預(yù)熱。本發(fā)明對(duì)所述預(yù)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(yù)熱的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述預(yù)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(yù)熱的時(shí)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(duì)冷作模具進(jìn)行回火處理。本發(fā)明對(duì)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(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的冷作模具表面鹽浴處理方法進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。實(shí)施例1:將無(wú)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(jìn)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(shí)對(duì)鹽浴進(jìn)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(jìn)行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在300℃進(jìn)行預(yù)熱)，在1100℃下，保溫4小時(shí)后油冷，并按模具工藝要求進(jìn)行真空回火。對(duì)比例a:T10鋼不進(jìn)行鹽浴處理，其他操作與實(shí)施例1相同。對(duì)比例2:T10鋼按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行鹽浴處理，以氧化鉻作為鉻源，其他參數(shù)與實(shí)施例1相同，然后按照實(shí)施例1的方式進(jìn)行回火處理。實(shí)施例2:將無(wú)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(jìn)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(shí)對(duì)鹽浴進(jìn)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(jìn)行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350進(jìn)行預(yù)熱)，在1150℃下，保溫6小時(shí)后油冷，并按模具工藝要求進(jìn)行真空回火。對(duì)比例b:Cr12MoV鋼不進(jìn)行鹽浴處理，其他操作與實(shí)施例2相同。對(duì)比例2:Cr12MoV鋼按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行鹽浴處理，以五氧化二釩作為釩源，其他參數(shù)與實(shí)施例2相同，然后按照實(shí)施例2的方式進(jìn)行回火處理。實(shí)施例3:將無(wú)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(jìn)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(shí)對(duì)鹽浴進(jìn)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(jìn)行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350℃進(jìn)行預(yù)熱)，在1120℃下，保溫7小時(shí)后油冷，并按模具工藝要求進(jìn)行真空回火。對(duì)比例c:T8鋼不進(jìn)行鹽浴處理，其他操作與實(shí)施例3相同。對(duì)比例3:T8鋼按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行鹽浴處理，以三氧化鎢作為鎢源，其他參數(shù)與實(shí)施例3相同，然后按照實(shí)施例3的方式進(jìn)行回火處理。實(shí)施例4:將無(wú)水硼酸加熱至900℃獲得鹽浴；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(jìn)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(shí)對(duì)鹽浴進(jìn)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(jìn)行必要的清理，如除油去脂，或根據(jù)需要在350℃進(jìn)行預(yù)熱)，在1150℃下，保溫8小時(shí)后油冷，并按模具工藝要求進(jìn)行真空回火。對(duì)比例d:Cr12鋼不進(jìn)行鹽浴處理，其他操作與實(shí)施例4相同。對(duì)比例4:Cr12鋼按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行鹽浴處理，以二氧化鈦?zhàn)鳛殁佋?，其他參?shù)與實(shí)施例4相同，然后按照實(shí)施例4的方式進(jìn)行回火處理。對(duì)實(shí)施例1、2、3、4和對(duì)比例1、2、3、4得到的冷作模具的表面進(jìn)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)實(shí)施例1和2以及對(duì)比例1、2、a和b得到的冷作模具進(jìn)行耐磨性能測(cè)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(dāng)；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(dāng)。對(duì)實(shí)施例1、2、3和4以及對(duì)比例1～4和a～d得到的冷作模具進(jìn)行顯微硬度和壽命測(cè)試，得到結(jié)果分別如表1和2所示。表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)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(jí)。表2則說(shuō)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(dāng)。對(duì)實(shí)施例1、對(duì)比例a得到的冷作模具在10％HCl中進(jìn)行耐蝕性測(cè)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(duì)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(shì)。表1本發(fā)明對(duì)比例和實(shí)施例冷作模具顯微硬度表2本發(fā)明對(duì)比例和實(shí)施例冷作模具壽命表3本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)比例a冷作模具耐蝕性能對(duì)比表4本發(fā)明對(duì)比例和實(shí)施例冷作模具鹽浴處理成本對(duì)比對(duì)比例x/實(shí)施例x成本比值對(duì)比例1/實(shí)施例11.86對(duì)比例2/實(shí)施例21.84對(duì)比例3/實(shí)施例31.79對(duì)比例4/實(shí)施例41.82由以上對(duì)比例和實(shí)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(dāng)，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(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3