CN101363123A - 钢件表面喷丸及等离子低温渗硼的复合工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在模具钢件表面进行喷丸然后进行等离子渗硼形成复合层的工艺方法，属钢铁表面改性热处理工艺技术领域。本发明的特点是先在钢件表面进行喷丸处理，然后在热处理炉内通入BF₃、Ar和H₂的混合气体，进行等离子低温渗硼处理；等离子渗硼处理的温度为510～610℃，低于一般热作模具钢的回火温度580～620℃，更低于过去传统渗硼温度850～950℃；最终在钢件表面形成喷丸层和渗硼层的复合层；该复合层具有高硬度和强耐腐性；由于实施低温渗硼，避免了钢件高温处理时大变形的缺陷；本发明方法可提高模具钢的使用寿命。

Description

钢件表面喷丸及等离子低温渗硼的复合工艺方法

技术领域

本发明涉及一种在模具钢钢件表面进行喷丸然后进行等离子渗硼形成复合层的工艺方法，属钢铁表面改性热处理工艺技术领域

背景技术

渗硼处理可使材料表面形成具有特殊物理性质的硼化物层，从而赋予材料表面高硬度、高耐磨性、抗腐蚀、耐高温氧化等优良性能，显著提高模具的使用寿命。热作模具钢主要用于制造加热到再结晶温度以上的金属或液态金属压制成型的模具，如锤锻模、机锻模、热挤压模和压铸模等。在热作模具钢中最广泛和最具代表性的H13可在600℃下工况服役，被广泛用于铝合金的热挤压模和压铸模。由于工作条件恶劣，主要失效形式为热磨损(熔损)和热疲劳，要求表面具有高硬度、耐蚀、抗粘结等性能。鉴于模具失效大都由表面开始，从节省能源和资源，充分发挥材料性能潜力并获得特殊性能和最大经济效益出发，对H13钢模具进行表面改性处理，是综合改善模具寿命的关键。所以，模具渗硼后性能发生很大变化，资料表明，渗硼后钢的耐磨性能提高1倍以上，抗高温氧化性能几乎与含铬18～20％的不锈钢相近，在硫酸、盐酸、磷酸中的耐蚀性也有明显提高，在各种渗硼模具中，其使用寿命可提高1至几十倍。但是，传统渗硼工艺主要从事固体渗硼和盐浴渗硼的应用研究，都在较高的温度(850～950℃)限制了渗硼技术在模具工业上的应用，并且固体渗硼存在一个渗后难于清洁的问题，在其不断的发展过程中还有几方面的问题急待解决，如：工艺不稳定、高脆性、温度高导致的大变形、变形后难以修复。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术中由于渗硼涡度过高而引起模具钢模具变形大的缺陷，通过表面喷丸利用喷丸层晶粒细小且使表面晶界及位错密度增加的特性，促进钢件表面在临界点以下温度实现低温渗硼。

本发明一种钢件表面喷丸及离子低温渗硼的复合工艺方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.喷丸处理：首先将模具钢钢件表面进行喷丸处理；将钢件试样放在喷丸机的载物台上进行喷丸处理；喷射材料为铸钢弹丸，其粒径为0.2～0.3mm；铸钢弹丸的硬度为48～49HRC；喷射角度为60°；喷射压力为4.2～4.6kg；喷丸时间为60～60分钟；

b.等离子渗硼处理：将上述经喷丸处理的模具钢钢件试样进行等离子渗硼处理；将所述钢件试样放于热处理炉内，向炉内通入BF₃、Ar和H₂的混合气体；BF₃的流量为5～50ml/min；Ar的流量为10～30ml/min；H₂的流量为20～30ml/min；送入合气体后炉内气压控制在250～600Pa范围；等离子渗硼热处理温度为510～610℃，并在此温度下维持4～12小时；热处理炉输入的工作电压为550～700V；然后随炉冷却至室温；最后取出具有喷丸和等离子渗硼复合层的钢件试样；渗硼层的厚度为2～10μm。

本发明的特点和优点如下：

本发明方法对模具钢钢件表面先进行喷丸处理，然后进行等离子渗硼处理，这样可大大降低钢件表面的渗硼温度，使能在低于回火温度下进行渗硼处理；热作模具钢一般的回火温度在580～620℃；低温渗硼不但锐减了高温渗硼处理时引起工件的大变形，而且能提高钢件表面的耐磨性、耐冲击性，因而提高了模具的使用寿命。

另外，本发明方法在渗硼后无需再后续淬火和回火热处理，简化了工艺过程。

本发明方法中的钢件表面低温渗硼层的厚度为2～10μm，该渗硼层的主要成分为双相铁硼化合物。

附图说明

图1为本发明钢件的硬度变化曲线图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例一：采用的钢件试样为热作模具钢H13钢，首先将该模具钢钢件试样在喷丸机的载物台上进行喷丸处理；喷射材料为铸钢弹丸，其粒径为0.25mm，铸钢弹丸的硬度为48HRC；喷射角度为60°；喷射压力为4.6kg；喷丸时间为45分钟。然后，将上述经喷丸处理的模具钢钢件试样放于热处理炉内，向炉内通入BF₃、Ar和H₂的混合气体；BF₃的流量为40ml/min；Ar的流量为25ml/min；H₂的流量为25ml/min；送入合气体后炉内气压控制在450～500Pa范围内；等离子渗硼热处理温度为560℃(热作模具钢一般的回火温度为580～620℃，即低于一般回火温度)，并在此温度下维持8小时；热处理炉输入的工作电压为600～650V；然后随炉冷却至室温；最后取出具有喷丸和等离子渗硼复合层的模钢H13钢钢件试样；渗硼层的厚度为6～10μm。

本实施例中的模具钢H13钢件的显微硬度测试结果参见图1，图1为钢件的硬度变化曲线图。图中模坐标X为离表面的距离(mm)，纵坐标Y的显微硬度(HV)；从图中可见钢件表面经处理后具有较高的硬度。

Claims (2)

1、一种钢件表面喷丸及离子低温渗硼的复合工艺方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.喷丸处理：首先将模具钢钢件表面进行喷丸处理；将钢件试样放在喷丸机的载物台上进行喷丸处理；喷射材料为铸钢弹丸，其粒径为0.2～0.3mm；铸钢弹丸的硬度为48～49HRC；喷射角度为60°；喷射压力为4.2～4.6kg；喷丸时间为60～60分钟；

b.等离子渗硼处理：将上述经喷丸处理的模具钢钢件试样进行等离子渗硼处理；将所述钢件试样放于热处理炉内，向炉内通入BF₃、Ar和H₂的混合气体；BF₃的流量为5～50ml/min；Ar的流量为10～30ml/min；H₂的流量为20～30ml/min；送入合气体后炉内气压控制在250～600Pa范围；等离子渗硼热处理温度为510～610℃，并在此温度下维持4～12小时；热处理炉输入的工作电压为550～700V；然后随炉冷却至室温；最后取出具有喷丸和等离子渗硼复合层的钢件试样；渗硼层的厚度为2～10μm。