一種工具鋼氣體滲鉻和淬火結合的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料表面處理行業領域，特別是一種工具鋼表面氣體滲鉻和淬火工藝結合的技術。
【背景技術】
[0002]物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)技術，雖然都可以獲得硬質涂層，但是CVD法處理溫度高(90(TC?120(TC)，PVD法雖然降低了處理溫度，但PVD法對工件前處理要求嚴苛，設備昂貴，操作繁瑣，成本高，膜層與基體結合力較差。熱反應擴散沉積(Thermo-reactive diffus1n/ deposit1n, TRD )處理技術，設備簡單，操作方便，成本低廉，是一種極具發展前途的表面強化技術。
[0003]滲鉻處理可應用在低碳(0.3%C以下)和中碳(0.3%?0.55%C)碳素結構鋼、碳素工具鋼、高合金鋼、鎳基合金等。鋼料經滲鉻處理后，表面會生成含鉻碳化物層，可防止水氣、腐蝕氣體向內部侵蝕滲透，表面硬度可達1600?1800HV。鉻碳化物鍍覆層與母材的結合力強，且兼具有耐磨、耐蝕、耐熱的特性，近年來在模具等產業上廣泛應用。
[0004]滲鉻處理的方法主要有三種，鹽浴滲鉻法處理溫度可低達500°C，但是滲層薄且滲速緩慢，滲鉻后工件清理困難，能耗高，工人勞動強度大，滲鍍液體對環境有污染，限制了其應用。固體和氣體滲鉻溫度一般高于1000°c，在這樣高的溫度下滲鉻，工件變形嚴重、組織粗化，滲鉻后需進行淬回火處理。因此，降低滲鉻溫度或者優化滲鉻工藝以應用范圍成為人們研究的熱點。
[0005]針對TRD法滲鉻技術的現狀，降低滲鉻溫度的液體和固體滲鉻方面的研究較多，氣體滲鉻卻未見報道。作者另辟蹊徑，建立并發展了一種新的氣體滲鉻處理與熱處理結合的技術，這種技術滲鉻后無需取出工件及冷卻，更無需將工件再轉入鹽浴爐升溫、淬火及清洗等，直接在滲鉻爐內實現淬火，縮短了生產周期，降低了生產成本，具有很好的工業應用前景。這種方法的提出，豐富了氣體滲鉻和熱處理技術結合研究思路。
【發明內容】
[0006]本發明主要是指將鉻粉、氯化氨(NH4Cl)粉末及工件分別放置在滲鉻爐內，通氮氣升溫至900?110(TC，通入干燥氫氣，促進滲鉻反應的進行。氯化氨分解產生氯化氫(HCl)氣體，當氯化氫氣體通過高溫的鉻鐵粉時，制得了二氯化鉻(CrCl2)氣體。當生成的二氯化鉻氣體掠過零件表面時，通過置換、還原、熱分解等反應，在零件表面沉積鉻，從而獲得滲鉻層。到達滲鉻時間后無需取出工件，直接通入氮氣，進行氣體淬火。然后再將工件放置到回火爐升溫至50(T600°C，保溫2小時后取出，空氣中冷卻。
【附圖說明】
[0007]附圖是一實施例的氣體滲鉻及熱處理各階段升溫曲線，圖中橫坐標為時間，縱坐標為溫度rc)。
【具體實施方式】
[0008]鉻粉、氯化氨粉末以及經過拋光、脫脂和清洗的工件分別放置在滲鉻爐爐膽內承載臺上，密封爐膽，裝回滲鉻爐。通入氮氣并升溫，先加熱至500?600°C，保溫0.5?I小時，再升溫到達設定滲鉻工作溫度改通入氫氣，以促進滲鉻反應的進行，10小時后，再通入氮氣將爐體中的鹵素氣體排出同時進行淬火，取出放入回火爐升溫至500?600°C保溫2小時，在空氣中冷卻至室溫。各階段升溫曲線如附圖所示。
[0009]具體反應如下:
NH4C1(粉末)—NH3(氣體)+ HCl(M)⑴
Cr(粉末)+ 2HC1(氣體)—CrCl2(氣體)+ H2(氣體)(2)
CrCl2(^fr) + Fe(基材)—FeCl2(氣體)+ Cr(活性 Cr 原子)(3)
FeCl2(^fr) + H2(氣體)—Fe(Fe原子)+ 2HC1(氣體)(4)。
實施例
[0010]模具在使用過程中，常常容易發生磨損、塑性變形及粘模等失效。為提高模具使用壽命，模具工作零件需要表面處理，提高硬度和耐磨性。本實施例以沖壓、擠壓模具等常用SKDll材料工作零件為例，實施表面氣體滲鉻和淬火結合工藝方法，按照如下步驟進行:
第一步:模具零件表面拋光、脫脂和清洗；第二步:模具零件、鉻粉及氯化氨粉末分別放置在滲鉻爐爐膽內承載臺上，密封好爐膽，放回滲鉻爐。通入氮氣，升溫至550°C，保溫I小時，再繼續升溫到達1030°c通入氫氣，以促進滲鉻反應的進行，保溫10小時后，改通入氮氣將爐體中的鹵素氣體排出，并進行氮氣淬火；第三步:淬火后零件放入回火爐，升溫至550°C，保溫2小時，取出在空氣中冷卻。
[0011]滲鉻及熱處理后檢測滲鉻層厚度及硬度，其厚度應不低于15 μ m，零件表層硬度不小于 1700HV。
【主權項】
1.結合工具鋼的淬火進行滲鉻，包括預處理、滲鉻、淬火、回火工序，其特征在于:滲鉻后無需從滲鉻爐中取出工件，直接通入氮氣，完成工件的氣體淬火后轉入回火爐，升溫至500?600°C回火溫度，保溫2小時，取出工件，在空氣中冷卻至常溫，實現工件的回火。2.所述滲鉻及熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:前處理 前處理包括工件的拋光、脫脂和清洗； 步驟2:滲鉻 將鉻粉、氯化氨(NH4Cl)粉末及工件分別放置在滲鉻爐爐膽內承載臺上，然后將爐膽密封好放回滲鉻爐，通入氮氣，二段式升溫，先加熱至500?600°C，保溫0.5?I小時，再加熱至設定滲鉻工作溫度(900?IlO(TC)改通入氫氣，以促進滲鉻反應的進行，保溫10小時；步驟3:淬火 滲鉻反應完成后，通入氮氣，將爐體中的鹵素氣體排出、保護工件不在高溫環境下被氧化且迅速冷卻進行氣體淬火； 步驟4:回火 淬火后工件從滲鉻爐取出，放入回火爐，升溫至50(T60(TC左右，保溫2小時后取出在空氣中冷卻。3.根據權利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后無需降溫從滲鉻爐中取出工件，再轉入鹽浴爐等加熱設備進行淬火，淬火和滲鉻在同一個爐內進行，滲鉻溫度即淬火溫度。4.根據權利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后工具鋼表面有10?20um鉻化物滲層。5.根據權利I和2所述的工藝方法，其特征在于滲鉻后工具鋼表面硬度不低于1600HV。
【專利摘要】本發明公開了一種工具鋼氣體滲鉻和淬火在同一爐內進行的表面處理和熱處理結合的工藝。該工藝包括工具鋼零件預處理、滲鉻、淬火和回火等工序。采用粒徑大小為500um左右的純鉻粉，以氯化銨粉末為催滲劑，氮氣淬火。將工件放入氣體滲鉻爐內密封，二段式加熱至900～1100℃滲鉻溫度，保溫10小時后通入氮氣淬火，出爐后轉入回火爐升溫至500～600℃回火，保溫2小時即可得到厚度10～20um，硬度不低于1600HV的鉻化物滲層，提高了工具鋼的表面硬度、耐磨性及耐腐蝕性。與其他普通方法相比，此方法滲鉻后無需花大量時間給零件降溫、也無需取出工件再放入鹽浴爐升溫至淬火溫度，直接在同一爐內淬火，簡化了工藝，提高了生產效率。
【IPC分類】C21D1/18, C23C10/12, C23F17/00
【公開號】CN105177596
【申請號】
【發明人】王翠鳳, 邱錫榮, 佟一璇, 郭益辰
【申請人】王翠鳳
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年5月28日