[发明专利]用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，包括以下步骤：对模具进行预热处理、清理和机械加工；进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70‑75%、供铬剂：8‑12%、供铌剂：4‑6%、还原剂：3‑6%、活化剂：8‑10%；进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880‑910℃，保温时间2‑3.5h；第二阶段温度为930‑940℃，保温时间2‑3h；第三阶段温度为980‑1040℃，保温时间3‑4h；将模具取出后经过油淬后回火处理。本发明提出的用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，改善了覆层应力过渡不均的现象，提高了模具服役性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法。

背景技术

随着精冲工艺的不断开拓与使用，特别是厚钢板的冲压加工以其高的生产率、优越的冲压件质量和丰厚的经济效益引起广泛的关注，它为切削加工提供的半精化毛坯，具有节省加工工时和耗能、降低成本、提高产品质量等多方面的综合效益。厚板冲裁与薄板相比，需要的冲裁力较大，表面磨损生热现象也较为严重，对于一些具有尖角、凸耳或折现交点的模具，冲裁时由于其接触应力远大于平均应力，甚至超过材料的许用压应力造成模具过早损坏。冲裁时，凸、凹模失效的主要形式是表面剥落和磨损，因此除了要求凸、凹模必须有足够的硬度和强度外，所选材料必须具有良好的耐磨性、优异的抗冲击韧性和一定的抗冷热疲劳能力。

目前常见的模具表面热处理工艺方案有传统的渗碳、渗氮、碳氮共渗、PVD、CVD、电镀等，但是相比TRD（Thermal Reactive Diffusion）技术来说，其形成的表面覆层存在硬度不足（渗碳、渗氮、碳氮共渗）、结合强度欠佳（PVD）等问题，有些还会造成严重污染（电镀等）以及产生有毒产物。TRD盐浴制得的碳化物覆层有很高的硬度、强度、耐磨性和抗腐蚀性，张文杰等人发明了一种盐浴共渗剂（CN 103103476B），克服了单渗铬和单渗铌存在的缺点，可在金属表面得到Cr₃C₂-NbC梯度覆层，但存在底层Cr₃C₂层厚度较薄（1-2μm），渗铌层厚度（8-9μm）与渗铬层厚度比偏大（约为4.5），导致覆层整体连续性不佳和相结构的分布不均，进而表现出覆层硬度的过渡不均匀，覆层截面硬度从基体-Cr₃C₂层-NbC层的变化为600HV-1400HV-3100HV，Cr₃C₂层与NbC层硬度差较大（△=1700HV），存在覆层应力过渡不均，容易出现覆层内裂纹和剥落、崩裂等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，旨在改善覆层应力过渡不均的现象，提高模具服役性能和使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，包括以下步骤：

对模具进行预热处理、清理和机械加工；

进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70-75%、供铬剂：8-12%、供铌剂：4-6%、还原剂：3-6%、活化剂：8-10%，按上述配比，先将坩埚加热至820-850℃，逐步加入硼砂直至全部硼砂熔化，再加入供金属剂和活化剂充分搅拌至全部融化，加入还原剂至熔化形成盐浴，保温1-2h；

进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880-910℃，保温时间2-3.5h；第二阶段温度为930-940℃，保温时间2-3h；第三阶段温度为980-1040℃，保温时间3-4h；

将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力。

优选地，所述将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力的步骤具体包括：