[发明专利]一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺

说明书

一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，将木炭、尿素颗粒、碳酸钠粉末和铬酐混合得到碳氮强渗合剂；将热模钢制工件和碳氮强渗合剂同时装入渗箱中，密封渗箱的箱盖；将渗箱放入坩埚式电炉中850℃～950℃恒温进行强渗碳氮，然后淬火处理后，将热模钢制工件直接浸入淬火油中冷却，空冷后，放入箱式中温回火炉中进行两次回火，得到高热硬性、高温高耐磨性热模钢工件。优点是：操作简便、成本低廉且效果明显，获得的热模钢表面硬度可达62HRC以上，在600℃温度下的高温耐磨性超过同种热模钢常规热处理件的2倍以上，可有效提高热作模具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，特别涉及一种通过对常用的高合金含量的热模钢，如4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V(H21)，通过强渗碳氮元素，使其表面层内增加碳、氮含量后，再进行淬火的复合热处理的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺。

背景技术

热作模具钢是在金属产品热加工成型生产中用于制作高温固态和液态金属成型模具的钢种。热作模具主要包括热锻模、热挤压模、压铸模等，在热成型生产过程中，模具将承受较大的压力、冲击力，同时在与高温金属反复接触后，其表面还要承受极高的热磨损和冷热疲劳以及热腐蚀等。因此，热作模具必须具有较高的高温强度与热硬性、抗高温软化能力、抵抗热疲劳与热磨损的能力，同时还需具有高的韧性与抗氧化和腐蚀能力。研究表明，高合金热作模具在生产过程中的失效形式主要是高温热磨损失效和冷热疲劳失效，因此，提高其表面的高温强度和高温硬度(热硬性)是提高其使用寿命的主要途径。

目前国内外常用的高合金热作模具钢,如4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)、3Cr2W8V(H21)等材料，含有较多的Cr、Mo、Si、W、V等可提高回火稳定性、热硬性、淬透性和细化晶粒的元素，制成模具后一般是经过1050℃～1150℃淬火后再经500℃～650℃多次回火，可使该类钢制模具获得细针回火马氏体、残余奥氏体和少量粒状合金碳化物，具有良好的强度与硬度，以及足够的冲击韧性，然而对于其高温强度与高温硬度及热硬性和高温耐磨性，虽然国内外对于常用的热挤压成型与压铸成型用高合金热模钢已有固定的热加工与热处理规范，可以保证金属材料正常的热挤压与压铸成型生产，但由于其最终热处理后的常温硬度和高温下的硬度不高，一般在45HRC～50HRC之间，仍然存在着高温下易软化和高温下易磨损的问题，致使模具的使用寿命普遍不高。而这类热作模具材料价格昂贵且模具制造成本较高，如果使用寿命过低就会导致产品的生产成本过高的问题。

为提高高合金热作模具的使用寿命，多年来许多学者对如何提高该类模具钢的表面性能做了大量的研究工作，并已经运用于生产，取得了一定成果。其方法主要有：模具表面高温气体或固体法渗碳、低温离子渗氮、低温盐浴法氮碳共渗、低温盐浴法多元共渗、高能束表面改性等。上述表面强化方法虽然可以不同程度的提高热模钢的表面高温性能，但皆存在效果不明显、生产成本过高、操作复杂、不适于中小企业应用等问题。为此，有必要研究操作简便、成本低廉、效果明显、适应性强，适合于高合金含量热模钢表面化学热处理强化的有效工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、成本低廉且效果明显，适合于中小企业应用的提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，获得的热模钢表面硬度可达62HRC以上，经过600℃长时间加热后其表面硬度仍可保持在64HRC以上，其在600℃温度下的高温耐磨性超过同种热模钢常规热处理件的2倍以上，可有效提高热作模具的使用寿命。

本发明的技术解决方案是：

一种提高热模钢热硬性和高温耐磨性的热处理工艺，其具体步骤如下：

(1)配制碳氮强渗合剂

按照重量百分含量碳氮强渗合剂组成如下：粒度≤5mm的木炭为43％～48％；粒度为1mm～2mm的尿素颗粒为50％～55％；碳酸钠粉末1.2％～1.5％；铬酐(CrO₃)0.5％～0.8％；混合得到碳氮强渗合剂；