一種表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及合金鋼模具技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)的社會(huì)需求和技術(shù)發(fā)展形成了目前的高強(qiáng)度低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、超高 強(qiáng)度鋼、不誘耐蝕鋼、耐熱鋼、工具鋼、模具鋼、軸承鋼等合金鋼品種體系。進(jìn)入21世紀(jì)后，高 層建筑、深層地下和海洋設(shè)施、大跨度重載橋梁、輕型節(jié)能汽車、石油開采和長(zhǎng)距離油氣輸 送管線、軍用艦艇、航空航天器、高速鐵路設(shè)施、能源設(shè)施等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部口都需要性 能高、使用壽命長(zhǎng)且成本低的新型合金鋼。合金鋼的開發(fā)現(xiàn)狀可W描述為高性能化和多品 種化。
[0003] 提高模具鋼的潔凈度是模具鋼的發(fā)展方向之一。研究表明：SKD 61(4燈SMoSiVl) 鋼的憐含量從0.03%降低至0.01%后，可W使模具鋼澤火回火后的沖擊初性提高1倍。如果 憐含量進(jìn)一步降低到0.001%，模具鋼的沖擊初性可提高2倍。降低模具鋼的氧含量也可W 提高沖擊初性。國(guó)外先進(jìn)模具鋼的氧含量小于15 X 1(T6。
[0004] 模具鋼的另一個(gè)發(fā)展方向是提高等向性。改善模具鋼橫向初性和塑性，使之接近 縱向性能，模具的使用壽命就會(huì)大幅度提高。近20年來，各鋼廠都在致力于開發(fā)高等向性模 具鋼，如奧地利伯樂鋼廠開發(fā)的ISODI SC、日本日立金屬的I SOTROPY、日本高周波的 MICROFI肥D等。高等向性模具鋼的橫向初性和塑性值相當(dāng)于縱向性能的80-95%，比一般模 具鋼高40-60 %。
[0005] QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)是近年來新發(fā)展起來的滲氮+氧化處理技術(shù)，實(shí)際上是一種 鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，其主體技術(shù)是鹽浴滲氮或鹽浴氮碳共滲，然后再加上一道氧化工序。 QPQ復(fù)合處理技術(shù)是由鹽浴滲氮技術(shù)演變而來。QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)是一種可W同時(shí)大幅 度提高金屬表面的耐磨性、耐蝕性，而工件幾乎不變形的新的金屬表面強(qiáng)化改性技術(shù)。QPQ 鹽浴復(fù)合處理技術(shù)則具有變形小、處理時(shí)間短，節(jié)能效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的QPQ處理技 術(shù)具有滲層較薄，不能滿足即承受摩擦磨損又需要具有良好耐蝕性的工件的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種表面納 米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0007] 本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[000引一種表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，包括W下步驟：
[0009] (1)將模具原料依次進(jìn)行冶煉誘注、社制，得到低合金鋼；
[0010] (2)將低合金鋼加工，得到低合金鋼模具；
[0011] (3)將低合金鋼模具依次進(jìn)行納米化處理、氮化處理、氧化處理、浸油處理，得到表 面納米化低合金鋼模具。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟(1)中的模具原料，由下述質(zhì)量百分比的原料組成：
[0013] C0.2-0.5%、Cr3-7%、Si0.3-0.7%、Mn0.2-0.5%、Ni0.5-1.5%、Nb0.05-0.08%、胖0.5-1.5%，余量為化。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的冶煉誘注為依次進(jìn)行電弧爐初煉，鋼包RH處理和LF處 理。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的社制包括均熱處理、社制和冷卻，其中均熱處理是在 1100-115(TC的加熱爐中均熱4-6小時(shí)，社制的開社溫度為950-1050°C、終社溫度為840-880 。(：，社制速度為3-5m/s，冷卻速度為5-10°C/s、冷卻后的終溫度為650-680°C。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中的納米化處理為利用功率為280-480W的鶴合金刀具WlO-20K監(jiān)的頻率沖擊所述低合金鋼模具的表面;沖擊能量產(chǎn)生450-650MPA的壓應(yīng)力;使被沖擊 部位得W強(qiáng)化從而實(shí)現(xiàn)納米化，在表面形成納米-微米梯度結(jié)構(gòu)。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中的氮化處理為將納米化的低合金鋼模具放入相鍋，加熱至 45(TC，加入氧化鹽2-化g開始化鹽至氧化鹽烙化;再將基鹽分次加入相蝸中，加熱基鹽全部 烙化后鹽浴面上升到距離相蝸上部邊緣120mm時(shí)停止加入基鹽，加入調(diào)整鹽l-2kg，在200-350 °C條件下運(yùn)行2.化。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中的氧化處理為將清潔無誘的相蝸吊入氧化爐中，儀表定溫 在22(TC，將工件放入相鍋，熱電偶緊靠相蝸壁;然后將氧化鹽加入相蝸中，加到相蝸高度的 1/3,然后通電烙化;第一次加入的鹽全部烙化W后再逐漸加入氧化鹽，每次加入適宜數(shù)量， 邊烙化，邊加入，直到液面升高到距離相蝸上部邊緣200mm為止;鹽浴面達(dá)到要求的高度W 后，250°C保溫，使水分大量揮發(fā)，直到液面不再有氣泡產(chǎn)生完全平靜為止;然后鹽浴溫度再 升溫15-20°C，如此循環(huán)，直到溫度升到350°C。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中的浸油處理為將低合金鋼模具放入機(jī)械油中浸泡l-2min。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重量份的原料組成：C0(N出）2 30-50份、化2C〇3 5-15份、K2CO3 10-20份、畑此1 3-7份、K2SO3 1-5份、La2(C〇3)3 1-5份、Ncb (C〇3)3 1-5 份、Sm2(C〇3)3 1-5 份。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中氮化處理的基鹽由下述重量份的原料組成:C0(N此)2 95-105份、La2(0)3)3 1-5份、氧化錯(cuò)1-5份、二氧化鐵1-5份、=氧化二鋪1-5份。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟（3)中氮化處理和氧化處理的氧化鹽由40-60wt %化N03和40-60wt%KN〇3 組成。
[0023] 具體的，在本發(fā)明中：
[0024] CO(畑2)2,中文名稱:碳酷二胺，CAS號(hào)：57-13-6。
[0025] Na2C〇3，中文名稱:碳酸鋼，CAS號(hào):497-19-8。
[00%] K2CO3，中文名稱:碳酸鐘，CAS號(hào):584-08-7。
[0027] 畑祀1，中文名稱:氯化錠，CAS號(hào)：121化-02-9。
[002引 K2SO3，中文名稱:亞硫酸鐘，CAS號(hào)：10117-38-1。
[0029] NaN〇3,中文名稱:硝酸鋼，CAS號(hào):7631-99-4。
[0030] KN03，中文名稱:硝酸鐘，CAS號(hào)：7757-79-1。
[00川 La2(C03)3,中文名稱:碳酸銅，CAS號(hào)：6487-39-4。
[0032] Nd2(C〇3)3,中文名稱:碳酸欽，CAS號(hào)：5895-46-5。
[0033] Sm2(C〇3)3,中文名稱：碳酸衫，CAS號(hào)：38245-37-3。
[0034] 氧化錯(cuò)，分子式:Pr2〇3，CAS號(hào)：12037-29-5。
[0035] 二氧化鐵，分子式:Ti〇2，CAS 號(hào)：1317-70-0。
[0036] S 氧化二鋪，分子式:化2〇3，CAS號(hào)：12036-41-8。
[0037] 本發(fā)明表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，節(jié)能環(huán)保無 公害，工作環(huán)境清潔，外觀美觀等特點(diǎn)。該技術(shù)做到了原材料無毒、不污染環(huán)境，各項(xiàng)環(huán)保指 標(biāo)經(jīng)環(huán)保部口測(cè)定均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使金屬表面的耐磨性、抗腐蝕性及力學(xué)性能硬度 強(qiáng)度都有更大幅度的提高。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，W下所述，僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施 例而已，并非對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述掲示 的技術(shù)內(nèi)容加 W變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W下實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0039] 實(shí)施例1
[0040] 表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，包括W下步驟：
[0041 ] (1)將模具原料依次進(jìn)行冶煉誘注、社制，得到低合金鋼；
[0042] a.冶煉誘注:將模具原料先進(jìn)行電弧爐初煉，再進(jìn)行鋼包畑處理和LF處理，其中鋼 包精煉時(shí)W4atm壓力進(jìn)行吹氣10分鐘，W有利于雜質(zhì)的上浮去除；
[0043] b.社制:包括均熱處理、社制和冷卻，其中均熱處理是在1100°C的加熱爐中均熱5 小時(shí)，社制的開社溫度為1000°c、終社溫度為860°C，社制速度為4m/s，冷卻速度為6°C/s、冷 卻后的終溫度為660 °C。
[0044] (2)將步驟(1)得到的低合金鋼加工成40mmX20mmX3mm的塊狀低合金鋼模具；
[0045] (3)將塊狀低合金鋼模具依次進(jìn)行納米化處理、氮化處理、氧化處理、浸油處理，得 到表面納米化低合金鋼模具。
[0046] a.納米化處理：利用功率為480W的鶴合金刀具W15K監(jiān)的頻率沖擊所述塊狀低合 金鋼模具的表面;沖擊能量產(chǎn)生600MPA的壓應(yīng)力;使被沖擊部位得W強(qiáng)化從而實(shí)現(xiàn)納米化， 在表面形成納米-微米梯度結(jié)構(gòu)；
[0047] b.氮化處理:將納米化處理的塊狀低合金鋼模具放入相鍋，加熱至450°C，加入氧 化鹽3kg開始化鹽至氧化鹽烙化;再將基鹽分次加入相蝸中，加熱基鹽全部烙化后鹽浴面上 升到距離相蝸上部邊緣120mm時(shí)停止加入基鹽，加入調(diào)整鹽化g，在220°C條件下運(yùn)行2.化；
[0048] C.氧化處理:將清潔無誘的相蝸吊入氧化爐中，儀表定溫在22(TC，將工件放入相 鍋，熱電偶緊靠相蝸壁;然后將氧化鹽加入相蝸中，加到相蝸高度的1/3,然后通電烙化;第 一次加入的鹽全部烙化W后再逐漸加入氧化鹽，每次加入適宜數(shù)量，邊烙化，邊加入，直到 液面升高到距離相蝸上部邊緣200mm為止;鹽浴面達(dá)到要求的高度W后，250°C保溫，使水分 大量揮發(fā)，直到液面不再有氣泡產(chǎn)生完全平靜為止;然后鹽浴溫度再升溫20°C，如此循環(huán)， 直到溫度升到350°C;
[0049] d.浸油處理:將低合金鋼模具放入L-AN32#全損耗系統(tǒng)用油(產(chǎn)品執(zhí)行GB443-89標(biāo) 準(zhǔn)，購(gòu)自濟(jì)南優(yōu)潤(rùn)化工有限公司）中浸泡2min，然后將油滴干。
[0化0]所述步驟（I)中的模具原料，由下述質(zhì)量百分比的原料組成:C 0.4%、Cr 5.5%、 Si 0.5%、Mn 0.3%、Ni 0.9%、佩 0.07%、W 1.1%，余量為化。
[0051] 所述步驟（3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重量份的原料組成：C0(NH2)2 42份、 Na2C〇3 11份、K2CO3 15份、畑此1 5份、K2SO3 3份、La2(C〇3)3 2份、Nd2(C〇3)3 2份、Sm2(C〇3)3 2 份。
[0052] 所述步驟（3)中氮化處理的基鹽由下述重量份的原料組成：C0(N出）2 98份、Las (C〇3) 3 2份、氧化錯(cuò)2份、二氧化鐵2份、=氧化二鋪2份。
[0053] 所述步驟(3)中氮化處理和氧化處理的氧化鹽由50wt % NaN〇3和50wt % KN03組成。 [0054] 實(shí)施例2
[0055]與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重 量份的原料組成：CO(畑2)2 42份、Na2C〇3 11 份、K2CO3 15份、畑此1 5份、K2SO3 3份、La2(C〇3)3 3份、Nd2(C〇3)3 3份。得到實(shí)施例2的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0056] 實(shí)施例3
[0057]與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重 量份的原料組成：CO(畑2)2 42份、Na2C〇3 11 份、K2CO3 15份、畑此1 5份、K2SO3 3份、La2(C〇3)3 3份、Sm2(0)3)3 3份。得到實(shí)施例3的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0化引實(shí)施例4
[0059] 與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重 量份的原料組成：CO(畑2)2 42份、Na2C〇3 11 份、K2CO3 15份、畑此1 5份、K2SO3 3份、Nd2(C〇3)3 3份、Sm2(0)3)3 3份。得到實(shí)施例4的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0060] 實(shí)施例5
[0061] 與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的基鹽由下述重量 份的原料組成:CO(N出)2 98份、Las (C〇3) 3 2份、氧化錯(cuò)3份、二氧化鐵3份。得到實(shí)施例5的表 面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0062] 實(shí)施例6
[0063] 與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的基鹽由下述重量 份的原料組成:C0(N出)2 98份、Las(C〇3)3 2份、氧化錯(cuò)3份、；氧化二鋪3份。得到實(shí)施例6的 表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0064] 實(shí)施例7
[0065] 與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述步驟(3)中氮化處理的基鹽由下述重量 份的原料組成:CO(N出)2 98份、Las (C〇3) 3 2份、二氧化鐵3份、；氧化二鋪3份。得到實(shí)施例7 的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法。
[0066] 測(cè)試?yán)?
[0067] 對(duì)實(shí)施例1-7制得的低合金鋼模具進(jìn)行性能測(cè)試，氮化物有效滲層厚度的測(cè)量方 法及標(biāo)準(zhǔn)參見《GB/T 11354-2005鋼鐵零件滲層深度測(cè)定和金相組織檢驗(yàn)》，測(cè)試結(jié)果見表 Io
[006引表1:性能測(cè)試結(jié)果表
[00691
[0070]比較實(shí)施例1與實(shí)施例2-4，實(shí)施例1 (
La2 (C〇3) 3、Ncb (C〇3) 3、Sm2 (C〇3) 3復(fù)配)光催化 降解性能明顯優(yōu)于實(shí)施例2-4(La2(C〇3)3、Nd2(C〇3)3、Sm2(C〇3)3中任意二者復(fù)配）。比較實(shí)施 例1與實(shí)施例5-7,實(shí)施例1(氧化錯(cuò)、二氧化鐵、S氧化二鋪復(fù)配)光催化降解性能明顯優(yōu)于 實(shí)施例5-7(氧化錯(cuò)、二氧化鐵、=氧化二鋪中任意二者復(fù)配）。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將模具原料依次進(jìn)行冶煉澆注、乳制，得到低合金鋼； (2) 將低合金鋼加工，得到低合金鋼模具； (3) 將低合金鋼模具依次進(jìn)行納米化處理、氮化處理、氧化處理、浸油處理，得到表面納 米化低合金鋼模具； 所述步驟（1)中的模具原料，由下述質(zhì)量百分比的原料組成:C 0.2-0.5%、Cr 3-7%、 Si 0·3-0·7%、Μη 0.2-0.5%、Ni 0.5-1.5%、Nb 0.05-0.08%、W 0.5-1.5%，余量為Fe。2. 如權(quán)利要求1所述的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，其特征在于:所述步驟 (3)中氮化處理的調(diào)整鹽由下述重量份的原料組成：CO(NH 2)2 30-50份、Na2⑶3 5-15份、 K2CO3 10-20 份、NH4C1 3-7 份、K2SO3 1-5 份、La2(C03)3 1-5 份、Nd2(C03)3 1-5 份、Sm2(C03)3 1-5份。3. 如權(quán)利要求1或2所述的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，其特征在于:所述 步驟(3)中氮化處理的基鹽由下述重量份的原料組成：CO(NH 2)2 95-105份、La2(C03)3 1-5 份、氧化鐠1_5份、二氧化鈦1-5份、二氧化二鉞1-5份。4. 如權(quán)利要求1或2所述的表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，其特征在于:所述 步驟(3)中氮化處理和氧化處理的氧化鹽由40-60wt % NaN03和40-60wt % KN〇3組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面納米化高強(qiáng)耐熱鋼模具的制備方法，包括以下步驟：(1)將模具原料依次進(jìn)行冶煉澆注、軋制，得到低合金鋼；(2)將低合金鋼加工，得到低合金鋼模具；(3)將低合金鋼模具依次進(jìn)行納米化處理、氮化處理、氧化處理、浸油處理，得到表面納米化低合金鋼模具；所述步驟(1)中的模具原料，由下述質(zhì)量百分比的原料組成：C 0.2-0.5％、Cr 3-7％、Si 0.3-0.7％、Mn 0.2-0.5％、Ni 0.5-1.5％、Nb 0.05-0.08％、W 0.5-1.5％，余量為Fe。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，節(jié)能環(huán)保無公害，工作環(huán)境清潔，外觀美觀等特點(diǎn)；各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)經(jīng)環(huán)保部門測(cè)定均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使金屬表面的耐磨性、抗腐蝕性及力學(xué)性能硬度強(qiáng)度都有更大幅度的提高。
【IPC分類】C22C38/04, C22C38/02, C22C38/08, C21D7/06, C22C38/18, C22C38/12, C23C8/58
【公開號(hào)】CN105714203
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610248148
【發(fā)明人】陳斌, 張榮福, 印玲, 趙亞紅, 陸一鳴
【申請(qǐng)人】上海瀚氏模具成型有限公司