[发明专利]Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及离子氮碳共渗法，尤其涉及Cr12MoV钢在等离子体氮碳共渗法。

背景技术

目前市场上的Cr12MoV钢很少采用稀土定量催渗进行氮碳共渗(NH₃+CO₂)，本发明涉及在探究出的优化等离子体氮碳共渗工艺参数上运用稀土La进行定量催渗。在汽车制造业中，冲压件占汽车零部件有超过一半的比例。模具的失效形式和维修保养状况是影响产品合格率和生产成本的最重要原因之一。其中，冷冲模主要用在使金属板料产生塑性变形或分离而加工成形所需的制件方面，对模具材料的硬度、韧性、耐磨性和抗疲劳性能等指标要求都较高。用于生产较大批量工件的模具一般选用优质合金工具钢，例如Cr12MoV，DC53钢等。影响冷冲模具寿命的主要因素有：(1)模具结构设计；(2)制造模具所选材料及其热处理工艺；(3)表面强化及其维护保养。以上三个因素中任何一个出现问题，都可能使模具提前失效，导致模具尺寸精度和表面质量变差，更严重或使模具提前报废。

对于在线使用的冷冲模具，常会遇到提前失效和正常失效。而冷冲模常规的主要失效形式是磨损，因为金属板料在分离、成型、流动过程中与凸、凹模表面存在强烈的摩擦，从而使表面质量变差，甚至模具尺寸精度降低。因此，需要经过多次修磨，包括小修和中修，甚至一两次大修，以延长其使用寿命。对于使用中的冷冲模具，提高其耐磨性能最实用有效方法是对其进行表面修复，加强维修保养。以使模具保持外硬内韧特性。现在实际模具的修复技术主要技术之一就是离子氮碳共渗，因为此种方法具有渗氮速度快，工件变形小，节省能源等优点，所以采用离子氮碳共渗法可以很好的解决模具修复问题。而在实际应用过程中，作为成形冷冲模具，离子氮碳共渗的渗层具有更大的厚度，而并非离子渗氮仅仅具有表面高的硬度，因此离子氮碳共渗对材料的耐磨性能具有更好的作用。另外，稀土元素在表面处理催渗方面已经得到广泛的研究，稀土元素特有的电子层结构和原子尺寸，存在于钢中的稀土具有以下两个特点：①具有较强的化学亲和力；②可降低体系的能量。因此，在氮碳共渗时稀土元素原子周围将形成包含氮、碳的原子气团，在共渗时，稀土的加入可以促进C、N原子的扩散。而在现有研究中主要是针对稀土定性催渗，例如专利《稀土催渗离子硫、氮、碳共渗渗剂及工艺》(申请号：92114422.9)均很少涉及定量方面的研究；《稀土、碳、氮三元共渗剂及其配制方法》(项目编号：czl05055533)中涉及的稀土溶液配置方法则因为蒸发、饱和度以及真空度影响生产操作而定量困难。

发明内容

本发明的目的在于提供Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，以增强材料的耐磨性能。

为解决所述问题的Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，其特点是，具有工艺参数：工艺温度在510℃至520℃之间，NH₃∶CO₂(体积百分比)在8∶1至12∶1之间，NH₃流量为40mL/min至60mL/min之间，炉压为在500Pa至700Pa之间。

所述的Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，其进一步的特点是还加入稀土La进行等离子氮碳共渗，通过炉压的控制来调控稀土La的溅射量，以定量调节稀土La离子在炉内气氛中的浓度，对稀土La在使用前后进行精确的定量称重，稀土La在炉内的浓度与稀土的失重量成正比关系，从而实现稀土La的定量催渗。

所述的Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，其进一步的特点是所述稀土La的重量为10.41g。

所述的Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，其进一步的特点是所述稀土La为10×10×6mm的块状。

在推荐的稀土La定量催渗工艺条件下，白亮层的厚度比未加稀土时增加5-10μm，总渗层厚度增加40-60μm左右，表面硬度最高可达到920HV，摩擦磨损实验发现原始试样的磨损量为0.014-0.016g，在优化工艺情况下，标准试样的磨损量减小为0.009g-0.010g，而加稀土的试样，磨损量进一步减小为0.008-0.009g，耐磨性能显著提高，从而提高生产效率，降低了生产成本。

所以本发明在稀土定量催渗方法的研究领域具有重要的意义。

附图说明

图1是Cr12MoV钢在各种不同氮碳共渗处理工艺后的实际试样磨损量。

具体实施方式

后述包括两方面的实施例，一方面为等离子体氮碳共渗的优化工艺(工艺参数的优化)，另一方面是在优化工艺的基础上进行的稀土La定量催渗方法。