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低温盐浴氮碳钒共渗工艺研究

李延辉  
【摘要】: 模具表面强化技术主要通过改变模具表层成分、组织,从而显著提高模具的硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、抗熔性、抗咬合性,达到提高模具极限寿命的目的。目前常用的表面强化方法,如表面淬火、表面扩散化学热处理、气相沉积、表面涂镀技术等已经日益的发展成熟,而随着激光、稀土元素以及纳米技术应用的不断扩大,一些新型表面工程技术也逐渐应用到模具的表面强化领域,进一步推动了模具表面技术的不断发展。 本文结合湖南长沙振升铝材公司H13钢挤压模具实际生产情况以及模具在使用中的工作环境,对模具的制造工序进行了改进,有效降低了模具的各类失效。此外工序改进后,发现模具失效主要集中在磨损和裂纹两个方面,裂纹失效的主要原因是模具设计不合理造成;而磨损失效则在于所使用的H13模具钢中,Cr、V等合金元素的含量大都处于国家标准的下限。 本文在系统了解国内外模具表面强化技术的前提下,提出低温盐浴氮碳钒共渗工艺。采用氮碳共渗基盐作为盐浴的主要部分,辅以V2O5和还原剂,对45、T10及Cr12MoV钢在不同工艺条件下的共渗试验进行了分析,结果发现:控制盐浴中CNO-的浓度在区域为32~36%之间可以获得较为理想的渗层深度;共渗过程中,CN-浓度一直保持较低的水平,其浓度对渗层深度影响不大;随着盐浴中V%的增大,钢经共渗后的硬度也随之增大,V%控制在1.0~1.2%适宜;随着共渗温度的升高,渗层化合物深度也随之增高,但是超过590℃后反而有所下降,570℃为最佳共渗温度;随着共渗时间的增长,渗层化合物深度也随之增加,但超过4h后表面疏松有所增加,共渗时间在2~4h为宜;随着含碳量的增加,渗层深度也随之增加,而合金钢中碳化物形成元素增加,渗层深度随之降低。 对H13钢经低温盐浴氮碳钒共渗的渗层组织、元素分布、渗层硬度以及渗层中的物相等进行了系统研究。结果发现:H13钢经氮碳钒共渗处理后,渗层组织与经盐浴氮碳共渗处理后的渗层组织相类似,但氮碳化合物尺寸相对细小,分布更加弥散,渗层硬度远高于盐浴氮碳共渗和渗氮处理的渗层硬度,从表层到心部的硬度分布状态较氮碳共渗处理的更为平缓;对渗层化合物不同深度进行能谱分析,发现有大量的钒渗入到基体中,而且渗入深度达到120μm以上;对经不同共渗时间处理的H13钢渗层相组成进行分析,发现存在大量VC、VN等合金碳、氮化合物相。


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