Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺

摘要

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。Cr12MoV钢的氮碳共渗优化工艺，其特征在于，具有工艺参数：工艺温度在510℃至520℃之间，NH

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。

1、等离子体氮碳共渗工艺参数的过程如下，正交实验表格如表1

表1氮碳共渗及稀土催渗实验正交表格

由表1可以得出了Cr12MoV钢优化的氮碳共渗工艺参数：在510-520℃炉 温情况下NH₃∶CO₂(体积百分比)＝8∶1-12∶1，NH₃流量为40-60mL/min，炉压 为500-700Pa。

2、稀土La定量催渗方法如下：

A.通过正交实验方法，探究出相对优化的等离子氮碳共渗工艺参数为： 共渗的温度为510-520℃，NH₃的流量为40-60mL/min，NH₃∶CO₂(体积百分 比)＝8∶1-12∶1，炉压为500-700Pa；

B.对稀土La块进行机械加工，尺寸为10×10×6mm，并称量实验前加入 的3块稀土的重量为10.41g；

C.在Cr12MoV优化共渗工艺参数的基础上加入稀土块进行等离子氮碳共 渗，实验后称量稀土La块的质量为10.25g；

D.定量加入稀土La后，对Cr12MoV模具钢块进行微观组织观察及性能测 试。

表1中，实验K、L为有前述稀土La定量催渗的工艺参数。

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5-10 μm，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，磨损量进一步减小到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。

优点及效果

如图1所示，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。