[发明专利]一种工具钢气体渗铬和淬火结合的工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面处理行业领域，特别是一种工具钢表面气体渗铬和淬火工艺结合的技术。

背景技术

物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）技术，虽然都可以获得硬质涂层，但是CVD法处理温度高（900℃～1200℃），PVD法虽然降低了处理温度，但PVD法对工件前处理要求严苛，设备昂贵，操作繁琐，成本高，膜层与基体结合力较差。热反应扩散沉积(Thermo-reactivediffusion/deposition，TRD)处理技术，设备简单，操作方便，成本低廉，是一种极具发展前途的表面强化技术。

渗铬处理可应用在低碳(0.3%C以下)和中碳(0.3%～0.55%C)碳素结构钢、碳素工具钢、高合金钢、镍基合金等。钢料经渗铬处理后，表面会生成含铬碳化物层，可防止水气、腐蚀气体向内部侵蚀渗透，表面硬度可达1600～1800HV。铬碳化物镀覆层与母材的结合力强，且兼具有耐磨、耐蚀、耐热的特性，近年来在模具等产业上广泛应用。

渗铬处理的方法主要有三种，盐浴渗铬法处理温度可低达500℃，但是渗层薄且渗速缓慢，渗铬后工件清理困难，能耗高，工人劳动强度大，渗镀液体对环境有污染，限制了其应用。固体和气体渗铬温度一般高于1000℃，在这样高的温度下渗铬，工件变形严重、组织粗化，渗铬后需进行淬回火处理。因此，降低渗铬温度或者优化渗铬工艺以应用范围成为人们研究的热点。

针对TRD法渗铬技术的现状，降低渗铬温度的液体和固体渗铬方面的研究较多，气体渗铬却未见报道。作者另辟蹊径，建立并发展了一种新的气体渗铬处理与热处理结合的技术，这种技术渗铬后无需取出工件及冷却，更无需将工件再转入盐浴炉升温、淬火及清洗等，直接在渗铬炉内实现淬火，缩短了生产周期，降低了生产成本，具有很好的工业应用前景。这种方法的提出，丰富了气体渗铬和热处理技术结合研究思路。

发明内容

本发明主要是指将铬粉、氯化氨（NH₄Cl）粉末及工件分别放置在渗铬炉内，通氮气升温至900～1100℃，通入干燥氢气，促进渗铬反应的进行。氯化氨分解产生氯化氢（HCl）气体，当氯化氢气体通过高温的铬铁粉时，制得了二氯化铬（CrCl₂）气体。当生成的二氯化铬气体掠过零件表面时，通过置换、还原、热分解等反应，在零件表面沉积铬，从而获得渗铬层。到达渗铬时间后无需取出工件，直接通入氮气，进行气体淬火。然后再将工件放置到回火炉升温至500~600℃，保温2小时后取出，空气中冷却。

附图说明

附图是一实施例的气体渗铬及热处理各阶段升温曲线，图中横坐标为时间，纵坐标为温度（℃）。

具体实施方式

铬粉、氯化氨粉末以及经过抛光、脱脂和清洗的工件分别放置在渗铬炉炉胆内承载台上，密封炉胆，装回渗铬炉。通入氮气并升温，先加热至500～600℃，保温0.5～1小时，再升温到达设定渗铬工作温度改通入氢气，以促进渗铬反应的进行，10小时后，再通入氮气将炉体中的卤素气体排出同时进行淬火，取出放入回火炉升温至500～600℃保温2小时，在空气中冷却至室温。各阶段升温曲线如附图所示。

具体反应如下：

NH₄Cl_(粉末)→NH_3(气体)+HCl_(气体)(1)

Cr_(粉末)+2HCl_(气体)→CrCl_2(气体)+H_2(气体)(2)

CrCl_2(气体)+Fe_(基材)→FeCl_2(气体)+Cr_{(活性Cr原子)}(3)

FeCl_2(气体)+H_2(气体)→Fe_(Fe原子)+2HCl_(气体)(4)。

实施例

模具在使用过程中，常常容易发生磨损、塑性变形及粘模等失效。为提高模具使用寿命，模具工作零件需要表面处理，提高硬度和耐磨性。本实施例以冲压、挤压模具等常用SKD11材料工作零件为例，实施表面气体渗铬和淬火结合工艺方法，按照如下步骤进行：