[发明专利]稀土过饱和渗碳工模具钢

说明书

本发明涉及的是一种工模具钢，尤其是一种稀土过饱和渗碳工模具钢。属于金属材料类领域。

在渗碳过程中析出碳化物，通过碳化物的弥散强化来提高工件硬度及耐磨性，这种被称为过饱和渗碳的化学热处理方法可以在普通的渗碳条件下实现，但是工艺过程比较复杂，渗层的质量亦难以控制，特别是若因工艺控制不当，易出现粗大的碳化物，使工件的韧性降低，对于承受冲击载荷的工件易造成断裂，此外由于在过饱和渗碳过程中，添加形成碳化物的元素，如V、Ti、Mo、Cr等，导致降低了渗碳速度。针对上述存在的同题，利用稀土改善渗层碳化物形态，提高渗碳速度、冶金质量及碳化物周围马氏体韧性的特点制作成的工模具钢，在经过大量的文献检索之后，至今没有发现所述的这类工模具钢。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，从工模具钢的成分设计入手，结合我国丰富的稀土资源，提供一种稀土过饱和渗碳工模具钢。

本发明的技术方案如下：在普通的渗碳条件下(如：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、离子渗碳、各种碳氮共渗等工艺)，本发明在现有的工模具钢中加入稀土元素镧、铈及其混合物，其各组分配比为(重量百分比)：0.35-0.65C，0.20-1.50Si，0.35-1.50Mn，1.00-6.00Cr，1.00-4.00Mo，1.00-4.00W，1.00-3.00V，0.1-0.2稀土元素，其余为Fe。

本发明取得了实质性进步和显著的效果，与6w6Mo5Cr4V钢相比，本发明具有如下优点：

1)由于稀土的强烈化学活性，它可以和钢中的有害杂质，如氧、硫等发生激烈的相互作用，使钢得到净化和变质，减轻甚至消除了这类微量杂质的危害，改善了冶金质量，并提高了钢的淬透性，使该钢的整体性能得到明显提高，如韧塑性、耐磨性、疲劳强度、高温强度以及加工性能等。

2)合金化的稀土元素固溶在工件基体中，有利于渗碳介质中的碳原子进入工件表层，加速工件表层的碳原子向内部扩散，可使渗碳速度明显提高，增加渗碳层深度。实验表明，在相同渗碳条件下，获得相同的渗碳层深度，稀土过饱和渗碳工模具钢至少比6w6Mo5Cr4V钢缩短渗碳时间30％。

3)本发明经渗碳处理后，与6w6Mo5Cr4V钢的过饱和渗碳相比，其碳化物细小且弥散分布，有利于工件性能的提高。渗碳层的显微硬度、冲击韧性、接触疲劳强度、抗磨损性等均比及6w6Mo5Cr4V钢的过饱和渗碳有明显提高。

4)与在渗碳介质中加入稀土元素催渗的方法相比较，由于本发明中含有稀土元素，因而对渗碳或碳氮共渗的方法及设备没有特殊的要求，可在现有的所有渗碳和碳氮共渗条件下进行过饱和渗碳处理，对设备没有影响，并且效果直达工件的深层，可以实现深层过饱和渗碳。