專利名稱：一種冷作模具鋼的表面強(qiáng)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在冷作模具鋼Crl2MoV表面原位生成VC涂層的制備方法，特指在冷作模具鋼基體上原位生長VC涂層的方法，屬于先進(jìn)材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
VC涂層具有高的熔點(diǎn)、顯微硬度、較好的耐腐蝕性能等機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域。目前VC大多被用于工具材料和耐蝕材料，由于VC的優(yōu)異性能，它成為制備硬質(zhì)合金的主要原料，具有高硬度、高耐磨性、高強(qiáng)度和高韌性的硬質(zhì)合金材料。目前制備的VC涂層比常規(guī)硬質(zhì)合金明顯提高，在難加工金屬材料刀具、電子行業(yè)的微型鉆頭、精密模具、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已呈現(xiàn)出越來越廣泛的用途。 目前最有效而經(jīng)濟(jì)的解決成形模具表面拉傷問題的表面處理方法是高溫化學(xué)氣相沉積(即高溫CVD)和TD覆層處理，日、韓、美已廣泛應(yīng)用TD覆層處理，國內(nèi)對(duì)于模具表面拉傷問題和提高壽命表面處理工藝研究較少。本專利利用熱輻射(TD)技術(shù)在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密，顯微硬度為3050HV。涂層與基體結(jié)合界面為冶金結(jié)合，涂層劃痕法的結(jié)合強(qiáng)度為60N，有利于提高冷作模具疲勞壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試驗(yàn)采用的主要設(shè)備為SG2-5-12坩堝電阻爐，主要參數(shù)鉑銠_鉑電偶，最高加熱溫度1200°C， KSJ型溫度控制器自動(dòng)控溫精度±5°C。輔助設(shè)備為電阻式高溫回火爐(工作最高溫度600°C )。 —種冷作模具鋼的表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900°C 120(TC，保溫時(shí)間設(shè)為6h 12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180°C 20(TC低溫回火1. 5h 2. 5h。
上述的冷作模具鋼指Crl2MoV鋼。 上述的鹽浴由供釩劑FeV50、還原劑FeSi45及基鹽無水硼砂和活化劑NaF組成，各組分的質(zhì)量百分含量FeV50 :9 10%， FeSi45 :3 4%，無水硼砂85 86%， NaF :2 3%。 上述的處理方法中，將模具鋼表面活化后以吊掛方式放入攪拌均勻的鹽浴中。
VC涂層制備原理通過TD鹽浴處理中供釩劑FeV50提供活性V原子與Crl2MoV冷作模具鋼中C原子相互擴(kuò)散的結(jié)果。TD處理過程中，在高溫作用下FeV50中活性V原子首先吸附在冷作模具鋼表面時(shí)，并溶入Crl2MoV鋼的奧氏體中，形成置換式固溶體，降低了C原子在奧氏體中溶解度，其多余的C原子將不斷地從奧氏體中脫溶，與鹽浴中V原子結(jié)合形成VC涂層。當(dāng)Crl2MoV鋼中C原子不斷地向Crl2MoV鋼表面擴(kuò)散，與V原子結(jié)合，VC涂層厚度不斷增加，表現(xiàn)為涂層厚度隨著TD處理時(shí)間增加而增加。 本發(fā)明專利利用熱輻射(TD)技術(shù)在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密；涂層與基體結(jié)合界面為冶金結(jié)合，有利于提高冷作模具疲勞
3壽命。


圖1為TD處理制備的VC表面SEM
圖2為TD處理制備的VC界面SEM
圖3為TD處理制備的VC表面能譜分析
圖4為TD處理制備的VC界面線能譜分析 l、Cr元素；2、 Si元素；3、 Mo元素；4、V元素；5、Fe元素；6、C元素
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，900°C， 12h TD處理，回火2h ;在Crl2MoV冷作模具鋼表面制備了 VC涂層，采用WS-2005薄膜附著力自動(dòng)劃痕儀測量VC涂層結(jié)合強(qiáng)度，當(dāng)載荷增大到60N時(shí)，計(jì)算機(jī)上顯示的聲發(fā)射信號(hào)急劇增加，涂層發(fā)生開始剝落，此時(shí)臨界載荷為60N，即為VC涂層-基體結(jié)合強(qiáng)度。VC涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較高，這是由于VC涂層-基體之間化學(xué)元素相互擴(kuò)散，促進(jìn)界面的冶金結(jié)合；用HXD-1000型顯微硬度儀測定其顯微硬度為3050HV，基材硬度為HRC60。 實(shí)施例2，120(TC，6h TD處理后，回火2. 5h ;VC涂層表面形貌如圖l所示，表面平整，晶粒和粒徑分布都很均勻，孔隙為被KN03腐蝕C原子，且分布均勻。其界面形貌如圖2所示，涂層厚度均勻，致密度和連續(xù)性都很好，形成完整的表面覆蓋層，基材與涂層之間擴(kuò)散明顯，在涂層-基材的界面處有一狹窄的白亮帶，其組織為由基體向外延生長的平面晶，涂層_基體界面為冶金結(jié)合形式。 VC涂層表面能譜如圖3所示，主要是由V和C 二種元素組成，且V含量很高，大約是C元素的2倍，覆層為VC涂層，并存在Fe的雜質(zhì)元素，這表明發(fā)生Fe化學(xué)元素的遷移。
涂層結(jié)合界面上V、C、Si、Cr、Fe、Mo等元素分布如圖4如示，主要是由V、C和Fe組成，并有少量的Cr、Mo、Si等元素，其中V含量17. 46%， C含量45. 53%， Fe含量30. 66%，Cr含量5. 26% ，Mo含量0.63%， Si含量0. 46% 。由圖4化學(xué)元素的線能譜分布可見，在結(jié)合界面上V、 C、 Cr、 Fe、 Mo等元素發(fā)生了相互擴(kuò)散，且化學(xué)元素在涂層深度方向變化比較平緩，涂層與基材是良好的冶金結(jié)合。
權(quán)利要求
一種冷作模具鋼的表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900℃～1200℃，保溫時(shí)間設(shè)為6h～12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180℃～200℃低溫回火1.5h～2.5h。
2. 權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于上述冷作模具鋼指Crl2MoV鋼。
3. 權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于上述鹽浴由供釩劑FeV50、還原劑FeSi45及基鹽無水硼砂和活化劑NaF組成；各組分的質(zhì)量百分含量FeV50 :9 10%，F(xiàn)eSi45 :3 4%，無水硼砂85 86% ， NaF :2 3% 。
4. 權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化處理方法，其特征在于將模具鋼表面活化后以吊掛方式放入攪拌均勻的鹽浴中。
全文摘要
一種冷作模具鋼的表面強(qiáng)化處理方法，將冷作模具鋼表面活化后放入攪拌均勻的鹽浴中，保溫溫度為900℃～1200℃，保溫時(shí)間設(shè)為6h～12h，保溫后取出模具鋼直接油淬，再在180℃～200℃低溫回火1.5h～2.5h。本發(fā)明利用熱輻射(TD)技術(shù)在Cr12MoV冷作模具鋼表面制備了VC涂層，其組織為單一相VC，均勻致密；涂層與基體結(jié)合界面為冶金結(jié)合，有利于提高冷作模具疲勞壽命。
文檔編號(hào)C21D1/607GK101717844SQ200910264038
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者嚴(yán)越峰, 周朝政, 孔德軍, 張永康, 李健, 王文昌, 胡愛萍 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院