一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法。包括：a、将高铬冷作模具钢切割成试样；b、将步骤a中的试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至555～565℃，保温6.5～7.5h，在保温过程中，每间隔54～56min，施加电脉冲4～6min；所施加的电脉冲的频率为6～12Hz，电压为300～900V；d、在步骤c反应结束，将所述试样自渗氮罐取出，进行冷却。本发明专利技术的有益效果是：渗氮层厚度高，过渡区结合好，渗层不脱落，各项性能指标优异；达到了节约能源，缩短渗氮时间的目的，提高工艺效率。

An electrical pulse assisted nitriding method for high chromium cold working die steel

The invention discloses a treatment method for nitriding of high pulse cold working die steel assisted by electric pulse. Including: a, cutting the high chromium cold work die steel into a sample; b, placing the sample in step a in the middle of the nitriding tank, and filling the nitriding agent around the sample, sealing the nitriding tank; c, placing the nitriding tank in a heating furnace, heating to 555-565 C, holding 6.5-7.5 h, in the process of heat preservation, every 54-56 mi. N, applied electric pulse 4-6 min; applied electric pulse frequency 6-12 Hz, voltage 300-900 V; d, at the end of step C reaction, the sample is removed from the nitriding tank and cooled. The invention has the advantages of high thickness of nitriding layer, good combination of transition zone, no shedding of nitriding layer, excellent performance indexes, energy saving, shortening nitriding time and improving process efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法
本专利技术涉及金属加工领域，具体涉及一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法。
技术介绍
近年来，随着国内制造业的迅猛发展，模具行业有着广阔的发展前景，同时人们对模具材料使用性能也提出了更高的要求。Cr12MoV作为冷作模具钢，由于其具有较高的硬度和强度，适合制作形状复杂、工作条件繁重、承受重负荷的各种冷冲模具和工具。同时，由于其较高的耐磨性、淬透性、高的热稳定性、高的抗弯强度以及微变形等性能特点，在工业生产中得到了广泛的应用，成为国内外广泛使用的冷作模具钢之一。尽管Cr12MoV冷作模具钢耐磨性好、硬度和强度高，但其韧度较低，对热处理工艺与热加工工艺要求较高，容易造成模具的过早失效。研究结果表明，Cr12MoV钢经过表面固体渗氮处理后，其硬度和强度均得到显著提高，其耐磨性也有所提升。渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常用的渗氮方法有固体渗氮、液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、超声波冷锻技术渗氮、真空脉冲渗氮等。渗氮处理可以有效提高工件的表面硬度、耐磨性、耐疲劳强度以及耐蚀性，但传统的渗氮工艺存在周期长、氮化成本高、效率低等问题。中国专利201310672610.1中公开了一种利用提高奥氏体不锈钢的渗氮效果，其中，公开了电脉冲能够辅助提升渗氮的效率。但是，由于未能精确控制脉冲波形，致使其对电脉冲的利用效率不高，往往需要上千伏的脉冲电压。因此。一种既能有效利用电脉冲能量，又能增加渗氮层厚度的渗氮工艺，成为解决问题的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够有效利用电脉冲能量，增加渗氮层厚度的渗氮工艺的电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法，包括：a、将高铬冷作模具钢切割成试样；b、将步骤a中的试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至555～565℃，保温6.5～7.5h，在保温过程中，每间隔54～56min，施加电脉冲4～6min；所施加的电脉冲的频率为6～12Hz，电压为300～1200V；d、在步骤c反应结束，将所述试样自渗氮罐取出，进行冷却。优选的是，在步骤b中,所述渗氮剂由木炭、尿素和三氧化铬按照6:2.9～3.1:0.9～1.1的比例混合而成；其中，所述电脉冲装置输出的幅值与时间t之间存在如下的函数关系：式中，为平均电场强度，c为调整参数c＝1.06e-0.03t，l为a→b的距离，ω为放电的速率，t为作用的时间。优选的是，在所述步骤c中，将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至560～565℃。优选的是，在所述步骤c中，保温的时间为7h。优选的是，在所述步骤c中，所述在保温过程中，每间隔55min，施加电脉冲5min。优选的是，在所述步骤c中，施加的电脉冲的频率为12Hz。优选的是，在所述步骤c中，施加的电脉冲的电压为900V。优选的是，在所述步骤d中，冷却方式为油冷。本专利技术的有益效果是：1、采用本专利技术的波形函数，能够有效地利用电脉冲能量；2、渗氮层厚度高，过渡区结合好，渗层不脱落，各项性能指标优异；3、达到了节约能源，缩短渗氮时间的目的，提高工艺效率。附图说明图1是由对比例1制备试样的显微组织照片；图2是由对比例13制备试样的显微组织照片；图3是由对比例14制备试样的显微组织照片；图4是由对比例2制备试样的显微组织照片；图5是由对比例3制备试样的显微组织照片；图6是由对比例4制备试样的显微组织照片；图7是由实施例1制备试样的显微组织照片；图8是由对比例14和实施例1制备试样的试样表层XRD衍射图谱；图9是由实施例1和对比例14制备试样的试样过渡层XRD衍射图谱；图10是由实施例1制备的试样的渗氮工件渗层的扫描电镜形貌图；图11是由对比例14制备的试样的渗氮工件渗层的扫描电镜形貌图；图12是实施例1制备的试样渗氮层的氮元素分布图；图13是实施例1制备的试样渗氮层的铁元素分布图；图14是实施例1制备的试样渗氮层的铬元素分布图；图15是其他条件不变，电脉冲频率为0Hz的试样的金相显微组织图；图16是其他条件不变，电脉冲频率为3Hz的试样的金相显微组织图；图17是其他条件不变，电脉冲频率为6Hz的试样的金相显微组织图；图18是其他条件不变，电脉冲频率为9Hz的试样的金相显微组织图；图19是其他条件不变，电脉冲频率为12Hz的试样的金相显微组织图；图20是脉冲频率对渗氮层厚度影响变化曲线图；图21是经0Hz、经3Hz和9Hz处理后试样的表面至基体内部硬度示意图；图22是不同脉冲频率处理试样的磨损量示意图；图23是其他条件不变，电脉冲电压为300V的金相显微组织图；图24是其他条件不变，电脉冲电压为600V的金相显微组织图；图25是其他条件不变，电脉冲电压为900V的金相显微组织图；图26是其他条件不变，电脉冲每h处理时间为5min的金相显微组织图；图27是其他条件不变，电脉冲每h处理时间为10min的金相显微组织图；图28是其他条件不变，电脉冲每h处理时间为15min的金相显微组织图；图29是对实施例1制备的试样进行渗氮层组织元素含量能谱分析图；图30是对实施例1制备的试样进行基体组织元素含量能谱分析图。具体实施方式下面结合附图对专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。所述高铬冷作模具钢为Cr12MoV钢材。实施例1a、将高铬冷作模具钢处理成5mm*5mm*10mm的试样；b、在将步骤a中的试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；所述渗氮剂由木炭、尿素和三氧化铬按照6:3:1的比例混合而成。c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至560℃，保温7h，在保温过程中，每间隔55min，施加电脉冲5min；所施加的电脉冲的频率为9Hz，电压为900V；d、在步骤c反应结束，将所述试样自渗氮罐取出，进行油冷；其中，所述电脉冲装置输出的幅值U与时间t之间存在如下的函数关系：其中，所述电脉冲装置输出的幅值与时间t之间存在如下的函数关系：式中，为平均电场强度，c为调整参数c＝1.06e-0.03t，l为a→b的距离，ω为放电的速率，t为作用的时间。式中，E为平均电场强度，c为调整参数c＝1.06e-0.03t，l为电极间的距离，ω为放电的速率，t为作用的时间。实施例2a、将高铬冷作模具钢处理成4mm*4mm*8mm的试样；b、在将步骤a中的试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；所述渗氮剂由木炭、尿素和三氧化铬按照6:2.9:1.1的比例混合而成。c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至555℃，保温7.5h，在保温过程中，每间隔54min，施加电脉冲6min；所施加的电脉冲的频率为6Hz，电压为900V；d、在步骤c反应结束，将所述试样自渗氮罐取出，进行油冷；其中，所述电脉冲装置输出的幅值与时间t之间存在如下的函数关系：式中，为平均电场强度，c为调整参数c＝1.06e-0.03t，l为a→b的距离，ω为放电的速率，t为作用的时间。实施例3a、将高铬冷作模具钢处理成6mm*6mm*12mm的试样；b、在将步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法，包括：a、将高铬冷作模具钢切割成试样；b、将所述试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至555～565℃，保温6.5～7.5h，在保温过程中，每间隔54～56min，施加电脉冲4～6min；所施加的电脉冲的频率为6～12Hz，电压为300～900V；d、将所述试样自渗氮罐取出，进行冷却；其中，所述电脉冲装置输出的幅值与时间t之间存在如下的函数关系：

【技术特征摘要】
1.一种电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法，包括：a、将高铬冷作模具钢切割成试样；b、将所述试样置于渗氮罐的中部，并在所述试样四周填充渗氮剂，密封所述渗氮罐；c、将所述渗氮罐置于加热炉中，升温至555～565℃，保温6.5～7.5h，在保温过程中，每间隔54～56min，施加电脉冲4～6min；所施加的电脉冲的频率为6～12Hz，电压为300～900V；d、将所述试样自渗氮罐取出，进行冷却；其中，所述电脉冲装置输出的幅值与时间t之间存在如下的函数关系：式中，为平均电场强度，c为调整参数c＝1.06e-0.03t，l为a→b的距离，ω为放电的速率，t为作用的时间。2.根据权利要求1所述的电脉冲辅助高铬冷作模具钢渗氮的处理方法，其特征在于：在步骤b中，所述渗氮剂由木炭、尿素和三氧化铬按照6:2.9～3.1:0.9～1.1的比例混合而成。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵作福，訾薇，莫梓睿，霍宝阳，张晓盼，刘亮，齐锦刚，王冰，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21