一种铝挤压模具及其表面强韧化处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种铝挤压模具及其表面强韧化处理工艺，目的是改善铝挤压模具表面强韧化性能。本发明专利技术采用“先渗N、后O-S-N多元共渗”的两段法工艺，使得到的共渗层中强化层、扩散层厚度均比等温法有不同程度的增加，确保共渗层与基体的结合性能更好，共渗层硬度梯度更为平缓，推迟渗层剥落时间，有效提高模具寿命；此外，在两段法工艺的基础上，本发明专利技术采用Ce/La稀土化合物催渗以及NH4Cl粉末进行洁净共渗处理，使扩散层的厚度和强度均得到有效提升，同时可得到含有Fe1－xS、Fe3O4相的减摩复相层，以及含有Fe2－3N、γ′-Fe4N等高硬度、强韧性相的强化层，使本发明专利技术的共渗层满足摩擦学要求的理想耐磨层条件。

【技术实现步骤摘要】
一种铝挤压模具及其表面强韧化处理工艺
本专利技术涉及模具
，具体说是一种铝挤压模具及其表面强韧化处理工艺。
技术介绍
国内外相关研究已表明，对铝挤压模具采用表面强韧化处理工艺是改善其使用性能、延长使用寿命最有效的方法之一，采用传统的气体氮化处理工艺，不仅其氮化处理工艺周期长，且氮化层质脆，在挤压过程中易剥落而造成铝合金型材表面划伤、壁厚尺寸超差等缺陷，为此，国内外相关研究已先后开发出物理气相沉积(PVD涂层)法、离子氮化、多元离子复合法、O-S-N多元共渗软氮化法等表面强韧化处理新工艺。目前我国铝挤压模具表面强韧化处理技术还比较落后，与国外先进水平相比尚有较大差距。由于近年来我国铝型材在建筑领域获得广泛应用的基础上，已不断拓展在工业领域的推广使用，而工业铝合金型材断面规格大、结构复杂等，对铝挤压模具表面强韧化性能提出了更高要求，急待进一步提高铝挤压模具表面强韧化处理工艺技术水平，因此，该方面的技术研究已引起相关业界的重视，正在加大投入开展铝挤压模具强韧化处理工艺技术研究。对比分析了目前国内外应用的气体氮化、液体氮化和通氨滴醇气体软氮化处理工艺研究成果发现，上述工艺均不同程度存在着渗层脆而疏松、硬度分布梯度陡而与基体结合性能差等方面的不足，其中离子氮化处理可以解决表面硬度和韧性的相对矛盾，但对于型孔比较复杂及窄孔模具是难以奏效的；物理气相沉积(PVD涂层)法和化学气相沉积(CVD涂层)法属于高温处理工艺，其处理温度都大于750°C，而铝挤压模具回火温度通常在580°C左右，采用PVD法或CVD法会严重破坏铝挤压模具的心部组织和性能，不适合做为铝挤压模具表面强韧化处 理工艺使用。因此，研究采用0-S-N、S-C-N、S-N-B等多元共渗处理工艺，已成了国内外相关业界提高铝挤压模具表面强韧化性能的主要研究方向。但现有的多元共渗处理工艺多存在着扩散层的厚度和固溶强化不够，以及易出现脉状晶等显微组织缺陷、共渗层硬度梯度分布陡等问题，使得其共渗强化层在挤压生产过程中易剥落，导致挤压模具报废等。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能显著改善铝挤压模具表面强韧化性能的铝挤压模具表面强韧化处理工艺，并进而提供了一种表面强韧化性能好的铝挤压模具。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为:一种铝挤压模具表面强韧化处理工艺，包括以下步骤:步骤1、将待处理的铝挤压模具置于530~560°C加热保温条件下，通氨气处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在22~30%，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；步骤2、将步骤I得到的铝挤压模具继续置于560~590°C加热保温条件下，通氨气和滴注混合液处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在28~36%，所述混合液由10~18重量份的硫脲、8~15重量份的Ce/La稀土化合物和500体积份的无水乙醇混合而成，所述重量份:体积份=g: ml，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；其中，所述金属表面洁净活化剂由0.8~1.3体积份的NH4Cl和6体积份的石英砂混合而成。本专利技术所述铝挤压模具，经上述表面强韧化处理后其工作带表面有共渗层，所述共渗层从外到内依次包括减摩复相层、强化层和扩散层，所述减摩复相层含有Fei — xS和Fe3O4相，所述强化层含有Fe2 — 3N和-Fe4N相，所述强化层的厚度为10~13 μ m,所述扩散层为氮在α-Fe中的固溶强化区，所述扩散层的厚度为150~180μπι。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果:1、采用“先渗N、后O-S-N多元 共渗”的两段法工艺，使其得到的共渗层中强化层(白亮层)、扩散层厚度均比等温法有了不同程度的增加，确保共渗层与基体的结合性能更好，从而获得较为理想的渗层厚度及显微硬度，所得到的共渗层硬度梯度比等温法平缓，推迟了渗层剥落时间，从而有效提高模具寿命；2、在两段法工艺的基础上，本专利技术采用Ce/La稀土化合物催渗以及NH4Cl粉末进行洁净共渗处理，提高了扩散层中的氮浓度，使扩散层的厚度和强度均得到有效提升，同时可得到含有Fe1-XS、Fe3O4相的减摩复相层，以及含有Fe2_3N、Y ' -Fe4N等高硬度、强韧性相的强化层(白亮层)，使本专利技术得到的共渗层能较好地满足摩擦学要求的理想耐磨层条件。【附图说明】图1所示为本专利技术实施例的工艺示意图。图2所示为本专利技术实施例的共渗层金相显微组织图。图3所示为本专利技术实施例的共渗层的X射线衍射图谱。图4所示为本专利技术实施例的共渗层显微硬度分布曲线。图5所示为断面型号为Y5329的模具断面示意图。图6所示为断面型号为Y5336的模具断面示意图。图7所示为断面型号为L8601的模具断面示意图。图8所示为断面型号为L8603的模具断面示意图。图9所示为断面型号为L8607的模具断面示意图。图10所示为断面型号为YS5054的模具断面示意图。【具体实施方式】为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本专利技术最关键的构思在于:采用“先渗N、后O-S-N多元共渗”的两段法工艺，并在两段法工艺的基础上，采用Ce/La稀土化合物催渗以及NH4Cl粉末进行洁净共渗处理。具体的，本专利技术的铝挤压模具表面强韧化处理工艺，包括以下步骤:步骤1、将待处理的铝挤压模具置于530~560°C加热保温条件下，通氨气处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在22~30%，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；步骤2、将步骤I得到的铝挤压模具继续置于560~590°C加热保温条件下，通氨气和滴注混合液处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在28~36%，所述混合液由10~18重量份的硫脲、8~15重量份的Ce/La稀土化合物和500体积份的无水乙醇混合而成，所述重量份:体积份=g: ml，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；其中，所述金属表面洁净活化剂由0.8~1.3体积份的NH4Cl和6体积份的石英砂混合而成。本专利技术的技术原理如下:1、前期只渗N(即步骤I)，以增大模具工作带表面活性氮原子的浓度梯度，强化氮原子不断由表面向内部的扩散，从而可增加扩散层的厚度和强度；后期再进行O-S-N多元共渗(即步骤2)，以获得表层为Fe1 — xS、Fe304的润滑薄层，可作为减摩复相层，有效阻止铝金属与模具工作带表面间的“咬合”，减少模具工作带的摩擦力，降低其摩擦磨损，避免或减少其渗层剥落；次表层为致密的Fe2_3N、Fe4N(Y'相)氮化物，具有强韧性兼备的硬化层(白亮层)，并有合理厚度的扩散层，确保共渗层与基体的结合性能更好，从而获得较为理想的渗层厚度及显微硬度。2、采用由NH4Cl和石英砂混合制成的金属表面洁净活化剂，使模具工作带表面在后续的加热过程中，可去除模具表面的钝化膜，使工件表面活性化和洁净化，促进了氮原子的扩散渗入，提高了扩散层中的氮浓度，也就是溶解了更多的氮原子使其微观应力显著增高，使得作为过渡层的扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝挤压模具表面强韧化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将待处理的铝挤压模具置于530～560℃加热保温条件下，通氨气处理3～4小时，氨气流量为0.10～0.30m3/h，氨分解率控制在22～30％，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；步骤2、将步骤1得到的铝挤压模具继续置于560～590℃加热保温条件下，通氨气和滴注混合液处理3～4小时，氨气流量为0.10～0.30m3/h，氨分解率控制在28～36％，所述混合液由10～18重量份的硫脲、8～15重量份的Ce/La稀土化合物和500体积份的无水乙醇混合而成，所述重量份∶体积份＝g∶ml，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理；其中，所述金属表面洁净活化剂由0.8～1.3体积份的NH4Cl和6体积份的石英砂混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种铝挤压模具表面强韧化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、将待处理的铝挤压模具置于530~560°C加热保温条件下，通氨气处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在22~30%，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理； 步骤2、将步骤I得到的铝挤压模具继续置于560~590°C加热保温条件下，通氨气和滴注混合液处理3~4小时，氨气流量为0.10~0.30m3/h，氨分解率控制在28~36%，所述混合液由10~18重量份的硫脲、8~15重量份的Ce/La稀土化合物和500体积份的无水乙醇混合而成，所述重量份:体积份=g: ml，处理过程中采用金属表面洁净活化剂对铝挤压模具工作带表面进行处理； 其中，所述金属表面洁净活化剂由0.8~1.3体积份的NH4Cl和6体积份的石英砂混合而成。2.根据权利要求1所述的铝挤压模具表面强韧化处理工艺，其特征在于:在步骤I中，所述铝挤压模具先经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：林光磊，徐捷雄，许剑银，雷登进，
申请(专利权)人：福建省南平铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35