一种H13模具钢刀具的复合热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种H13模具钢刀具的复合处理工艺，属于热处理领域。第一，刀具的碳硼+稀土共渗。它包括以下步骤：A、下料锻打辗环；B、球化退火；C、按图机械加工至相关尺寸要求；D、在真空渗碳炉内将刀具分别在680℃和820℃两段升温保温，排气完成后，加热到950℃，开始炉中进行碳硼共渗，并同时添加0.4％的稀土元素，强渗3.5小时后，扩散1小时，炉温继续加热到1030℃保温30分钟后淬火，在560℃回火两次，即按标准工艺执行，表面硬度达到60HRC以上；第二；刀具的氧氮硫+稀土表面处理：刀具在渗碳淬火回火或真空淬火回火后，清洗净化表面，进行氧氮硫+稀土共渗。目的是进一步提高H13模具钢刀具的表面硬度和使用耐磨性和耐腐蚀性。

Composite heat treatment process for H13 die steel

The invention discloses a composite processing technology of H13 die steel, which belongs to the field of heat treatment. First, carbon boron + rare earth penetration. It includes the following steps: A, material B, forging ring rolling; spheroidizing annealing; C, according to the drawing machining to size requirements; D, in a vacuum furnace heating insulation tool respectively at 680 degrees and 820 degrees in two, after the completion of the exhaust, heated to 950 DEG C, to carry out carbon boronized furnace, and at the same time, the addition of rare earth elements 0.4%, strong infiltration after 3.5 hours, 1 hours to spread, the temperature is heated to 1030 DEG C, thermal quenching after 30 minutes, 560 degrees in the tempering of two times, according to the standard process, the surface hardness more than 60HRC; second; cutting oxygen nitrogen and sulfur and rare earth surface treatment: tool in carburizing quenching and tempering after quenching and tempering or vacuum cleaning, surface oxygen, nitrogen and sulfur + re boronizing. The aim is to further improve the surface hardness and wear resistance and corrosion resistance of H13 die steel.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉热处理领域，尤其涉及一种H13模具钢的复合热处理工艺。
技术介绍
盾构机施工具有机械化程度高、施工速度快、安全性高等优点，被广泛应用于地铁、铁路、水电等重大工程的隧道掘进。盾构机在全断面硬岩施工或者上软下硬复合地层施工时，多采用盘形滚刀，工作时盘形滚刀刀圈在盾构机推力下压入岩体使岩石破碎。盘形滚刀作为破岩工具，不仅承受很大的径向破岩力，同时又受到岩石硬矿物相的剧烈磨损。因此滚刀质量直接影响盾构机的掘进速度，是隧道掘进最大的消耗件之一。滚刀的工作刃，即刀圈，在工作中受到的摩擦力、剪切力和冲击力相当大，刀圈的损坏方式主要有过早磨损、崩刃、断裂。目前刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13，但这些刀圈在硬岩和上软下硬岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。掘进硬岩和上软下硬岩层要求刀圈具备较好的韧性，以抵抗岩石的冲击，并尽可能提高材料本身的硬度，延长使用寿命。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性，如刀圈整体硬度达到HRC59以上时，在掘进硬岩时刀圈会产生整体断裂、崩裂现象，而硬度低于HRC55，则刀圈不耐磨。中国专利技术专利，公开号：103572022A，授权公日号：2014年2月12日，该专利技术公开了一种H13型钢的热处理方法。该方法包括如下操作步骤：步骤一，将采用径锻机锻造后的锻件钢材以10-200℃/min的冷却速度冷却至300℃以下，其中所述径锻机的停锻温度为900-950℃；步骤二，将经步骤一处理的锻件钢材在830～880℃条件下保温后再降温至700-760℃进行二级等温球化后冷却，所述二级等温球化是指先低温度球化然后升温进行高温度球化。采用该专利技术的方法对H13型钢进行热处理提高了锻件材组织的一次检验合格率；产品检验达到北美压铸协会模具材料标准NADCA207#中A4以上水平；生产周期缩短20小时以上；劳动成本及煤气消耗成本有了明显的降低。其不足之处在于，虽然通过该处理方法，可以提高锻件材组织的一次检验合格率，但是对H13钢的耐磨性并没有作进一步提高。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术的H13模具钢的耐磨性差，硬度低的问题，本专利技术提供了一种H13型钢的热处理方法。它可以提高H13模具钢的耐磨性和硬度。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种H13模具钢的复合热处理工艺，包括以下步骤：A、下料锻打辗环；B、球化退火；C按图纸的设计要求，机械加工相关尺寸；D、稀土碳硼共渗复合热处理；E、氧氮硫+稀土表面处理；刀具在渗碳硼淬火回火或真空淬火回火后，清洗净化表面，进行氧氮硫+稀土共渗。优选地，所述的刀具是空心环状体，从外圆向中心呈梯形分布，外圆500mm，内孔280mm，高80mm。优选地，步骤C中机械加工刀具外形，并精加工至相应尺寸，内孔尺寸和端面留量0.2mm。优选地，步骤E中在井式气体渗氮炉内进行氧氮硫+稀土共渗。优选地，步骤C中，在真空炉内将刀具分别在680℃和820℃两段升温保温后，加热到950℃，开始炉中渗硼并同时添加0.4％的稀土元素，保温强渗碳硼3.5小时后，扩散1小时，炉温继续加热到1030℃保温30分钟后淬火，在560℃回火两次，即按标准工艺执行，硬度达到60HRC以上。优选地，步骤E中所用设备为离子氮化炉，稀土共渗中所用的共渗介质与用量：NH3氨气，400L/h；间断通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH与CS2的比例为2/1，混合气体流量为20L/h。优选地，步骤E中的稀土共渗中稀土含量为0.4％。优选地，步骤E中共渗炉压约2660Pa。优选地，热工参数为500±10℃，保温时间8h。优选地，共渗后炉冷至160℃出炉空冷，表面硬度958-1050HV，刀具寿命提高2-3倍，表面强度大，硬度高，耐磨耐疲劳，大大的提高刀具的使用价值，节约了成本，具有相当的经济效益。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术的一种H13模具钢的复合热处理工艺，共渗后炉冷至160℃出炉空冷，表面硬度958-1050HV，刀具寿命提高2-3倍，表面强度大硬度高，耐磨耐疲劳，大大的提高刀具的使用价值，节约了成本，具有相当的经济效益；(2)本专利技术的一种H13模具钢的复合热处理工艺，在真空炉内将刀具分别在680℃和820℃两段升温保温后，加热到950℃，开始炉中渗硼并同时添加0.4％的稀土元素，保温渗硼3.5小时后，炉温继续加热到1030℃保温30分钟后淬火，在560℃回火两次，即按标准工艺执行，硬度达到60HRC以上。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合实施例对本专利技术作详细描述。实施例1本实施例的一种H13模具钢的复合热处理工艺，针对的刀具是空心环状体，从外圆向中心呈梯形分布，外圆500mm，内孔280mm，高80mm，包括以下步骤：A、下料锻打辗环；B、球化退火；C、机械加工刀具外形，并精加工至相应尺寸，内孔尺寸和端面留量0.2mm；D、稀土渗硼复合热处理；在真空炉内将刀具分别在680℃和820℃两段升温保温后，加热到950℃，开始炉中渗碳硼并同时添加0.4％的稀土元素，保温强渗碳渗硼3.5小时后，扩散1小时，炉温继续加热到1030℃保温30分钟后淬火，在560℃回火两次，即按标准工艺执行，硬度达到60HRC以上；E、氧氮硫+稀土表面处理，刀具在真空热处理后，清洗净化表面，进行氧氮硫+稀土共渗，井式气体渗氮炉内进行氧氮硫+稀土共渗；所用设备为离子氮化炉，稀土共渗中所用的共渗介质与用量：NH3氨气，400L/h；间断通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH与CS2的比例为2/1，混合气体流量为20L/h，稀土共渗中稀土含量为0.4％，共渗炉压约2660Pa；热工参数为500±10℃，保温时间8h，共渗后炉冷至160℃出炉空冷，淬火后表面硬度958-1050HV，刀具寿命提高2-3倍，表面强度大硬度高，耐磨耐疲劳，大大的提高刀具的使用价值，节约了成本，具有相当的经济效益。实施例2本实施例的一种H13模具钢的复合热处理工艺，工艺准备：下料锻打辗环+球化退火+机械加工刀具外形精加工至尺寸，内孔尺寸、端面留量0.2mm；化学热处理工艺1名称：稀土渗碳硼复合热处理；工艺：渗碳炉或真空炉内刀具分别在680℃和820℃两段升温保温后，加热到950℃，开始炉中渗硼并同时添加0.4％的稀土元素，保温强渗碳硼3.5小时后，扩散1小时，炉温继续加热到1030℃保温30分钟后(1030℃保温后淬火，560℃回火两次，即按标准工艺执行)硬度58-60HRC。化学热处理工艺2名称：氧氮硫+稀土表面处理；工件渗碳处理或真空热处理后，清洗净化表面，井式气体渗氮炉内进行氧氮硫+稀土共渗；工艺安排：刀具共渗前处理：淬火+回火后硬度58-60HRC。设备：离子氮化炉；共渗介质与用量：NH3氨气400L/h；间断通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH与CS2的比例为2/1；混合气体，20L/h；稀土0.4％；共渗炉压约2660Pa；热工参数：500℃±10℃，保温时间8h，共渗后炉冷至160℃出炉空冷，表面硬度958-1050HV，刀具寿命提高2-3倍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种H13模具钢的复合热处理工艺，包括以下步骤：A、下料锻打辗环；B、球化退火；C、按图纸要求机械加工相关尺寸D、稀土+碳硼共渗复合热处理；E、氧氮硫+稀土表面处理；刀具在渗碳硼淬火回火或真空热处理后，清洗净化表面，进行氧氮硫+稀土共渗。

【技术特征摘要】
1.一种H13模具钢的复合热处理工艺，包括以下步骤：A、下料锻打辗环；B、球化退火；C、按图纸要求机械加工相关尺寸D、稀土+碳硼共渗复合热处理；E、氧氮硫+稀土表面处理；刀具在渗碳硼淬火回火或真空热处理后，清洗净化表面，进行氧氮硫+稀土共渗。2.根据权利要求1所述的一种H13模具钢的复合热处理工艺，其特征在于，适用于刀具产品多元化，形状多样化的复合处理。3.根据权利要求2所述的一种H13模具钢的复合热处理工艺，其特征在于，按设计要求机械加工至刀具的相应尺寸，或精加工至相应尺寸，可以在内孔尺寸和端面尺寸留量0.2mm。4.根据权利要求1所述的一种H13模具钢的复合热处理工艺，其特征在于，井式气体渗氮炉内进行氧氮硫+稀土共渗。5.根据权利要求1所述的一种H13模具钢的复合热处理工艺，其特征在于，在真空炉内将刀具分别在680℃和820℃两段升温保温后，加热到950℃，开始炉中碳硼共渗工艺。并同时添加0.4％的稀土元素，保温碳硼共渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：邰淼，韩文进，
申请(专利权)人：马鞍山市三江机械有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34