钢制模具顶杆均匀平直的离子渗氮技术制造技术

本发明专利技术在于通过设置辅助阴极、采取合理的装炉方式和适当的处理温度及热分解氨气压等工艺参数，使模具顶杆渗氮达到均匀而有效硬化的同时，根据顶杆外径膨胀（变形）较小和外表层硬度分布存在较宽的高硬度平台的特点，把渗氮后的顶杆再精磨至规定外径尺寸而表面仍保持技术要求的高硬度，从而解决了此类顶杆大批量渗氮处理中表面硬度不均（或不足）和直线度大量超差的难题，使渗件合格率几乎达到１００％。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢制高档热挤压模具顶杆渗氮硬化的均匀性与直线度，确切地说，它是一种使4 Cr5 MoSiVl钢制模具顶杆达到均匀硬化、直线度不超差的离子渗氮处理同渗后再精磨的机加工相配合的技术。4 Cr 5 MoSivl钢制顶杆是近年来采用的一种高档热作模具之配套标准件，要求表面高硬度(HV=900～1100)耐磨、且杆部具有高的直线度(不直度≤0.02～0.03/100)。经检索可知；(司鹏程等，金属热处理，1993<1>；10-13)，为达到表面高硬度，顶杆一般要经过渗氮处理，而鉴于该钢富含Cr元素，其表面易形成阻碍渗氮的致密Cr2O3钝化膜，故往往选择能有效去钝且工艺周期较短的离子渗氮技术进行顶杆的表面硬化。但是据查，目前已知近400种规格的顶杆标准件，不论长短(100～900mm)粗细(半径1～16mm)，其轴径比(L/d)都很大(50～300)，致使离子渗氮时顶杆上下部容易出现较大温差，从而造成顶杆各处表面硬度不一、渗层厚薄、外观颜色和变形不均匀等缺陷，进而引起顶杆直线度严重超差且不易校正，如果装炉不合理，还会造成不同部位顶杆渗氮结果的不一致，因此成为顶杆离子渗氮处理中的一个技术难题。本专利技术正是一种旨在解决这一技术难题，能使钢制模具顶杆达到均匀硬化并保持平直的离子渗氮技术。本专利技术是通过下列步骤而实现的(1)使顶杆以适当间隔均匀散挂于吊盘式阴极各处，其外围以一定规格的裸铁丝网作为热屏蔽用辅助阴极，保证各处顶杆及其上下部达到均温，使表面硬度、渗层深度、杆部各处残余应力及径向变形趋向一致，从而减小顶杆轴向弯曲应力及由此产生的直线度偏差。(2)在上述装炉条件下，采用经试验确定的优化渗氮工艺处理，使顶杆表面硬度和渗层深度达到要求的技术指标(3)根据既定工艺参数下进行均匀而有效硬化的渗氮顶杆外径变形较小和外表层硬度分布存在较宽高硬度平台的特点，通过渗后把顶杆再精磨至外径尺寸符合技术要求的方法，既消除了顶杆变形造成的直线度超差，又使表面硬度保持在要求的高硬度范围内。本专利技术通过设置辅助阴极、采取合理的装炉方式和优化的离子渗氮工艺同渗后再精磨的机加工相配合的技术，可以圆满解决了此类顶杆大批量渗氮处理中表面硬度不均(或不足)和直线度大量超差的难题，使渗件合格率几乎达到100％。以下用附图说明图1、图2和图3并结合实施例进一步说明上述措施的技术细节及实施的效果。本专利技术的顶杆装炉方式按图1和图2所示技术装置进行。图1为吊盘式阴极俯视图。图2为顶杆装炉方式侧视示意图。图3为φ8×600顶杆渗氮后各分段径向硬度分布图。图中标号1为吊盘式阴极，其中标号2为通气孔，3是螺栓孔，通过螺栓4和吊钩5把各吊盘依次吊挂于井式渗氮炉原配的主吊挂阴极6之下，并经大螺栓7同电源负端连接。各顶杆8分别插入各层吊盘的孔洞9，靠顶杆帽头10散挂于吊盘各处。预制的孔洞9使各顶杆之间以30mm左右间距均匀吊挂，孔洞之大小按处理的顶杆外径预制。各吊盘之间距和吊盘设置层数，据顶杆长短和处理的件数而定。在吊盘的园周围以1mm粗细、15×15网孔的裸铁丝网上11，作为辅助阴极，起热屏蔽及均温作用。铁丝网11与井式渗氮炉的内壁12(同电源正端相连)保持100～150mm距离，而与炉底(同样与电源正端相连)相距须大于100mm。测温热电偶及套管13经测温孔14插至炉中部测温。图2中A表示第一层，B表示第二层。按上述装炉方式，在50KW井式离子渗氮炉中，采用本技术优选的工艺参数，即热分解氨气压340～360Pa、渗氮温度取475度-485度、渗氮时间5～7小时，对13种不同规格的顶杆(最小直径φ2.1×74、最大直径φ8×600)，分别进行9炉次的批量处理(最少400支，最多1200支)后，抽测各炉不同部位的顶杆上中下各处的表面硬度值HV5一般为927～1106，渗层深度在0.12～0.15之间。这证明采用本技术，可使顶杆达到均匀而有效的表面硬化，表面硬度几乎完全合格(HV5=900～1100)，渗层深度达到一般报导认为合理的水平(≥0.1mm)。对经同样工艺批量处理的直径φ4.5×150顶杆渗氮后外径膨胀量(mm)抽测结果如下装炉位置 第一层吊盘外侧 第三层吊盘外侧 第四层吊盘中部杆上部0.015 0.015 0.0220.018 0.006 0.0070.008 0.007 0.002杆中部0.005 0.004 0.0020.007 0.003 0.0090.002 0.006 0.006杆下部0.008 0.009 0.0060.008 0.007 0.0060.004 0.009 0.006由此可见顶杆外径变形小而均匀，除个别胀大达0.02mm外，一般仅0.005～0.009mm，因而不会引起明显的轴向弯曲，图3则是φ8×600顶杆渗氮后各分段径向硬度分布图，图中C表示顶杆调质后渗氮前的硬度，○表示第一段，△表示第二段，×表示第三段，可见径向硬度具有宽达0.08mm以上、HV5为1100左右的高硬度平台。这表明渗氮后的顶杆即使外径再磨削0.06～0.08mm，其表而仍处于HV5约等于1100的高硬度区内，因此可以按下列公式制定出既消除直线度超差又保持表面高硬度技术要求的精磨加工配合技术设顶杆标准外径d0，渗氮后外径胀大Δd0，径向高硬度平台宽度ΔdH，则渗氮前顶杆预加工的外径尺寸应为d=d0+ΔdN式中ΔdN=ΔdH/2+Δd0，为渗氮后顶杆外径再精磨的预留量，即磨削ΔdN后d=d0。由于ΔdH=0.06～0.08mm，而Δd0一般可取0.01mm左右，则ΔdN=0.04～0.05mm，即再精磨至d=d0时，顶杆表面仍在高硬度区域内。按上述公式实施结果证明，可以保证直线度不超差，而表面硬度也几乎完全合格。权利要求1.一种钢制模具顶杆均匀平直的离子渗氮技术，其特征在于它的实现步骤为(1)使顶杆以适当间隔均匀散挂于吊盘式阴极各处，其外围以一定规格的裸铁丝网作为热屏蔽用辅助阴极，保证各处顶杆及其上下部达到均温，使表面硬度、渗层深度、杆部各处残余应力及径向变形趋向一致，从而减小顶杆轴向弯曲应力及由此产生的直线度偏差；(2)在上述装炉条件下，采用经试验确定的优化渗氮工艺处理，使顶杆表面硬度和渗层深度达到要求的技术指标；(3)根据既定T艺参数下进行均匀而有效硬化的渗氮顶杆外径变形较小和外表层硬度分布存在较宽高硬度平台的特点，通过渗后把顶杆再精磨至外径尺寸符合技术要求的方法，既消除了顶杆变形造成的直线度超差，又使表面硬度保持在要求的高硬度范围内。2.根据权利要求1所述的钢制模具顶杆均匀平直的离子渗氮技术，其特征在于热分解氨气压340～360Pa，渗氮温度475度～485度，渗氮时间5～7小时。全文摘要本专利技术在于通过设置辅助阴极、采取合理的装炉方式和适当的处理温度及热分解氨气压等工艺参数,使模具顶杆渗氮达到均匀而有效硬化的同时,根据顶杆外径膨胀(变形)较小和外表层硬度分布存在较宽的高硬度平台的特点,把渗氮后的顶杆再精磨至规定外径尺寸而表面仍保持技术要求的高硬度,从而解决了此类顶杆大批量渗氮处理中表面硬度不均(或不足)和直线度大量超差的难题,使渗件合格率几乎达到100%。文档编号C23C8/26GK12087本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢制模具顶杆均匀平直的离子渗氮技术，其特征在于它的实现步骤为：（１）使顶杆以适当间隔均匀散挂于吊盘式阴极各处，其外围以一定规格的裸铁丝网作为热屏蔽用辅助阴极，保证各处顶杆及其上下部达到均温，使表面硬度、渗层深度、杆部各处残余应力及径 向变形趋向一致，从而减小顶杆轴向弯曲应力及由此产生的直线度偏差；（２）在上述装炉条件下，采用经试验确定的优化渗氮工艺处理，使顶杆表面硬度和渗层深度达到要求的技术指标；（３）根据既定工艺参数下进行均匀而有效硬化的渗氮顶杆外径变形较小和 外表层硬度分布存在较宽高硬度平台的特点，通过渗后把顶杆再精磨至外径尺寸符合技术要求的方法，既消除了顶杆变形造成的直线度超差，又使表面硬度保持在要求的高硬度范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓光华，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]