用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，包括以下步骤：对模具进行预热处理、清理和机械加工；进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70‑75%、供铬剂：8‑12%、供铌剂：4‑6%、还原剂：3‑6%、活化剂：8‑10%；进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880‑910℃，保温时间2‑3.5h；第二阶段温度为930‑940℃，保温时间2‑3h；第三阶段温度为980‑1040℃，保温时间3‑4h；将模具取出后经过油淬后回火处理。本发明专利技术提出的用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，改善了覆层应力过渡不均的现象，提高了模具服役性能和使用寿命。

Preparation of gradient cladding for surface strengthening of blanking die

The invention discloses a preparation method of gradient coating for surface strengthening of blanking die, which includes the following steps: preheat treatment, cleaning and mechanical processing of die; salt bathing of TRD: salt bath formula according to mass percentage: anhydrous borax: 70 75%, chromium donor: 8 12%, niobium donor: 4 6%, reducing agent. 3 6%, activator: 8 10%; salt bath chromium-niobium co-infiltration treatment: the first stage temperature is 880 910 C, holding time is 2 3.5 h; the second stage temperature is 930 940 C, holding time is 2 3 h; the third stage temperature is 980 1040 C, holding time is 3 h; after removing the mould Tempering after oil quenching. The preparation method of gradient cladding used for surface strengthening of punching die improves the phenomenon of uneven stress transition of cladding layer, and improves the service performance and service life of the die.

【技术实现步骤摘要】
用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法
本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法。
技术介绍
随着精冲工艺的不断开拓与使用，特别是厚钢板的冲压加工以其高的生产率、优越的冲压件质量和丰厚的经济效益引起广泛的关注，它为切削加工提供的半精化毛坯，具有节省加工工时和耗能、降低成本、提高产品质量等多方面的综合效益。厚板冲裁与薄板相比，需要的冲裁力较大，表面磨损生热现象也较为严重，对于一些具有尖角、凸耳或折现交点的模具，冲裁时由于其接触应力远大于平均应力，甚至超过材料的许用压应力造成模具过早损坏。冲裁时，凸、凹模失效的主要形式是表面剥落和磨损，因此除了要求凸、凹模必须有足够的硬度和强度外，所选材料必须具有良好的耐磨性、优异的抗冲击韧性和一定的抗冷热疲劳能力。目前常见的模具表面热处理工艺方案有传统的渗碳、渗氮、碳氮共渗、PVD、CVD、电镀等，但是相比TRD（ThermalReactiveDiffusion）技术来说，其形成的表面覆层存在硬度不足（渗碳、渗氮、碳氮共渗）、结合强度欠佳（PVD）等问题，有些还会造成严重污染（电镀等）以及产生有毒产物。TRD盐浴制得的碳化物覆层有很高的硬度、强度、耐磨性和抗腐蚀性，张文杰等人专利技术了一种盐浴共渗剂（CN103103476B），克服了单渗铬和单渗铌存在的缺点，可在金属表面得到Cr3C2-NbC梯度覆层，但存在底层Cr3C2层厚度较薄（1-2μm），渗铌层厚度（8-9μm）与渗铬层厚度比偏大（约为4.5），导致覆层整体连续性不佳和相结构的分布不均，进而表现出覆层硬度的过渡不均匀，覆层截面硬度从基体-Cr3C2层-NbC层的变化为600HV-1400HV-3100HV，Cr3C2层与NbC层硬度差较大（△=1700HV），存在覆层应力过渡不均，容易出现覆层内裂纹和剥落、崩裂等问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，旨在改善覆层应力过渡不均的现象，提高模具服役性能和使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，包括以下步骤：对模具进行预热处理、清理和机械加工；进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70-75%、供铬剂：8-12%、供铌剂：4-6%、还原剂：3-6%、活化剂：8-10%，按上述配比，先将坩埚加热至820-850℃，逐步加入硼砂直至全部硼砂熔化，再加入供金属剂和活化剂充分搅拌至全部融化，加入还原剂至熔化形成盐浴，保温1-2h；进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880-910℃，保温时间2-3.5h；第二阶段温度为930-940℃，保温时间2-3h；第三阶段温度为980-1040℃，保温时间3-4h；将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力。优选地，所述将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力的步骤具体包括：将模具取出后直接油淬后，在260-270℃温度下回火保温2-3h空冷，再于170-180℃温度下保温2-3h空冷。优选地，所述对模具材料进行预热处理、清理和机械加工的步骤具体包括：根据不同模具钢的性能选择与之相适应的预热处理工艺；选用溶剂清除模具钢基体表面的油污后，对钢基体的工作层进行打磨抛光处理，并清除钢基体表面铁锈，最后用硝酸溶液处理以达到钢基体钝化的效果。优选地，进行盐浴铬铌共渗处理时，在保温过程中每间隔一段时间搅拌一次熔盐，保证熔盐的流动性。优选地，进行TRD盐浴配盐时，供铬剂：供铌剂=2:1。优选地，所述供铬剂为三氧化二铬。优选地，所述供铌剂为五氧化二铌。优选地，所述还原剂为Al粉或B4C。优选地，所述活化剂为NaF或稀土。本专利技术提出的用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，具有以下有益效果。（1）覆层通过化学反应沉积形成，覆层与基体之间的结合性很高，表面硬度达3000HV，能大幅提高模具材料的耐磨性和抗腐蚀性能等，可有效降低冲裁模具的磨损、崩刃等破坏现象的发生。（2）解决了单一渗铌覆层脆性较大，覆层在受到较大的冲击载荷时会出现崩裂的问题，提高了覆层的使用寿命；解决了渗铬层硬度略低（大约1400HV），耐磨性不足的问题。（3）根据扩散原理，优化盐浴配方的组分和温度工艺曲线，即对盐浴配方的供铬剂和供铌剂的比例增加了限制，增加930-940℃的中间温度段，保证了渗铬层至渗铌层的过渡，同时提升终段渗铌的温度区间至980-1040℃，所得覆层截面呈Cr3C2层-Cr-Nb共渗层-NbC层的三梯度结构，基体至表面的硬度梯度呈600HV-1400HV-2000HV-3000HV，中间铬-铌共渗层的存在改善了覆层结构，降低了碳化铌层和碳化铬层之间的硬度差和厚度比，覆层表面渗铌层厚度（7-8μm）与底层非渗铌层的厚度（3μm）比约为2.5，整个覆层硬度过渡更为平缓，最大程度的改善了覆层结构，覆层有着很高的冲击韧性、耐磨性、耐蚀性和热疲劳性能。附图说明图1为本专利技术用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法中步骤S10的细化流程示意图；图3为Cr12MoV钢经本专利技术工艺处理后的SEM截面形貌图；图4为Cr12MoV钢经铬铌共渗和单一渗铌的XRD图谱；图5为试样经过三种处理方法后的硬度曲线对比图；图6为未处理试样的截面热疲劳形貌对比；图7为经过共渗处理试样的截面热疲劳形貌对比。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。参照图1和图2，一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，包括以下步骤：步骤S10，对模具进行预热处理、清理和机械加工；步骤S20，进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70-75%、供铬剂：8-12%、供铌剂：4-6%、还原剂：3-6%、活化剂：8-10%，按上述配比，先将坩埚加热至820-850℃，逐步加入硼砂直至全部硼砂熔化，再加入供金属剂和活化剂充分搅拌至全部融化，最后，加入还原剂（依次少量加入）至熔化形成盐浴，保温1-2h；步骤S30，进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880-910℃，保温时间2-3.5h；第二阶段温度为930-940℃，保温时间2-3h；第三阶段温度为980-1040℃，保温时间3-4h；步骤S40，将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力。参照图2，步骤S10具体包括：S101，根据不同模具钢的性能选择与之相适应的预热处理工艺；S102，选用溶剂清除模具钢基体表面的油污后，对钢基体的工作层进行打磨抛光处理，并清除钢基体表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对模具进行预热处理、清理和机械加工；进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70‑75%、供铬剂：8‑12%、供铌剂：4‑6%、还原剂：3‑6%、活化剂：8‑10%，按上述配比，先将坩埚加热至820‑850℃，逐步加入硼砂直至全部硼砂熔化，再加入供金属剂和活化剂充分搅拌至全部融化，加入还原剂至熔化形成盐浴，保温1‑2h；进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880‑910℃，保温时间2‑3.5h；第二阶段温度为930‑940℃，保温时间2‑3h；第三阶段温度为980‑1040℃，保温时间3‑4h；将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力。

【技术特征摘要】
1.一种用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对模具进行预热处理、清理和机械加工；进行TRD盐浴配盐：盐浴配方按质量百分比为：无水硼砂：70-75%、供铬剂：8-12%、供铌剂：4-6%、还原剂：3-6%、活化剂：8-10%，按上述配比，先将坩埚加热至820-850℃，逐步加入硼砂直至全部硼砂熔化，再加入供金属剂和活化剂充分搅拌至全部融化，加入还原剂至熔化形成盐浴，保温1-2h；进行盐浴铬铌共渗处理：将模具浸入熔化的盐浴中，第一阶段温度为880-910℃，保温时间2-3.5h；第二阶段温度为930-940℃，保温时间2-3h；第三阶段温度为980-1040℃，保温时间3-4h；将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力。2.如权利要求1所述的用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法，其特征在于，所述将模具取出后经过油淬后回火处理以去除残余应力的步骤具体包括：将模具取出后直接油淬后，在260-270℃温度下回火保温2-3h空冷，再于170-180℃温度下保温2-3h空冷。3.如权利要求1所述的用于冲裁模表面强化的梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华君，牛龙飞，朱春东，高野，王洪福，刘维，甘康康，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42