一种提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，利用粉末固体包埋渗在H13钢表面制备一层30～55μm的硼硅共渗层，其所用到的硼硅共渗剂由渗硼剂与渗硅剂按照成分配比8.5：1.5的比例配置。本发明专利技术通过硼硅共渗，在提升H13钢表面硬度和耐磨性的同时，依然保留H13钢芯部材料原本良好的塑韧性，从而提高H13钢综合力学性能，延长了H13热作模具钢的使用寿命；相较于单独的渗硼处理，本发明专利技术渗层表面气孔较少，渗层和基体过渡平缓，没有明显的鼓包和空洞，渗层结合强度更高，渗层质量更好，并且表层硬度提升更加显著。并且表层硬度提升更加显著。并且表层硬度提升更加显著。

【技术实现步骤摘要】
一种提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法


[0001]本专利技术属于钢材表面改性处理
，具体涉及一种用于提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法。

技术介绍

[0002]H13钢是应用最为广泛的一种模具钢，在冷作模具、热作模具和零部件制造中均有广泛的应用，其优异性能之一便是拥有较高的服役温度，相比于服役温度在400℃左右的普通低合金成分的模具钢，H13钢的服役温度接近600℃，适合作为铝等合金的热挤压模和压铸模；因此对H13钢的表面改性研究，提高H13钢的性能，对推动模具行业进步，乃至推进我国工业发展都具有重要的意义。
[0003]热作模具钢在使用时会受到磨损、热疲劳和热焊合等物理作用，同时还会受到冲蚀、应力腐蚀等联合影响；并且在熔炼和浇铸过程中的高温和摩擦也会使得模具钢的性能变差、寿命缩短；因此热作模具钢的硬度、耐磨耐蚀性都有一定的要求。而H13钢碳含量较低，经普通淬火、回火等工序后，其洛氏硬度只有55左右、耐磨性一般，故作为热作模具钢使用时寿命较短，因此需要对H13钢的力学性能加以提升。
[0004]据现有资料统计可知，模具钢的失效主要起源于表面，故从节约成本的角度考量，如何通过表面改性处理从而提升H13钢的综合力学性能，进而延长H13热作模具钢服役寿命，是目前一种有效可行且经济性较高的改进方向。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种化学热处理方法，用以提高H13钢的综合力学性能。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0007]一种提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法：通过硼硅共渗法在H13钢表面制备一层硼硅共渗层。
[0008]进一步地，所述硼硅共渗层厚度为30～55μm。
[0009]进一步地，所述硼硅共渗法为粉末固体包埋渗。
[0010]进一步地，所述硼硅共渗法中使用的硼硅共渗剂由渗硼剂与渗硅剂按照成分配比8.5：1.5的比例配置，其中渗硼剂由B4C、KBF4、SiC之间按照质量比为12：12：76的比例混合而成，而渗硅剂由SiO2构成。
[0011]进一步地，在制备所述硼硅共渗剂的过程中，将渗硼剂与渗硅剂混合后，先球磨7～9h，之后在60℃的恒温条件下干燥2h。
[0012]进一步地，所述粉末固体包埋渗包括如下步骤：
[0013]S1，H13钢置于坩埚内，且H13钢表面由硼硅共渗剂覆盖，坩埚外由耐火泥密封；
[0014]S2，以10℃/min的速度将坩埚加热至950℃并保温6h，之后冷却并取出H13钢；
[0015]S3，H13钢表面涂覆抗氧化涂料，之后加热并油淬，油淬后高温回火。
[0016]进一步地，所述S3中，抗氧化涂料反复涂覆3次，且每次涂覆后均在50℃恒温条件下干燥1h。
[0017]进一步地，所述S3中，加热方式为分级加热，依次为：加热至500℃时保温2h、加热至700℃时保温3h、加热至900℃时保温4h、最后加热至1040℃时保温30min。
[0018]进一步地，所述S3中，高温回火次数为2次，每次回火温度550℃并保温2h。
[0019]进一步地，在所述S1步骤之前，H13钢先依次进行调质处理和预处理，具体为：
[0020]调质处理：H13钢加热至1050℃并保温30min后水淬，之后再加热至550℃并保温30min后水淬；
[0021]预处理：利用清洁剂对H13钢超声清洗10min，之后依次使用80目、160目、280目、400目、600目和800目的水磨砂纸打磨钢材表面，最后放入无水乙醇中超声清洗15min。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023](1)本专利技术提供了一种针对H13钢的化学热处理方法，通过硼硅共渗法在H13钢表面制备一层硼硅共渗层，从而提升H13钢表面硬度和耐磨性，同时由于只是钢材表面改性处理，故处理后的H13钢芯部材料仍保有原本良好的塑韧性，因此本专利技术化学热处理方法有效提高了H13钢综合力学性能，延长了H13热作模具钢的使用寿命。
[0024](2)本专利技术提供的化学热处理方法所制备的硼硅共渗层，相较于单独的渗硼层，渗层表面气孔较少，渗层和基体过渡平缓，没有明显的鼓包和空洞，渗层的厚度也提升了近一倍，因而渗层结合强度更高，渗层质量更好。
[0025](3)相较于单独渗硼处理，利用本专利技术化学热处理方法对H13钢实施硼硅共渗后，渗层中Fe2B相分布更加均匀，使得渗层硬度有着更大的提升，从而拥有更高的耐磨性。
[0026](4)现有技术中为改善钢材表明性能，通常采用的是单独渗硼处理，而未曾有过硼硅共渗，因渗硅会导致出现较多的气孔，并且还会有排碳的不利影响，从而降低被处理钢材的质量；而本专利技术所提供的化学热处理方法，经试验证明，能够有效克服了上述技术问题，从而实现钢材性能的进一步提升。
附图说明
[0027]图1为经本专利技术硼硅共渗后H13钢渗层金相图；
[0028]图2为单独渗硼后H13钢渗层金相图；
[0029]图3为经本专利技术硼硅共渗后H13钢表面硬度分布图。
具体实施方式
[0030]下面详细描述本专利技术的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0031]一、处理方法
[0032]针对H13钢硬度与塑韧性匹配差，不耐常温和高温磨损等性能缺陷，本专利技术基于化学热处理方法，通过硼硅共渗在H13钢表面制备一层30～55μm厚的硼硅共渗层，从而在提高H13钢表面硬度和耐磨性的同时，依然保留其原始芯部材料良好的塑韧性，进而提高H13钢的综合力学性能，达到延长H13热作模具钢使用寿命的目的。具体实施步骤如下：
[0033]步骤1，钢材准备：
[0034]步骤1.1，调质处理：
[0035]将H13钢加热到1050℃并保温30min，之后水淬(以水作为淬火剂进行淬火)，接着再加热到550℃并保温30min，之后再次水淬。通过上述调质方法对H13钢进行细化晶粒处理，从而均匀H13钢的组织，为后续化学热处理做准备。
[0036]步骤1.2，预处理：
[0037]对调质后的H13钢进行预处理，首先用清洁剂超声清洗10min以去除H13钢的表面油污；清洗完成后分别使用80目、160目、280目、400目、600目和800目的水磨砂纸并依照从小到大的顺序对钢材表面进行打磨，以去除表面氧化皮；最后将打磨后的钢材放入无水乙醇中超声清洗15min。
[0038]为防止氧化，经上述调质及预处理后的H13钢可以选择保存在酒精中，以待后续处理时取用。
[0039]步骤2，渗剂准备：
[0040]步骤2.1，渗剂配制：
[0041]按照渗硼剂与渗硅剂之间成分配比为8.5：1.5的比例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于：通过硼硅共渗法在H13钢表面制备一层硼硅共渗层。2.根据权利要求1所述的提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于：所述硼硅共渗层厚度为30～55μm。3.根据权利要求1或2所述的提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于：所述硼硅共渗法为粉末固体包埋渗。4.根据权利要求3所述的提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于：所述硼硅共渗法中使用的硼硅共渗剂由渗硼剂与渗硅剂按照成分配比8.5：1.5的比例配置，其中渗硼剂由B4C、KBF4、SiC之间按照质量比为12：12：76的比例混合而成，而渗硅剂由SiO2构成。5.根据权利要求4所述的提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于：在制备所述硼硅共渗剂的过程中，将渗硼剂与渗硅剂混合后，先球磨7～9h，之后在60℃的恒温条件下干燥2h。6.根据权利要求3所述的提高H13钢综合力学性能的化学热处理方法，其特征在于，所述粉末固体包埋渗包括如下步骤：S1，H13钢置于坩埚内，且H13钢表面由硼硅共渗剂覆盖，坩埚外由耐火泥密封；S2，以10℃/min的速度将坩埚加热至950℃并保温6h，之后冷却并...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓农，刘凡，罗锐，刘天，丁恒楠，赵恩旭，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：