一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法技术

本发明专利技术公开一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法，涉及高能束金属加工技术领域。具体包括以下步骤：步骤1：调质处理，将试块工件放于烘箱中，进行淬火与高温回火的双重热处理，其中淬火温度为850℃，高温回火温度为520℃，保温60min后空冷却至室温。步骤2：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用清洗溶剂对铣削后的工件进行清洗。步骤3：电子束处理，用电子束流对工件表面连续处理。步骤4：组织与性能测试，通过测量激光显微镜测得表面形貌，用电子显微镜观察内部组织，显微硬度计测量硬度与摩擦磨损试验检测其耐磨性。本发明专利技术公开的方法不仅能降低5CrNiMo热作模具钢表面粗糙度，还可提高试块的表面硬度等性能，在实际金属加工方面具有极好应用场景。属加工方面具有极好应用场景。属加工方面具有极好应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法


[0001]本专利技术属于热作模具钢高能束表面改性
，特别是涉及一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法。

技术介绍

[0002]5CrNiMo钢材是热作模具钢，具有高而均匀的硬度,韧性与耐磨性较好。用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件.适合制造各种形状复杂，冲击载荷大、工作温度不太高的大中型锤锻模及切边模。5CrNiMo钢在工作中易受到大的冲击载荷，传统热处理时在淬火阶段由于组织转换的不等时性等原因，工件截面各部分体积膨胀不均匀，产生组织应力和工件内外温差引起的热应力。当组织应力与热应力超出自身屈服极限时，工件内部变形，工艺性裂纹导致工件开裂，减少工件使用周期。
[0003]电子束表面改性技术作为新型的高能束处理材料表面技术，具有能量利用率高达90%、提升效果明显等优点，在实际生产中有广阔前景。因此，本专利提出一种电子束表面处理5CrNiMo热作模具钢的方法，即降低表面粗糙度的同时，还可提升表面硬度等性能，并将机理研究与实验结论应用于其他金属材料表面改性中，扩展高能束材料表面加工领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：本专利技术对5CrNiMo热作模具钢工件进行调质处理，调整内部组织，消除内部组织、热应力；再经过切割铣削，用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的试块进行清洗；最后通过电子束处理制作成成品。本专利技术采用的工艺不仅能降低表面粗糙度，还能提高5CrNiMo热作模具钢的表面硬度。即该方法在有效降低表面粗糙度的同时，可提升表面硬度，具有极好的实际应用场景。
[0005]为解决上诉技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法，包括诸多步骤。
[0006]步骤1：调质处理，将试块工件放于烘箱中，进行淬火与高温回火的双重热处理，其中淬火温度为850℃，高温回火温度为520℃。
[0007]步骤1结束后进行步骤2。
[0008]步骤2：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件进行清洗,去除表面油污与杂质。
[0009]步骤2结束后进行步骤3。
[0010]步骤3：电子束处理，将调质处理及清洗后的工件放置于电子束焊机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和焊接加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33
×
10^(
‑
3)Pa,加工室真空度为5
×
10^(
‑
2)Pa。设定电子束焊机控制桌面的参数，电子束流加速电压为60KV，电子束聚焦电流为390mA,电子束加工束流为3mA、4mA、5mA,电子枪移动速度为4 mm/s、5 mm/s、6mm/s,电子束束斑直径为4mm,电子束扫描直径为12mm。然后使用电子束对调质和清洗处理后的工件进行表面处理，得到成品。
[0011]步骤3结束后进行步骤4。
[0012]步骤4：组织与性能测试，利用普瑞赛司EVO18电子显微镜观测试块组织，利用HDX
‑
1000TM显微硬度计以0.98N载荷、10s加载时间下测量工件显微硬度;HSR
‑
2M摩擦磨损试验机在40N载荷下，往复长度为4mm,测试30min，测量工件耐磨性能。用FA1104N型电子天平测量试样的磨损失重量。
[0013]在本专利技术中，作为进一步说明，步骤1前需进行切割处理，采用数控铣床将5CrNiMo钢工件切割成40mm
×
40mm
×
40mm的试块，铣削过程中保持每个工件的进刀量一致、铣削速度相同，得到铣削后的试块。
[0014]在本专利技术中，作为进一步说明，步骤1所述的清洗溶剂成分主要为丙酮和无水乙醇。
[0015]在本专利技术中，作为进一步说明，步骤2所述的试块表面粗糙度Ra为2.115~2.415μm。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有诸多有益效果。
[0017]1.本专利技术采用调质处理与电子束相结合的技术方式，在提高试样表面力学性能如硬度、耐磨性等的同时，还有效降低了试样表面粗糙度。本专利技术先对工件进行淬火(850℃)与高温回火(520℃)的调质热处理，并保温60min后冷却至室温，可使5CrNiMo热作模具钢中Cr元素吸收热量储存动能，利于其在试块深度方向的渗透扩散；然后采用电子束处理方式，使5CrNiMo热作模具钢急剧加热，达到材料熔点，试块表面微熔，填补表面凸起，实现表面粗糙度的降低；急剧升温、骤冷过程使得试块表面快速硬化，实现试块表面硬度、耐磨性能的整体提升。
[0018]2.本专利技术在连续电子束处理5CrNiMo热作模具钢时，表面熔融区金属微熔流动，受重力及表面张力作用，凸起处熔融金属流动填补凹处，无去除降低表面粗糙度，达到抛光效果；由于基体冷却速度较大，通过快速升温、急速冷却的方式使得材料熔融层和热影响区域组织生长细化，表面硬度、耐磨性得到提升，类似于热处理淬火效果。试块基体则因受热温度较低，内部组织不变，材料内部仍具有的韧性。因此本专利技术在达到表面抛光的基础上，还可实现表面性能如硬度、耐磨性等整体提高。
[0019]3.本专利技术关于电子束处理5CrNiMo热作模具钢的过程是在真空加工室内进行，可保证加工过程环境无污染，避免5CrNiMo热作模具钢暴露于空气中发生氧化反应；同时能量传递介质为电子，具有能量转换高、作用效果好等特点。
[0020]4.本专利技术制备的5CrNiMo热作模具钢表面粗糙度为0.824μm，普通模具钢表面粗糙度为2.125μm，制备的5CrNiMo热作模具钢表面粗糙度是普通模具钢表面粗糙度的0.38倍。即经过本专利技术电子束方法处理后，5CrNiMo热作模具钢试块表面粗糙度得到显著降低，表面抛光效果得到提升。5CrNiMo热作模具钢基体显微硬度为367HV0.5，改性层显微硬度为845HV0.5，改性层硬度是基体硬度的2.3倍。即经过本专利技术电子束处理，5CrNiMo热作模具钢试块表面硬度得到显著提高。在40N载荷下，往复长度为4mm,测试60min，失重量仅为0.0003g,相较于未电子束处理的试块磨损重量0.005g有较大提升。
[0021]【附图说明】图1是本专利技术实施前的5CrNiMo热作模具钢的表面形貌图。
[0022]图2是本专利技术实施后得到的5CrNiMo热作模具钢的表面形貌图。
[0023]图3是本专利技术实施例1得到的5CrNiMo热作模具钢的截面显微组织。
[0024]图4是本专利技术实施例1得到的5CrNiMo热作模具钢的改性层显微组织。
[0025]【具体实施方式】以下是本专利技术的具体实施例，参照附图对本专利技术的方案作进一步的描述。
[0026]实施例1：一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法。
[0027]步骤1：调质处理，将试块工件放于烘箱中，进行淬火与高温回火的调质热处理，其中淬火温度为850℃，时长30min;高温回火温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束处理5CrNiMo热作模具钢的方法，其特征包括以下步骤：步骤1：调质处理，将试块工件放于烘箱中，进行淬火与高温回火的双重热处理，其中淬火温度为850℃，高温回火温度为520℃；步骤1结束后进行步骤2；步骤2：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件进行清洗,去除表面油污与杂质；步骤2结束后进行步骤3；步骤3：电子束处理，将调质处理及清洗后的工件放置于电子束焊机的加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和焊接加工室抽真空，使得电子枪室真空度为1.33
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3)Pa,加工室真空度为5
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2)Pa；设定电子束焊机控制台参数，电子束加速电压为60KV，电子束聚焦电流为390mA,电子束加工电流为3mA、4mA、5mA，电子枪移动速度为4mm/s、5mm/s、6mm/s，电子束斑直径为4mm,电子束扫描直径为12mm；然后使用电子束对工件进行表面处理，得到成品；步骤3结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣，郭金科，李新凯，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：