CN108315689B - 一种td处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及TD法处理工艺领域，尤其是指一种TD处理工艺，其包括以下步骤：1、对工件进行理化分析；2、对工件进行清洗；3、对工件进行研磨；4、对工件进行预热处理；5、对工件进行气体TD处理；6、控制反应时间；7、淬火处理；8、回火处理；9、抛光处理；10、检测和公差调整；解决了传统采用硼砂盐浴TD覆层带来的工件粘盐严重，对带孔或带槽的工件清洗困难，而且还会严重腐蚀坩埚的问题。而且TD处理装置自动化程度高，降低了劳动强度，渗层均匀，环境污染少。
Description
技术领域
本发明涉及TD法处理工艺领域，尤其是指一种TD处理工艺。
背景技术
TD模具表面超硬化处理技术，采用金属碳化物扩散覆层TD(Thermal DiffusionCarbide Coating Process)原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛等的金属碳化层。传统的是采用硼砂盐浴进行TD覆层处理，但硼砂盐浴流动性差，工件粘盐严重，对带孔或带槽的工件清洗困难，而且还会严重腐蚀坩埚，造成工人劳动强度大，渗层不均匀，污染环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种TD处理工艺，其采用气体TD法，解决了传统采用硼砂盐浴TD覆层带来的工件粘盐严重，对带孔或带槽的工件清洗困难，而且还会严重腐蚀坩埚的问题。而且TD处理装置自动化程度高，降低了劳动强度，渗层均匀，环境污染少。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种TD处理工艺，其包括以下步骤：
步骤(1)：对需要进行TD处理的工件进行理化分析，确定工件的物质成分和性能；
步骤(2)：对工件进行清洗，将工件表面的杂质清洗干净；
步骤(3)：对工件进行研磨，使工件表面粗糙度≤Ra0.04μm；
步骤(4)：对工件进行预热处理，预热后将工件输送到TD处理装置的第一工作腔内进行气体TD处理；
步骤(5)：采用真空发生装置对第一工作腔进行抽真空处理；同时采用加热装置对第一工作腔内加热；同时采用第一风机吹风使第一工作腔内的温度均匀；
步骤(6)：第一工作腔内的压强达到设定值后，采用第一输气装置向第一工作腔内注入惰性气体；
步骤(7)：采用真空发生装置对第一工作腔进行抽真空处理，第一工作腔内的温度和压强达到设定值后，采用第二输气装置向第一工作腔内注入渗钒载体气体；
步骤(8)：渗钒载体气体与工件反应，在工件表面形成碳化钒层；根据工件的需要，控制渗钒载体气体与工件的反应时间；
步骤(9)：将渗钒后的工件输送到淬火装置进行淬火处理；
步骤(10)：将淬火后的工件输送到回火炉进行回火处理；
步骤(11)：对回火后的工件进行抛光处理；
步骤(12)：对工件进行检测和公差调整。
进一步地，所述TD处理装置包括用于对工件进行TD处理的反应装置，用于对TD处理后的工件进行淬火处理的淬火装置；反应装置包括所述第一工作腔，所述第一工作腔与所述真空发生装置连通，所述第一输气装置与所述第一工作腔连通，所述第二输气装置与所述第一工作腔连通，所述第一工作腔连通有用于将第一工作腔内的气体排出的排气装置。
进一步地，所述反应装置还包括设置于第一工作腔内的导流罩，导流罩的外表面贴设于第一工作腔的侧壁；
所述导流罩包括内壁、外壁及设置于内壁与外壁之间的中空层；外壁贴设于第一工作腔的侧壁，内壁围设形成第三工作腔；导流罩开设有若干个通孔，通孔连通中空层和第三工作腔。
进一步地，所述中空层设置有第一风机及用于驱动第一风机转动的第一电机。
进一步地，所述加热装置包括设置于导流罩的加热层，加热层位于导流罩外表面与第一工作腔的侧壁之间。
进一步地，所述反应装置还包括设置于加热层外表面的保温层，保温层位于加热层与第一工作腔的侧壁之间。
进一步地，所述淬火装置包括第二工作腔，设置于第二工作腔内的送料机构；所述送料机构将第二工作腔分隔成气冷室和油冷室；所述油冷室位于气冷室下方；
所述气冷室内设置有用于对TD处理后的工件进行风冷淬火处理的第二风机及用于驱动第二风机转动的第二电机；
所述油冷室内设置有搅拌装置和加热器；所述搅拌装置与加热器彼此间隔设置。
进一步地，所述送料机构包括水平传输机构和垂直传输机构；
所述水平传输机构包括送料叉车及用于驱动送料叉车移动的第一驱动组件；
所述垂直传输机构包括用于驱动水平传输机构移动的伸缩杆，用于驱动伸缩杆伸缩的第二驱动组件。
进一步地，所述步骤(7)的渗钒载体气体包括VCl4和H2；VCl4和H2的流量比为1L/H：2.5L/H。
进一步地，所述步骤(7)的第一工作腔内的压强为10pa至0.126Mpa，温度为1000℃至1200℃。
本发明的有益效果：其采用气体TD法，将金属工件放进TD处理装置里面，并向TD处理装置内注入含钒渗剂原子或含铌渗剂原子的气体介质，调节TD处理装置的反应条件，使含钒渗剂原子或含铌渗剂原子在金属工件表面覆层。解决了传统采用硼砂盐浴TD覆层带来的工件粘盐严重，对带孔或带槽的工件清洗困难，而且还会严重腐蚀坩埚的问题。而且TD处理装置自动化程度高，降低了劳动强度，渗层均匀，环境污染少。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：
反应装置1，淬火装置2，真空发生装置3，第一输气装置4，第二输气装置5，排气装置6，第一工作腔10，导流罩11，加热装置12，加热层121，保温层13，第一风机14，第一电机15，第二工作腔20，锁紧门21，气缸22，送料机构23，气冷室24，油冷室25，惰性气体罐41，第一抽气装置42，金属载体气体罐51，第二抽气装置52，集气罐61，第三抽气装置62，内壁111，外壁112，中空层113，第三工作腔114，通孔115，水平传输机构231，垂直传输机构232，送料叉车233，第一驱动组件234，伸缩杆235，第二驱动组件236，第二风机241，第二电机242，搅拌装置251，加热器252。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
TD处理是指采用金属碳化物扩散覆层TD(Thermal Diffusion Carbide CoatingProcess)原理，是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，扩散在工件表面而形成一层几微米至二十余微米的钒、铌、铬、钛等的金属碳化层。
如图1所示，本发明的一种TD处理工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：对需要进行TD处理的工件进行理化分析，确定工件的物质成分和性能，为后续的TD处理调节其需要的反应条件和选择哪种淬火方式作好准备；
步骤(2)：对工件进行清洗，将工件表面的杂质清洗干净，防止TD后的工件的碳化钒层脱落；
步骤(3)：对工件进行研磨，使工件表面粗糙度≤Ra0.04μm，一方面是研磨掉工件表面的氧化膜使渗钒载体气体与工件反应更充分，另一方面是碳化钒层能均匀地分布在工件表面以确保工件表面的质量；
步骤(4)：对工件进行预热处理，预热后将工件输送到TD处理装置的第一工作腔10内进行气体TD处理，对工件进行预热处理是为了防止工件进入TD处理装置时因温差变化大而造成热变形，为在工件表面形成优质的碳化钒层打下良好的基础；
步骤(5)：采用真空发生装置3对第一工作腔10进行抽真空处理；同时采用加热装置12对第一工作腔10内加热；同时采用第一风机14吹风使第一工作腔10内的温度均匀；TD处理在真空环境下进行，没有了空气中氧气的介入，使碳化钒层不会产生黑色组织，从而提高碳化钒层的性能；TD处理在高温下进行，增强了反应原子的活性，加快了反应原子的扩散速度，高效地在工件表面形成碳化钒层；在第一风机14和导流罩11的作用下，避免了在第一工作腔10内局部区域形成湍流，使工件表面形成均匀的碳化钒层；
步骤(6)：第一工作腔10内的压强达到设定值后，采用第一输气装置4向第一工作腔10内注入惰性气体；注入惰性气体是为了去除第一工作腔10内的氧气，确保工件在无氧的状态下进行TD处理，没有了空气中氧气的介入，使碳化钒层不会产生黑色组织，从而提高碳化钒层的性能；具体的，惰性气体为氮气；
步骤(7)：采用真空发生装置3对第一工作腔10进行抽真空处理，第一工作腔10内温度和压强达到设定值后，采用第二输气装置5向第一工作腔10内注入渗钒载体气体；渗钒载体气体包括VCl4和H2，渗钒载体气体与工件反应的化学式如下：(1)VCL4+2H2＝V+4HCL；(2)VCL4+2Fe＝V+2FeCL2；这两种反应在第一工作腔10内同时进行，第一个反应是VCL4与H2反应，产生的V原子覆盖在工件的表面形成碳化钒层；第二个反应是VCL4与工件的Fe发生置换反应，V原子在工件表面形成碳化钒层。这两种化学反应同时进行，加快了在工件表面形成碳化钒层的效率。
步骤(8)：渗钒载体气体与工件反应，在工件表面形成碳化钒层；根据工件的需要，控制渗钒载体气体与工件的反应时间；碳化钒层在工件的沉积速率为0.8-2μm/min，根据需要在工件表面镀碳化钒层的厚度，控制渗钒载体气体与工件的反应时间，沉积速率与第一工作腔内的温度和压强成正比关系；
步骤(9)：将渗钒后的工件输送到淬火装置2进行淬火处理；淬火装置2设有气冷室24和油冷室25，根据步骤(1)的理化分析结果决定渗钒后的工件是进行风冷淬火还是油冷淬火，从而提高工件的硬度和耐磨性；
步骤(10)：将淬火后的工件输送到回火炉进行回火处理，提高工件的硬度；
步骤(11)：对回火后的工件进行抛光处理，去除HCL液滴，而且使工件表面光亮和平整；
步骤(12)：对工件进行检测和公差调整，满足客户的要求，然后交付给客户。
本发明的TD处理工艺，其采用气体TD法，将金属工件放进TD处理装置里面，并向TD处理装置内注入含钒渗剂原子或含铌渗剂原子的气体介质，然后调节TD处理装置的反应条件，使含钒渗剂原子或含铌渗剂原子在金属工件表面覆层。解决了传统采用硼砂盐浴TD覆层带来的工件粘盐严重，对带孔或带槽的工件清洗困难，严重腐蚀坩埚的问题。而且TD处理装置自动化程度高，降低了劳动强度，渗层均匀，环境污染少。
如图1所示，本实施例中，所述TD处理装置包括用于对工件进行TD处理的反应装置1，用于对TD处理后的工件进行淬火处理的淬火装置2；反应装置1包括所述第一工作腔10，所述第一工作腔10与所述真空发生装置3连通，所述第一输气装置4与所述第一工作腔10连通，所述第二输气装置5与所述第一工作腔10连通，所述第一工作腔10连通有用于将第一工作腔10内的气体排出的排气装置6。
实际工作时，送料机构23将工件送进第一工作腔10的料台，然后关闭锁紧门21，此时的第一工作腔10形成一个密闭的空间。真空发生装置3工作，对第一工作腔10进行抽真空处理，当第一工作腔10内的压强达到设定值时，真空发生装置3停止工作。然后第一输气装置4工作向第一工作腔10充入惰性气体，同时加热装置12对第一工作腔10进行加热。当压强和温度达到设定值时，第二输气装置5工作，向第一工作腔10充入含有金属原子的载体气体，在高温高压的环境下，金属原子与工件发生化学反应，在工件表面形成碳化金属层。TD处理完成后，排气装置6工作，将第一工作腔10内的反应气体排到集气罐61里面。排气完成后锁紧门21打开，送料机构23将TD处理后的工件取出来送到淬火装置2进行淬火处理。真空发生装置3、第一输气装置4、第二输气装置5及排气装置6均与PLC电连接，通过PLC实现自动化控制。
具体的，所述第一输气装置4包括设置于第一工作腔10外的惰性气体罐41，连通惰性气体罐41与第一工作腔10的第一抽气装置42；所述第二输气装置5包括设置于第一工作腔10外的金属载体气体罐51，连通金属载体气体罐51与第一工作腔10的第二抽气装置52；所述排气装置6包括设置于第一工作腔10外的集气罐61，连通集气罐61与第一工作腔10的第三抽气装置62。
实际工作时，当需要向第一工作腔10充入惰性气体时，第一抽气装置42工作，将惰性气体罐41的惰性气体经由导管充入第一工作腔10内。当需要向第一工作腔10充入含有金属原子的载体气体时，第二抽气装置52工作，将金属载体气体罐51的含有金属原子的载体气体经由导管充入第一工作腔10内。当需要对第一工作腔10内的气体进行排气时，第三抽气装置62工作，将第一工作腔10内的气体输送到集气罐61。所述第一输气装置4、第二输气装置5及排气装置6结构简单，制造成本及维修成本低。
具体的，所述第二工作腔20内设置有用于封闭第一工作腔10的入料口的锁紧门21及用于驱动锁紧门21启闭的气缸22。
实际工作时，当送料机构23向第一工作腔10送料或取料时，气缸22驱动锁紧门21打开；当对工件进行TD处理时，气缸22将会锁紧锁紧门21。采用了气缸22作为驱动装置，不仅工作原理简单，而且锁紧力很大。
如图1所示，本实施例中，所述反应装置1还包括设置于第一工作腔10内的导流罩11，导流罩11的外表面贴设于第一工作腔10的侧壁。所述导流罩11包括内壁111、外壁112及设置于内壁111与外壁112之间的中空层113；外壁112贴设于第一工作腔10的侧壁，内壁111围设形成第三工作腔114；导流罩11开设有若干个通孔115，通孔115连通中空层113和第三工作腔114。所述中空层113设置有第一风机14及用于驱动第一风机14转动的第一电机15。
在对工件进行TD处理时，导流罩11对反应气体进行导流，使反应气体均匀地吹向工件，避免在第一工作腔10内局部区域形成湍流，从而使工件表面形成均匀的碳化金属层。而且导流罩11起到一定的保温作用。具体的，工件被放到第三工作腔114，第一电机15驱动第一风机14转动，第一风机14产生的风经中空层113和通孔115均匀地吹向工件，反应气体也随着这个风向均匀地吹向工件，从而使工件表面形成均匀的碳化金属层，外壁112导热性能差，对导流罩11内起到一定的保温作用。
如图1所示，本实施例中，所述加热装置12包括设置于导流罩11的加热层121，加热层121位于导流罩11外表面与第一工作腔10的侧壁之间。
在对工件进行TD处理时，通过加热层121升高导流罩11内的温度，满足对工件进行TD处理的条件。所述加热层121与PLC电连接，通过PLC控制加热层121调节第一工作腔10内的温度。
如图1所示，本实施例中，所述反应装置1还包括设置于加热层121外表面的保温层13，保温层13位于加热层121与第一工作腔10的侧壁之间。
在加热层121外表面设置有保温层13，对第一工作腔10起到很好的保温作用，减少加热层121再次工作的次数，节约资源，降低成本。
如图1所示，本实施例中，所述淬火装置2包括第二工作腔20，设置于第二工作腔20内的送料机构23；所述送料机构23将第二工作腔20分隔成气冷室24和油冷室25；所述油冷室25位于气冷室24下方；所述气冷室24内设置有用于对TD处理后的工件进行风冷淬火处理的第二风机241及用于驱动第二风机241转动的第二电机242；所述油冷室25设置有搅拌装置251和加热器252；所述搅拌装置251与加热器252彼此间隔设置。
所述送料机构23包括水平传输机构231和垂直传输机构232；所述水平传输机构231包括送料叉车233及用于驱动送料叉车233移动的第一驱动组件234；所述垂直传输机构232包括用于驱动水平传输机构231移动的伸缩杆235，用于驱动伸缩杆235伸缩的第二驱动组件236。
对工件TD处理后，送料机构23将工件取出并送到第二工作腔20，根据工件的材料的不同选择是在气冷室24进行风冷淬火还是在油冷室25进行油冷淬火。具体的，当工件需要风冷淬火时，第一驱动组件234工作，驱动送料叉车233向前移动，到达工件下端后，第一驱动组件234停止工作，然后第二驱动组件236工作，驱动伸缩杆235往上升一定距离，此时送料叉车233就会把工件抬起。然后第一驱动组件234再次工作，驱动送料叉车233往后移动，将工件带到气冷室24，这时第二电机242工作，转动第二风机241，第二风机241产生的风对工件进行风冷淬火。
当工件需要油冷淬火时，第一驱动组件234工作，驱动送料叉车233向前移动，到达工件下端后，第一驱动组件234停止工作，然后第二驱动组件236工作，驱动伸缩杆235往上升一定距离，此时送料叉车233就会把工件抬起。然后第一驱动组件234再次工作，驱动送料叉车233往后移动，将工件带到气冷室24，然后第四电机工作，驱动伸缩杆235往下降，同时伸缩杆235带动与其连接的水平传输机构231整体往下降，直到工件完全浸没在油内进行油冷淬火。在工件进行油冷淬火之前，加热器252先对油冷室25内的油进行加热，使油的温度到达六十摄氏度至八十摄氏度，这样的油温对工件的淬火效果更好。同时在油冷室25内设置有搅拌装置251，使油冷室25内的油的温度均匀，使工件的淬火效果更好。
如图1所示，本实施例中，所述步骤(7)的渗钒载体气体包括VCl4和H2；VCl4和H2的流量比为1L/H：2.5L/H。渗钒载体气体与工件反应时，VCl4和H2的流量比为1L/H：2.5L/H，在这种流量比下渗钒载体气体与工件反应高效，减少在第一工作腔10内没有与工件反应的气体，减少浪费，降低成本。
如图1所示，本实施例中，所述步骤(7)的第一工作腔10内的压强为10pa至0.126Mpa，温度为1000℃至1200℃。
渗钒载体气体在10pa至0.126Mpa的压强下反应效果好，钒原子在工件表面的沉积速率快，金属扩散时间周期合理。若第一工作腔10内的压强低于10pa时，会使钒原子在工件表面富集度降低，延长金属热扩散的周期，造成成本增加；若第一工作腔10内的压强高于0.126Mpa时，会增加制造TD处理装置的成本。
渗钒载体气体在1000℃至1200℃的温度下反应效果好，碳化钒层厚度增加，能缩短渗钒载体气体与工件反应的时间，钒原子在工件表面的沉积速率快。若第一工作腔10内的温度低于1000℃时，渗钒载体气体与工件反应的周期长，钒原子在工件表面的沉积速率低，不利于工件大批量进行TD处理；若第一工作腔10内的温度高于1200℃时，会增加制造TD处理装置的成本，温度过高也会使第一工作腔10内的装置工作不稳定或损坏。
本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种TD处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：对需要进行TD处理的工件进行理化分析，确定工件的物质成分和性能；
步骤(2)：对工件进行清洗，将工件表面的杂质清洗干净；
步骤(3)：对工件进行研磨，使工件表面粗糙度≤Ra0.04μm；
步骤(4)：对工件进行预热处理，预热后将工件输送到TD处理装置的第一工作腔内进行气体TD处理；
步骤(5)：采用真空发生装置对第一工作腔进行抽真空处理；同时采用加热装置对第一工作腔内加热；同时采用第一风机吹风使第一工作腔内的温度均匀；
步骤(6)：第一工作腔内的压强达到设定值后，采用第一输气装置向第一工作腔内注入惰性气体；
步骤(7)：采用真空发生装置对第一工作腔进行抽真空处理，第一工作腔内的温度和压强达到设定值后，采用第二输气装置向第一工作腔内注入渗钒载体气体；
步骤(8)：渗钒载体气体与工件反应，在工件表面形成碳化钒层；根据工件的需要，控制渗钒载体气体与工件的反应时间；
步骤(9)：将渗钒后的工件输送到淬火装置进行淬火处理；
步骤(10)：将淬火后的工件输送到回火炉进行回火处理；
步骤(11)：对回火后的工件进行抛光处理；
步骤(12)：对工件进行检测和公差调整；
步骤(7)中所述渗钒载体气体包括VCl4和H2；VCl4和H2的流量比为1L/H：2.5L/H；
所述渗钒载体气体与工件反应的化学式如下：(1)VCl4+2H2＝V+4HCl；(2)VCl4+2Fe＝V+2FeCl2。
2.根据权利要求1所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述TD处理装置包括用于对工件进行TD处理的反应装置，用于对TD处理后的工件进行淬火处理的淬火装置；反应装置包括所述第一工作腔，所述第一工作腔与所述真空发生装置连通，所述第一输气装置与所述第一工作腔连通，所述第二输气装置与所述第一工作腔连通，所述第一工作腔连通有用于将第一工作腔内的气体排出的排气装置。
3.根据权利要求2所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述反应装置还包括设置于第一工作腔内的导流罩，导流罩的外表面贴设于第一工作腔的侧壁；
所述导流罩包括内壁、外壁及设置于内壁与外壁之间的中空层；外壁贴设于第一工作腔的侧壁，内壁围设形成第三工作腔；导流罩开设有若干个通孔，通孔连通中空层和第三工作腔。
4.根据权利要求3所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述中空层设置有第一风机及用于驱动第一风机转动的第一电机。
5.根据权利要求3所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述加热装置包括设置于导流罩的加热层，加热层位于导流罩外表面与第一工作腔的侧壁之间。
6.根据权利要求5所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述反应装置还包括设置于加热层外表面的保温层，保温层位于加热层与第一工作腔的侧壁之间。
7.根据权利要求2所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述淬火装置包括第二工作腔，设置于第二工作腔内的送料机构；所述送料机构将第二工作腔分隔成气冷室和油冷室；所述油冷室位于气冷室下方；
所述气冷室内设置有用于对TD处理后的工件进行风冷淬火处理的第二风机及用于驱动第二风机转动的第二电机；
所述油冷室内设置有搅拌装置和加热器；所述搅拌装置与加热器彼此间隔设置。
8.根据权利要求7所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述送料机构包括水平传输机构和垂直传输机构；
所述水平传输机构包括送料叉车及用于驱动送料叉车移动的第一驱动组件；
所述垂直传输机构包括用于驱动水平传输机构移动的伸缩杆，用于驱动伸缩杆伸缩的第二驱动组件。
9.根据权利要求1所述的一种TD处理工艺，其特征在于：所述步骤(7)的第一工作腔内的压强为10pa至0.126Mpa，温度为1000℃至1200℃。
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