CN111893482A - 一种低碳钢模具复合强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳钢模具复合强化方法，属于金属表面工程领域，包括以下步骤：S1、清洗：采用工业酒精对低碳钢模具进行清洗，去除油污和表面杂质；S2、渗氮：将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；S3、激光合金化处理：通过光纤激光扫描同轴送粉将合金化粉末输送到出炉后的低碳钢模具表面，进行激光合金化处理，在低碳钢模具表面制得合金化层；S4、探伤：对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有缺陷；S5、磨削：对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1～0.3mm，得强化低碳钢模具，本发明能够解决传统渗氮工艺后表面硬度不均匀的问题，提高低碳钢模具的硬度和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低碳钢模具复合强化方法，属于金属表面工程领域。
背景技术
低碳钢通过表面渗氮、渗碳等工艺后，制得具有较高表面硬度和耐磨性的模具，在耐火砖加工领域、物理输送领域得到了广泛应用。但是经过表面渗氮的低碳钢模具用于制备耐火砖的挤压模具时，在使用过程中，由于制备耐火砖的原材料-镁铝土的硬度高易划伤模具，以及腐蚀、磨损等原因，往往导致使用较短时间的低碳钢模具表面即产生较严重的划痕磨、腐蚀、裂纹等损伤，进而影响耐火砖表面质量。如何进一步提高渗氮后低碳钢模具的表面耐磨性，进而提高低碳钢模具的使用寿命，成为影响企业成本的关键问题之一。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种低碳钢模具复合强化方法，能够解决传统渗氮工艺后表面硬度不均匀的问题，同时，渗氮后的低碳钢模具表面通过激光合金化处理，可以在低碳钢模具表面制得光滑平整，无气孔、裂纹缺陷的合金化层，提高低碳钢模具的硬度和耐磨性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种低碳钢模具复合强化方法，制备合金化粉末，通过激光在低碳钢模具表面熔化合金化粉末得到合金化层来提高低碳钢模具的硬度和耐磨性。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述合金化粉末按重量百分比计，组成为：C：1.35～1.40%、Si：0.15～0.40%、W：11.15～13.35%、Cr：3.75～5.20%，V：4.10～5.25%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe。
本发明技术方案的进一步改进在于：包括以下步骤：
S1、清洗：采用工业酒精对低碳钢模具进行清洗，去除油污和表面杂质；
S2、渗氮：将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、激光合金化处理：通过光纤激光扫描同轴送粉将合金化粉末输送到出炉后的低碳钢模具表面，进行激光合金化处理，在低碳钢模具表面制得合金化层；
S4、探伤：对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有缺陷；
S5、磨削：对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1～0.3mm，得强化低碳钢模具。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中合金化粉末的粒度为435～525目，合金化层的厚度为0.3～0.5mm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.8～3.0 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为：10～20%，扫描速度为：1000～1200 mm/min，保护气体：氩气。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中光纤激光扫描同轴送粉的送粉速度：0.5～0.7 g/s，送粉气流量为：2～4L/min。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
采用本发明提供的低碳钢模具复合强化工艺，解决了传统渗氮工艺后表面硬度不均匀的问题，同时，渗氮后的低碳钢模具表面通过激光合金化处理，可以在低碳钢模具表面制得光滑平整，无气孔、裂纹缺陷的合金化层，保证了强化后低碳钢模具表面具有更高的硬度和耐磨性，同时，低碳钢模具表面组织更加均匀，通过渗氮后激光合金化的方法，避免了由于渗氮层厚度不均匀分布而导致硬化层脆化，进而造成模具性能恶化快速失效的弊病。
采用本发明制得的强化低碳钢模具使用寿命长，制备方法简单、环保、节能，适合大规模生产。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.35%，Si 0.15%，W 11.15%，Cr 3.75%，V 4.10%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435～525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.8KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为：10%，扫描速度为：1000 mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.5g/s，送粉气流量为：2L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.3mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1mm，得强化低碳钢模具。
实施例2
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.40%，Si 0.40%，W 13.35%，Cr 5.20%，V 5.25%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435～525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：3.0 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为： 20%，扫描速度为： 1200 mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.7 g/s，送粉气流量为： 4L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.5mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.3mm，得强化低碳钢模具。
实施例3
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.35%，Si 0.40%，W 113.35%，Cr 3.75%，V 4.25%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435~525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：3.0 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为：20%，扫描速度为： 1200 mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.5g/s，送粉气流量为：2L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.3mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1mm，得强化低碳钢模具。
实施例4
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.40%，Si 0.15%，W 11.15%，Cr 3.75%，V 4.10%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435~525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.8 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为： 20%，扫描速度为：1000 mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.5 g/s，送粉气流量为：3L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.3mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1mm，得强化低碳钢模具。
实施例5
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.40%，Si 0.40%，W 11.35%，Cr 3.75%，V 5.25%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435~525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.8 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为：10%，扫描速度为：1000mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.5g/s，送粉气流量为：2L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.4mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.2mm，得强化低碳钢模具。
实施例6
本实施例给出的一种低碳钢模具复合强化工艺，按以下步骤进行：
S1、对Q345低碳钢模具采用工业酒精清洗，去除油污等杂质；
S2、将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、配制合金化粉末，按重量百分比计，所述合金化粉末的质量百分比组成为：C1.40%，Si 0.40%，W 12.55%，Cr 5.20%，V 4.10%， P≤0.030%，S≤0.030%，Fe余量，所用合金粉末粒度为：435~525目；
S4、对出炉后低碳钢模具进行激光合金化处理，激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.9 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为： 20%，扫描速度为： 1200 mm/min，保护气体：氩气，送粉速度：0.7 g/s，送粉气流量为： 4L/min，通过光纤激光扫描同轴送粉输送到位的合金化粉末，在模具表面制得合金化层，合金化层厚度0.5mm；
S5、对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；
S6、对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1mm，得强化低碳钢模具。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：制备合金化粉末，通过激光在低碳钢模具表面熔化合金化粉末得到合金化层来提高低碳钢模具的硬度和耐磨性。
2.根据权利要求1所述的一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：所述合金化粉末按重量百分比计，组成为：C：1.35～1.40%、Si：0.15～0.40%、W：11.15～13.35%、Cr：3.75～5.20%，V：4.10～5.25%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、清洗：采用工业酒精对低碳钢模具进行清洗，去除油污和表面杂质；
S2、渗氮：将低碳钢模具放入箱式电阻炉进行固体渗氮处理；
S3、激光合金化处理：通过光纤激光扫描同轴送粉将合金化粉末输送到出炉后的低碳钢模具表面，进行激光合金化处理，在低碳钢模具表面制得合金化层；
S4、探伤：对合金化层进行表面着色探伤，检测是否有缺陷；
S5、磨削：对合金化层采用磨削加工，单边磨削量为0.1～0.3mm，得强化低碳钢模具。
4.根据权利要求3所述的一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：所述步骤S3中合金化粉末的粒度为435～525目，合金化层的厚度为0.3～0.5mm。
5.根据权利要求3所述的一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：所述步骤S3中激光合金化工艺参数如下：激光功率为：2.8～3.0 KW，圆形光斑直径为5 mm，搭接率为：10～20%，扫描速度为：1000～1200 mm/min，保护气体：氩气。
6.根据权利要求3所述的一种低碳钢模具复合强化方法，其特征在于：所述步骤S3中光纤激光扫描同轴送粉的送粉速度：0.5～0.7 g/s，送粉气流量为：2～4L/min。
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