抗氧化脫碳保護(hù)劑及其制備方法、和H13模具的熱處理工藝與流程
本發(fā)明屬于金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種抗氧化脫碳保護(hù)劑及其制備方法、和H13模具的熱處理工藝。
背景技術(shù):
目前,H13(4Cr5MoSiV1)材料的熱鍛模具的特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng),是5CrNiMo材料的熱鍛模具使用壽命的3~4倍,能夠有效的提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本,但H13材料的模具熱處理技術(shù)難度高,需要采用真空爐對(duì)其進(jìn)行熱處理。但真空爐設(shè)備造價(jià)高,一般企業(yè)難以采購(gòu),而且真空爐熱處理工序復(fù)雜,成本昂貴,而且往往還受模具外形尺寸和形狀的限制。怎樣才能用普通臺(tái)車(chē)爐解決H13模具的熱處理工藝,難點(diǎn)主要體現(xiàn)在,H13模具在熱處理爐中加熱至1000℃時(shí),伴隨著空氣中的氧會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),使金屬被氧化,形成氧化皮,模具型腔表面還會(huì)發(fā)生脫碳,不僅造成H13模具鋼大量損耗,而且使其機(jī)械性能降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
基于現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種抗氧化脫碳保護(hù)劑及其制備方法、和H13模具的熱處理工藝。
一種抗氧化脫碳保護(hù)劑,由以下重量份原料組成:三氧化二鋁 0.4~0.6份、氧化鋯0.85~1.2份、氧化鎂1.8~2.2份、三氧化二鉻1.8~2.2份、硼砂9~11份、含碳物0.1~0.3份、氮化硼0.2~0.4份、氧化硼0.5~1.5份、氧化鉍18~23份、氧化鋅0.3~0.5份、二氧化硅1.8~2.5份、固化劑5~10份、水35~45份、助劑40~45份;
其中,含碳物為石墨和/或炭黑,所述助劑由去離子水及甲基纖維素混勻而得,助劑中甲基纖維素的質(zhì)量百分比為2.5~5%。
優(yōu)選地,所述固化劑為聚合磷酸鋁。
上述抗氧化脫碳保護(hù)劑的制備方法,包括以下步驟:
?。?)按比例稱(chēng)取各原料;
?。?)將三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、硼砂、含碳物、氮化硼、氧化硼、氧化鉍、氧化鋅及二氧化硅混勻、熔化,得到熔融物;
?。?)將步驟(2)所得熔融物水淬、冷卻至室溫,風(fēng)干后粉碎至粒徑為4~8毫米;
?。?)向步驟(3)所得產(chǎn)物中加入固化劑、水及助劑,混勻、研磨、過(guò)篩至粒徑為0.05~0.1毫米,即得。
利用上述抗氧化脫碳保護(hù)劑進(jìn)行H13模具的熱處理工藝,包括以下步驟:
?。?)清洗H13模具表面,室溫干燥后,80~100℃預(yù)熱40~100分鐘,空冷至室溫;
(2)將權(quán)利要求1所述的抗氧化脫碳保護(hù)劑與水按照1:3~5的體積比例稀釋?zhuān)缓缶鶆蛲扛灿贖13模具表面,保證涂覆面平整光滑、涂覆厚度0.1~0.5毫米;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后的H13模具以4~6℃/分鐘的速度升溫至500~550℃,保溫100~150分鐘,再以4~6℃/分鐘的速度升溫至850~900℃,保溫150~200分鐘,以4~6℃/分鐘的速度升溫至1000~1050℃,保溫90~120分鐘;然后將H13模具在室溫空氣中預(yù)冷10~15分鐘,再油冷至H13模具溫度為180~200℃;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理后的H13模具于530~570℃一次回火保溫270~330分鐘,空冷至H13模具溫度為180~230℃,再于520~550℃二次回火保溫270~330分鐘,空冷至室溫,并沖洗干凈。
其中,抗氧化脫碳保護(hù)劑的原料均為普通市售產(chǎn)品。
本發(fā)明所述抗氧化脫碳保護(hù)劑不受H13模具外形尺寸和形狀的限制,經(jīng)過(guò)涂覆抗氧化脫碳保護(hù)劑后的H13模具防氧化效果明顯,氧化燒損率減少91%以上,熱處理后,涂覆的抗氧化脫碳保護(hù)劑用水沖洗干凈,不會(huì)對(duì)模具表面造成影響。本發(fā)明解決了H13模具熱處理過(guò)程中發(fā)生氧化的問(wèn)題,熱處理后可得到80%馬氏體,模具硬度為48~52HRC,模具使用效果很好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
下述實(shí)施例中所述石墨購(gòu)自鞏義市千家信耐材有限公司的天然石墨顆粒,粒徑為0.67毫米,固定碳含量≥85%,水分含量≤0.03%;所述甲基纖維素購(gòu)自瑪雅試劑有限公司(CAS 9004-67-5);所述聚合磷酸鋁選用石家莊市鑫盛化工有限公司的三聚磷酸鋁(CAS 13939-25-8),粒徑為325目,其中含P2O5 35~40%、Al2O3 12~18%、SiO2 8~12%。
實(shí)施例1
一種抗氧化脫碳保護(hù)劑,由以下重量份原料組成:三氧化二鋁 0.5份、氧化鋯1份、氧化鎂2份、三氧化二鉻2份、硼砂10份、石墨0.2份、氮化硼0.3份、氧化硼1份、氧化鉍20份、氧化鋅0.5份、二氧化硅2份、三聚磷酸鋁6份、水40份、助劑40份;
其中,所述助劑由去離子水及甲基纖維素混勻而得,助劑中甲基纖維素的質(zhì)量百分比為3%。
上述抗氧化脫碳保護(hù)劑的制備方法,包括以下步驟:
?。?)按比例稱(chēng)取各原料;
?。?)將三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、硼砂、含碳物、氮化硼、氧化硼、氧化鉍、氧化鋅及二氧化硅混勻,置于熔化爐中熔化,得到熔融物;
?。?)將步驟(2)所得熔融物水淬、冷卻至室溫,風(fēng)干后粉碎至粒徑為4~5毫米;
?。?)向步驟(3)所得產(chǎn)物中加入三聚磷酸鋁、水及助劑,混勻、用球磨機(jī)球磨24小時(shí),過(guò)篩至粒徑為0.05~0.065毫米,即得。
利用上述抗氧化脫碳保護(hù)劑進(jìn)行H13模具的熱處理工藝,包括以下步驟:
?。?)清洗H13模具表面,室溫下干燥后,85℃預(yù)熱45分鐘,空氣中冷卻至室溫;
(2)將上述制得的抗氧化脫碳保護(hù)劑與水按照1:4的體積比例稀釋?zhuān)缓缶鶆蛲扛灿贖13模具表面,涂覆2遍,保證涂覆面平整光滑、涂覆厚度約0.2毫米;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后的H13模具以5℃/分鐘的速度升溫至550℃,保溫120分鐘,再以5℃/分鐘的速度升溫至860℃,保溫180分鐘,以5℃/分鐘的速度升溫至1030℃,保溫100分鐘;然后將H13模具在室溫空氣中預(yù)冷10~15分鐘,此時(shí)H13模具的溫度約為850℃,再油冷至H13模具溫度為180~200℃,油溫控制在70℃以下;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理后的H13模具經(jīng)兩次回火處理,第一次回火為550℃保溫300分鐘,爐外空氣中冷卻至H13模具溫度為200℃,第二次回火為535℃保溫300分鐘,出爐并在空氣中冷卻至室溫,用水將H13模具沖洗干凈。
上述制得的抗氧化脫碳保護(hù)劑為膠液,涂覆有抗氧化脫碳保護(hù)劑的H13模具不需要真空氛圍,在空氣氛圍中進(jìn)行熱處理后,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)得到80%馬氏體,H13模具硬度為50HRC;涂覆的抗氧化脫碳保護(hù)劑很容易剝離,沖洗后,H13模具表面均勻光潔,無(wú)殘留物,模具無(wú)開(kāi)裂,模具表面氧化燒損率降低91%,經(jīng)反復(fù)使用無(wú)變形、損壞。
實(shí)施例2
一種抗氧化脫碳保護(hù)劑,由以下重量份原料組成:三氧化二鋁 0.4份、氧化鋯0.9份、氧化鎂1.8份、三氧化二鉻1.8份、硼砂9份、石墨0.1份、氮化硼0.2份、氧化硼0.5份、氧化鉍18份、氧化鋅0.3份、二氧化硅1.8份、三聚磷酸鋁5份、水35份、助劑40份;
其中,所述助劑由去離子水及甲基纖維素混勻而得,助劑中甲基纖維素的質(zhì)量百分比為2.5%。
上述抗氧化脫碳保護(hù)劑的制備方法,包括以下步驟:
?。?)按比例稱(chēng)取各原料;
(2)將三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、硼砂、含碳物、氮化硼、氧化硼、氧化鉍、氧化鋅及二氧化硅混勻,置于熔化爐中熔化,得到熔融物;
(3)將步驟(2)所得熔融物水淬、冷卻至室溫,風(fēng)干后粉碎至粒徑為5~6毫米;
?。?)向步驟(3)所得產(chǎn)物中加入三聚磷酸鋁、水及助劑,混勻、用球磨機(jī)球磨30小時(shí),過(guò)篩至粒徑為0.07~0.085毫米,即得。
利用上述抗氧化脫碳保護(hù)劑進(jìn)行H13模具的熱處理工藝,包括以下步驟:
?。?)清洗H13模具表面,室溫下干燥后,90℃預(yù)熱40分鐘,空氣中冷卻至室溫;
(2)將上述制得的抗氧化脫碳保護(hù)劑與水按照1:3的體積比例稀釋?zhuān)缓缶鶆蛲扛灿贖13模具表面,涂覆2遍,保證涂覆面平整光滑、涂覆厚度約0.3毫米;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后的H13模具以5℃/分鐘的速度升溫至530℃,保溫150分鐘,再以5℃/分鐘的速度升溫至880℃,保溫160分鐘,以5℃/分鐘的速度升溫至1020℃,保溫120分鐘;然后將H13模具在室溫空氣中預(yù)冷10~15分鐘,此時(shí)H13模具的溫度約為850℃,再油冷至H13模具溫度為180~200℃,油溫控制在70℃以下;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理后的H13模具經(jīng)兩次回火處理,第一次回火為550℃保溫300分鐘,爐外空氣中冷卻至H13模具溫度為200℃,第二次回火為530℃保溫300分鐘,出爐并在空氣中冷卻至室溫,用水將H13模具沖洗干凈。
上述制得的抗氧化脫碳保護(hù)劑為膠液,涂覆有抗氧化脫碳保護(hù)劑的H13模具不需要真空氛圍,在空氣氛圍中進(jìn)行熱處理后,H13模具表面氧化燒損率降低90%,涂覆的抗氧化脫碳保護(hù)劑剝離并沖洗后,H13模具表面均勻光潔,無(wú)殘留物,模具無(wú)開(kāi)裂。
實(shí)施例3
一種抗氧化脫碳保護(hù)劑,由以下重量份原料組成:三氧化二鋁 0.6份、氧化鋯1.1份、氧化鎂2.2份、三氧化二鉻2份、硼砂11份、石墨0.3份、氮化硼0.4份、氧化硼1.5份、氧化鉍22份、氧化鋅0.5份、二氧化硅2.5份、三聚磷酸鋁8份、水45份、助劑45份;
其中,所述助劑由去離子水及甲基纖維素混勻而得,助劑中甲基纖維素的質(zhì)量百分比為4%。
上述抗氧化脫碳保護(hù)劑的制備方法,包括以下步驟:
(1)按比例稱(chēng)取各原料;
?。?)將三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎂、三氧化二鉻、硼砂、含碳物、氮化硼、氧化硼、氧化鉍、氧化鋅及二氧化硅混勻,置于熔化爐中熔化,得到熔融物;
?。?)將步驟(2)所得熔融物水淬、冷卻至室溫,風(fēng)干后粉碎至粒徑為7~8毫米;
?。?)向步驟(3)所得產(chǎn)物中加入三聚磷酸鋁、水及助劑,混勻、用球磨機(jī)球磨35小時(shí),過(guò)篩至粒徑為0.07~0.08毫米,即得。
利用上述抗氧化脫碳保護(hù)劑進(jìn)行H13模具的熱處理工藝,包括以下步驟:
?。?)清洗H13模具表面,室溫下干燥后,100℃預(yù)熱50分鐘,空氣中冷卻至室溫;
(2)將上述制得的抗氧化脫碳保護(hù)劑與水按照1:5的體積比例稀釋?zhuān)缓缶鶆蛲扛灿贖13模具表面,涂覆2遍,保證涂覆面平整光滑、涂覆厚度約0.4毫米;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(2)處理后的H13模具以5℃/分鐘的速度升溫至550℃,保溫150分鐘,再以5℃/分鐘的速度升溫至880℃,保溫150分鐘,以5℃/分鐘的速度升溫至1050℃,保溫120分鐘;然后將H13模具在室溫空氣中預(yù)冷10~15分鐘,此時(shí)H13模具的溫度約為850℃,再油冷至H13模具溫度為180~200℃,油溫控制在70℃以下;
?。?)將經(jīng)過(guò)步驟(3)處理后的H13模具經(jīng)兩次回火處理,第一次回火為560℃保溫300分鐘,爐外空氣中冷卻至H13模具溫度約為200℃,第二次回火為540℃保溫300分鐘,出爐并在空氣中冷卻至室溫,用水將H13模具沖洗干凈。