一种高性能渗碳钢的生产方法及包含该渗碳钢的塑料模具技术

本发明专利技术公开了一种高性能渗碳钢的生产方法及包含该渗碳钢的塑料模具，高性能渗碳钢的生产方法，包括以下步骤：1）配料；2）真空熔炼炉熔炼；3）迅速升温、抽真空、降温，充入氦气水冷至室温，得到高性能渗碳钢的粗制品；4）预制坯、锻造成型、研磨处理，得到高性能渗碳钢的初品；5）将得到的高性能渗碳钢初品输送至锌锅中热浸进行表面镀层处理；6）液氮中浸渍、回火冷却至室温，得到高性能渗碳钢成品。本发明专利技术工艺科学，不仅保留了渗碳钢的抗拉伸、硬度大、抗冲击、热硬性好、韧性高、生产成低、安全可靠等优良特性，而且，制备的塑料模具的精度高、淬透性好、耐磨损、塑性好、抗冲击、接触应力好、抗氧化、寿命长等性能优良。

Method for producing high performance carburizing steel and plastic mold containing the same

The invention discloses a method for producing high performance steel and contains the plastic mold of carburized steel, method for producing carbon steel with high permeability performance, which comprises the following steps: 1) ingredients; 2) vacuum melting furnace; 3) rapid warming and vacuum pumping and cooling water cooling to room temperature, filled with helium, crude products with high performance steel; 4) preform, forging molding, grinding processing, high performance steel primary products; 5) will be the high performance steel primary products delivered to the zinc pot of hot dip plating surface treatment; 6) liquid nitrogen immersion, tempering cooling to room temperature, high performance steel products. The process of the invention is scientific, not only retains the carburized steel tensile, hardness, impact resistance, good hot hardness, high toughness, low production cost, safe and reliable performance, and the preparation of plastic mold, high precision, good hardenability and abrasion resistance, good ductility, impact resistance, contact stress, antioxidant, long life and other excellent performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于渗碳钢制备
，特别是一种高性能渗碳钢的生产方法及包含该渗碳钢的塑料模具。
技术介绍
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。其中，选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。塑料模具的制造工艺路线一般分为：1.低碳钢及低碳合金钢制模具例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。2.高合金渗碳钢制模具例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。3.调质钢制模具例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。4.碳素工具钢及合金工具钢制模具例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。5.预硬钢制模具例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料 后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。对于渗碳钢塑料模的热处理特点为：1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。2. 对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8～1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3～1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为 0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。3.渗碳温度 一般在900～920℃，复杂型腔的小型模具可取840～860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺 以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900～920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820～840℃）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层 内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具）。随着塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度以及高生产率等要求，如何提高塑料模具大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例等成为当下研究重点。鉴于以上，本专利技术提出一种高性能渗碳钢的生产方法及包含该渗碳钢的塑料模具，不仅保留渗碳钢的各种高性能，而且提高了制备的塑料模具的各种性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提出一种高性能渗碳钢的生产方法及包含该渗碳钢的塑料模具，以解决问题。本专利技术是采取以下技术方案来实现的：一种高性能渗碳钢的生产方法，包括以下步骤：1）配料：它包括渗碳钢基材以及设置在该渗碳钢基材表面上的镀层材料；所述渗碳钢基材包括以下按照质量百分比的成分组成：碳0.05-0.35%、氧化钙0.06-0.16%、氧化硅0.4-1.6%、氧化锆1-3%、三氧化二锑0.2-0.6%、过氧化二异丙苯0.7-0.9%、铜6-8%、偏苯三酸三辛酯1-3%、炭黑5-9%、铝3-7%、纳米二氧化钛2-4%、钛酸钾晶须4-6%、铬0.02-0.06%、锰1.1-1.5%、镍0.2-0.6%、钴0.3-0.7%、碳化钨0.3-0.7%、氧化铈0.3-0.5%，余量为铁及不可避免的杂质；所述渗碳钢基材表面上的镀层材料按照重量份为：自制氧化锌22-28份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2-6份、三聚磷酸钠1-3份；所述氧化锌的生产方法为：将0.2-0.4g醋酸锌、0.6-1.2g聚丙烯酸钠、0.7-1.1g聚乙烯吡咯烷酮、4-8mL无水乙醇并加入去离子水调节PH值至7.8-8.2，经功率为80%的超声波振荡1.5-2.5h，得到混合液A；将混合液A离心处理得到白色沉淀物B；将白色沉淀物B与2-3g乙烯基三乙氧基硅烷、1-2g丙烯酸丁酯、25-35g去离子水在85-95℃水浴加热情况下进行磁力搅拌6-8h,得到混合液C；最后将混合液C经离心得沉淀物，再用无水乙醇50mL洗涤，离心，干燥，得到自制氧化锌；2）将碳、氧化锆、三氧化二锑、过氧化二异丙苯、铜、炭黑、铝、钛酸钾晶须、铬、锰、镍、钴以及铁加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8.8-9.2×10-2Pa，从160℃开始，以30℃/s升温，待温度升至760-820℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氩气至3.2×104Pa；然后继续升温至1060-1120℃，并加入氧化钙、氧化硅、偏苯三酸三辛酯不停搅拌，待各组分完全溶解后，得到合金液A；3）将真空熔炼炉坩埚迅速升温至1360-1420℃，并向合金液A中加入纳米二氧化钛、碳化钨以及氧化铈，用石英棒不断搅拌，熔炼4-6h后抽真空至6.5-6.7×10-2Pa，开始降温，待温度降至950-1050℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氦气至2.8×104Pa，精炼静置1.2-1.6h后，水冷至室温，得到高性能渗碳钢的粗制品；4）将得到的高性能渗碳钢粗制品在中频炉中进行预制坯、锻造成型、研磨处理，得到高性能渗碳钢的初品；5）将得到的高性能渗碳钢初品输送至锌锅中热浸进行表面镀层处理：将锌锅加热至760-800℃，加入自制氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三聚磷酸钠熔炼2.8-3.2h至镀层材料完全熔融后，将高性能渗碳钢初品放入锌锅中热浸3.4-3.6h,得到镀层的高性能渗碳钢初品；6）将得到的镀层高性能渗碳钢初品在液氮中浸渍5.5-6.5h,然后升温至至1100℃保温3h,迅速降温至850℃保温1-1.2h,再用200℃回火2.5h,最后采用冷风机，以冷却速度为30℃/s冷却至室温，得到高性能渗碳钢成品。作为本专利技术的优选方案：本专利技术包括以下步骤：1）配料：它包括渗碳钢基材以及设置在该渗碳钢基材表面上的镀层材料；所述渗碳钢基材包括以下按照质量百分比的成分组成：碳0.05%、氧化钙0.06%、氧化硅0.4%、氧化锆1%、三氧化二锑0.2%、过氧化二异丙苯0.7%、铜6%、偏苯三酸三辛酯1%、炭黑5%、铝3%、纳米二氧化钛2%、钛酸钾晶须4%、铬0.02%、锰1.1%、镍0.2%、钴0.3%、碳化钨0.3%、氧化铈0.3%，余量为铁及不可避免的杂质；所述渗碳钢基材表面上的镀层材料按照重量份为：自制氧化锌22份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份、三聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能渗碳钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：1）配料：它包括渗碳钢基材以及设置在该渗碳钢基材表面上的镀层材料；所述渗碳钢基材包括以下按照质量百分比的成分组成：碳0.05‑0.35%、氧化钙0.06‑0.16%、氧化硅0.4‑1.6%、氧化锆1‑3%、三氧化二锑0.2‑0.6%、过氧化二异丙苯0.7‑0.9%、铜6‑8%、偏苯三酸三辛酯1‑3%、炭黑5‑9%、铝3‑7%、纳米二氧化钛2‑4%、钛酸钾晶须4‑6%、铬0.02‑0.06%、锰1.1‑1.5%、镍0.2‑0.6%、钴0.3‑0.7%、碳化钨0.3‑0.7%、氧化铈0.3‑0.5%，余量为铁及不可避免的杂质；所述渗碳钢基材表面上的镀层材料按照重量份为：自制氧化锌22‑28份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2‑6份、三聚磷酸钠1‑3份；所述氧化锌的生产方法为：将0.2‑0.4g醋酸锌、0.6‑1.2g聚丙烯酸钠、0.7‑1.1g聚乙烯吡咯烷酮、4‑8mL无水乙醇并加入去离子水调节PH值至7.8‑8.2，经功率为80%的超声波振荡1.5‑2.5h，得到混合液A；将混合液A离心处理得到白色沉淀物B；将白色沉淀物B与2‑3g乙烯基三乙氧基硅烷、1‑2g丙烯酸丁酯、25‑35g去离子水在85‑95℃水浴加热情况下进行磁力搅拌6‑8h,得到混合液C；最后将混合液C经离心得沉淀物，再用无水乙醇50mL洗涤，离心，干燥，得到自制氧化锌；2）将碳、氧化锆、三氧化二锑、过氧化二异丙苯、铜、炭黑、铝、钛酸钾晶须、铬、锰、镍、钴以及铁加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8.8‑9.2×10‑2Pa，从160℃开始，以30℃/s升温，待温度升至760‑820℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氩气至3.2×104Pa；然后继续升温至1060‑1120℃，并加入氧化钙、氧化硅、偏苯三酸三辛酯不停搅拌，待各组分完全溶解后，得到合金液A；3）将真空熔炼炉坩埚迅速升温至1360‑1420℃，并向合金液A中加入纳米二氧化钛、碳化钨以及氧化铈，用石英棒不断搅拌，熔炼4‑6h后抽真空至6.5‑6.7×10‑2Pa，开始降温，待温度降至950‑1050℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氦气至2.8×104Pa，精炼静置1.2‑1.6h后，水冷至室温，得到高性能渗碳钢的粗制品；4）将得到的高性能渗碳钢粗制品在中频炉中进行预制坯、锻造成型、研磨处理，得到高性能渗碳钢的初品；5）将得到的高性能渗碳钢初品输送至锌锅中热浸进行表面镀层处理：将锌锅加热至760‑800℃，加入自制氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三聚磷酸钠熔炼2.8‑3.2h至镀层材料完全熔融后，将高性能渗碳钢初品放入锌锅中热浸3.4‑3.6h,得到镀层的高性能渗碳钢初品；6）将得到的镀层高性能渗碳钢初品在液氮中浸渍5.5‑6.5h,然后升温至至1100℃保温3h,迅速降温至850℃保温1‑1.2h,再用200℃回火2.5h,最后采用冷风机，以冷却速度为30℃/s冷却至室温，得到高性能渗碳钢成品。...

【技术特征摘要】
1.一种高性能渗碳钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：1）配料：它包括渗碳钢基材以及设置在该渗碳钢基材表面上的镀层材料；所述渗碳钢基材包括以下按照质量百分比的成分组成：碳0.05-0.35%、氧化钙0.06-0.16%、氧化硅0.4-1.6%、氧化锆1-3%、三氧化二锑0.2-0.6%、过氧化二异丙苯0.7-0.9%、铜6-8%、偏苯三酸三辛酯1-3%、炭黑5-9%、铝3-7%、纳米二氧化钛2-4%、钛酸钾晶须4-6%、铬0.02-0.06%、锰1.1-1.5%、镍0.2-0.6%、钴0.3-0.7%、碳化钨0.3-0.7%、氧化铈0.3-0.5%，余量为铁及不可避免的杂质；所述渗碳钢基材表面上的镀层材料按照重量份为：自制氧化锌22-28份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2-6份、三聚磷酸钠1-3份；所述氧化锌的生产方法为：将0.2-0.4g醋酸锌、0.6-1.2g聚丙烯酸钠、0.7-1.1g聚乙烯吡咯烷酮、4-8mL无水乙醇并加入去离子水调节PH值至7.8-8.2，经功率为80%的超声波振荡1.5-2.5h，得到混合液A；将混合液A离心处理得到白色沉淀物B；将白色沉淀物B与2-3g乙烯基三乙氧基硅烷、1-2g丙烯酸丁酯、25-35g去离子水在85-95℃水浴加热情况下进行磁力搅拌6-8h,得到混合液C；最后将混合液C经离心得沉淀物，再用无水乙醇50mL洗涤，离心，干燥，得到自制氧化锌；2）将碳、氧化锆、三氧化二锑、过氧化二异丙苯、铜、炭黑、铝、钛酸钾晶须、铬、锰、镍、钴以及铁加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8.8-9.2×10-2Pa，从160℃开始，以30℃/s升温，待温度升至760-820℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氩气至3.2×104Pa；然后继续升温至1060-1120℃，并加入氧化钙、氧化硅、偏苯三酸三辛酯不停搅拌，待各组分完全溶解后，得到合金液A；3）将真空熔炼炉坩埚迅速升温至1360-1420℃，并向合金液A中加入纳米二氧化钛、碳化钨以及氧化铈，用石英棒不断搅拌，熔炼4-6h后抽真空至6.5-6.7×10-2Pa，开始降温，待温度降至950-1050℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氦气至2.8×104Pa，精炼静置1.2-1.6h后，水冷至室温，得到高性能渗碳钢的粗制品；4）将得到的高性能渗碳钢粗制品在中频炉中进行预制坯、锻造成型、研磨处理，得到高性能渗碳钢的初品；5）将得到的高性能渗碳钢初品输送至锌锅中热浸进行表面镀层处理：将锌锅加热至760-800℃，加入自制氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三聚磷酸钠熔炼2.8-3.2h至镀层材料完全熔融后，将高性能渗碳钢初品放入锌锅中热浸3.4-3.6h,得到镀层的高性能渗碳钢初品；6）将得到的镀层高性能渗碳钢初品在液氮中浸渍5.5-6.5h,然后升温至至1100℃保温3h,迅速降温至850℃保温1-1.2h,再用200℃回火2.5h,最后采用冷风机，以冷却速度为30℃/s冷却至室温，得到高性能渗碳钢成品。2.根据权利要求1所述的一种高性能渗碳钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：1）配料：它包括渗碳钢基材以及设置在该渗碳钢基材表面上的镀层材料；所述渗碳钢基材包括以下按照质量百分比的成分组成：碳0.05%、氧化钙0.06%、氧化硅0.4%、氧化锆1%、三氧化二锑0.2%、过氧化二异丙苯0.7%、铜6%、偏苯三酸三辛酯1%、炭黑5%、铝3%、纳米二氧化钛2%、钛酸钾晶须4%、铬0.02%、锰1.1%、镍0.2%、钴0.3%、碳化钨0.3%、氧化铈0.3%，余量为铁及不可避免的杂质；所述渗碳钢基材表面上的镀层材料按照重量份为：自制氧化锌22份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份、三聚磷酸钠1份；所述氧化锌的生产方法为：将0.2g醋酸锌、0.6g聚丙烯酸钠、0.7g聚乙烯吡咯烷酮、4mL无水乙醇并加入去离子水调节PH值至7.8，经功率为80%的超声波振荡1.5h，得到混合液A；将混合液A离心处理得到白色沉淀物B；将白色沉淀物B与2g乙烯基三乙氧基硅烷、1g丙烯酸丁酯、25g去离子水在85℃水浴加热情况下进行磁力搅拌6h,得到混合液C；最后将混合液C经离心得沉淀物，再用无水乙醇50mL洗涤，离心，干燥，得到自制氧化锌；2）将碳、氧化锆、三氧化二锑、过氧化二异丙苯、铜、炭黑、铝、钛酸钾晶须、铬、锰、镍、钴以及铁加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8.8×10-2Pa，从160℃开始，以30℃/s升温，待温度升至760℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氩气至3.2×104Pa；然后继续升温至1060℃，并加入氧化钙、氧化硅、偏苯三酸三辛酯不停搅拌，待各组分完全溶解后，得到合金液A；3）将真空熔炼炉坩埚迅速升温至1360℃，并向合金液A中加入纳米二氧化钛、碳化钨以及氧化铈，用石英棒不断搅拌，熔炼4-6h后抽真空至6.5×10-2Pa，开始降温，待温度降至950℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入氦气至2.8×104Pa，精炼静置1.2h后，水冷至室温，得到高性能渗碳钢的粗制品；4）将得到的高性能渗碳钢粗制品在中频炉中进行预制坯、锻造成型、研磨处理，得到高性能渗碳钢的初品；5）将得到的高性能渗碳钢初品输送至锌锅中热浸进行表面镀层处理：将锌锅加热至760℃，加入自制氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三聚磷酸钠熔炼2.8h至镀层材料完全熔融后，将高性能渗碳钢初品放入锌锅中热浸3.4h,得到镀层的高性能渗碳钢初品；6）将得到的镀层高性能渗碳钢初品在液氮中浸渍5.5h,然后升温至至1100℃保温3h,迅速降温至850℃保温1h,再用200℃回火2.5h,最后采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志伟，
申请(专利权)人：黄山宏伟模具科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34