本發明涉熱處理領域，尤其涉及一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝。

　　背景技術：

　　盾構機施工具有機械化程度高、施工速度快、安全性高等優點，被廣泛應用于地鐵、鐵路、水電等重大工程的隧道掘進。盾構機在全斷面硬巖施工或者上軟下硬復合地層施工時，多采用盤形滾刀，工作時盤形滾刀刀圈在盾構機推力下壓入巖體使巖石破碎。盤形滾刀作為破巖工具，不僅承受很大的徑向破巖力，同時又受到巖石硬礦物相的劇烈磨損。因此滾刀質量直接影響盾構機的掘進速度，是隧道掘進最大的消耗件之一。

　　滾刀的工作刃，即刀圈，在工作中受到的摩擦力、剪切力和沖擊力相當大，刀圈的損壞方式主要有過早磨損、崩刃、斷裂。

　　目前刀圈常采用的材料為4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13，但這些刀圈在硬巖和上軟下硬巖層掘進中，存在耐磨性差或者容易斷裂的問題。掘進硬巖和上軟下硬巖層要求刀圈具備較好的韌性，以抵抗巖石的沖擊，并盡可能提高材料本身的硬度，延長使用壽命。對于一般條件下制備的金屬材料而言，硬度和韌性是一對矛盾，硬度提高勢必降低材料的韌性，如刀圈整體硬度達到HRC59以上時，在掘進硬巖時刀圈會產生整體斷裂、崩裂現象，而硬度低于HRC55，則刀圈不耐磨。

　　中國發明專利，公開號：103572022A，授權公日號：2014年2月12日，該發明公開了一種H13型鋼的熱處理方法。該方法包括如下操作步驟：步驟一，將采用徑鍛機鍛造后的鍛件鋼材以10-200℃/min的冷卻速度冷卻至300℃以下，其中所述徑鍛機的停鍛溫度為900-950℃；步驟二，將經步驟一處理的鍛件鋼材在830～880℃條件下保溫后再降溫至700-760℃進行二級等溫球化后冷卻，所述二級等溫球化是指先低溫度球化然后升溫進行高溫度球化。采用該發明的方法對H13型鋼進行熱處理提高了鍛件材組織的一次檢驗合格率；產品檢驗達到北美壓鑄協會模具材料標準NADCA207#中A4以上水平；生產周期縮短20小時以上；勞動成本及煤氣消耗成本有了明顯的降低。其不足之處在于，雖然通過該處理方法，可以提高鍛件材組織的一次檢驗合格率，但是對H13鋼的耐磨性并沒有作進一步提高。

　　技術實現要素：

　　1.發明要解決的技術問題

　　針對現有技術的H13模具鋼的耐磨性差，硬度低的問題，本發明提供了一種H13型鋼的熱處理方法。它可以提高H13模具鋼的耐磨性和硬度。

　　2.技術方案

　　為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：

　　一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，包括以下步驟：

　　A、下料鍛打輾環；

　　B、球化退火；

　　C、按圖紙的設計要求，機械加工相關尺寸；

　　D、稀土碳硼共滲復合熱處理；

　　E、氧氮硫+稀土表面處理；

　　刀具在滲碳硼淬火回火或真空淬火回火后，清洗凈化表面，進行氧氮硫+稀土共滲。

　　優選地，所述的刀具是空心環狀體，從外圓向中心呈梯形分布，外圓500mm，內孔280mm，高80mm。

　　優選地，步驟C中機械加工刀具外形，并精加工至相應尺寸，內孔尺寸和端面留量0.2mm。

　　優選地，步驟E中在井式氣體滲氮爐內進行氧氮硫+稀土共滲。

　　優選地，步驟C中，在真空爐內將刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫后，加熱到950℃，開始爐中滲硼并同時添加0.4％的稀土元素，保溫強滲碳硼3.5小時后，擴散1小時，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后淬火，在560℃回火兩次，即按標準工藝執行，硬度達到60HRC以上。

　　優選地，步驟E中所用設備為離子氮化爐，稀土共滲中所用的共滲介質與用量：NH3氨氣，400L/h；間斷通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH與CS2的比例為2/1，混合氣體流量為20L/h。

　　優選地，步驟E中的稀土共滲中稀土含量為0.4％。

　　優選地，步驟E中共滲爐壓約2660Pa。

　　優選地，熱工參數為500±10℃，保溫時間8h。

　　優選地，共滲后爐冷至160℃出爐空冷，表面硬度958-1050HV，刀具壽命提高2-3倍，表面強度大，硬度高，耐磨耐疲勞，大大的提高刀具的使用價值，節約了成本，具有相當的經濟效益。

　　3.有益效果

　　采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

　　(1)本發明的一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，共滲后爐冷至160℃出爐空冷，表面硬度958-1050HV，刀具壽命提高2-3倍，表面強度大硬度高，耐磨耐疲勞，大大的提高刀具的使用價值，節約了成本，具有相當的經濟效益；

　　(2)本發明的一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，在真空爐內將刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫后，加熱到950℃，開始爐中滲硼并同時添加0.4％的稀土元素，保溫滲硼3.5小時后，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后淬火，在560℃回火兩次，即按標準工藝執行，硬度達到60HRC以上。

　　具體實施方式

　　為進一步了解本發明的內容，結合實施例對本發明作詳細描述。

　　實施例1

　　本實施例的一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，針對的刀具是空心環狀體，從外圓向中心呈梯形分布，外圓500mm，內孔280mm，高80mm，包括以下步驟：

　　A、下料鍛打輾環；

　　B、球化退火；

　　C、機械加工刀具外形，并精加工至相應尺寸，內孔尺寸和端面留量0.2mm；

　　D、稀土滲硼復合熱處理；

　　在真空爐內將刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫后，加熱到950℃，開始爐中滲碳硼并同時添加0.4％的稀土元素，保溫強滲碳滲硼3.5小時后，擴散1小時，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后淬火，在560℃回火兩次，即按標準工藝執行，硬度達到60HRC以上；

　　E、氧氮硫+稀土表面處理，刀具在真空熱處理后，清洗凈化表面，進行氧氮硫+稀土共滲，井式氣體滲氮爐內進行氧氮硫+稀土共滲；所用設備為離子氮化爐，稀土共滲中所用的共滲介質與用量：NH3氨氣，400L/h；間斷通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH與CS2的比例為2/1，混合氣體流量為20L/h，稀土共滲中稀土含量為0.4％，共滲爐壓約2660Pa；

　　熱工參數為500±10℃，保溫時間8h，共滲后爐冷至160℃出爐空冷，淬火后表面硬度958-1050HV，刀具壽命提高2-3倍，表面強度大硬度高，耐磨耐疲勞，大大的提高刀具的使用價值，節約了成本，具有相當的經濟效益。

　　實施例2

　　本實施例的一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，工藝準備：下料鍛打輾環+球化退火+機械加工刀具外形精加工至尺寸，內孔尺寸、端面留量0.2mm；

　　化學熱處理工藝1名稱：稀土滲碳硼復合熱處理；

　　工藝：滲碳爐或真空爐內刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫后，加熱到950℃，開始爐中滲硼并同時添加0.4％的稀土元素，保溫強滲碳硼3.5小時后，擴散1小時，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后(1030℃保溫后淬火，560℃回火兩次，即按標準工藝執行)硬度58-60HRC。

　　化學熱處理工藝2名稱：氧氮硫+稀土表面處理；

　　工件滲碳處理或真空熱處理后，清洗凈化表面，井式氣體滲氮爐內進行氧氮硫+稀土共滲；

　　工藝安排：刀具共滲前處理：淬火+回火后硬度58-60HRC。

　　設備：離子氮化爐；

　　共滲介質與用量：NH3氨氣400L/h；間斷通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH與CS2的比例為2/1；

　　混合氣體，20L/h；稀土0.4％；

　　共滲爐壓約2660Pa；

　　熱工參數：500℃±10℃，保溫時間8h，共滲后爐冷至160℃出爐空冷，表面硬度958-1050HV，刀具壽命提高2-3倍，表面強度大，硬度高，耐磨耐疲勞，大大的提高刀具的使用價值，節約了成本，具有相當的經濟效益。

　　以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的實施例，均應屬于本發明的保護范圍。

　　技術特征：

　　1.一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：

　　A、下料鍛打輾環；

　　B、球化退火；

　　C、按圖紙要求機械加工相關尺寸；

　　D、稀土+碳硼共滲復合熱處理：在真空爐內將刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫后，加熱到950℃，開始爐中碳硼共滲工藝；并同時添加0.4％的稀土元素，保溫碳硼共滲3.5小時后，擴散1小時，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后淬火，在560℃回火兩次，即按標準工藝執行，硬度達到60HRC以上；

　　E、氧氮硫+稀土表面處理：刀具在步驟D稀土+碳硼共滲復合熱處理后，清洗凈化表面，進行氧氮硫+稀土共滲；所用設備為井式氣體滲氮爐，稀土共滲中所用的共滲介質與用量：NH3氨氣，400L/h，間斷通入CS2-C2H5OH，其中C2H5OH與CS2的比例為2/1，混合氣體流量為20L/h，稀土共滲中稀土含量為0.4％，共滲爐壓為2660Pa，熱工參數為500±10℃，保溫時間為8h，共滲后爐冷至160℃出爐空冷。

　　2.根據權利要求1所述的一種H13模具鋼刀具的復合熱處理工藝，其特征在于，按設計要求機械加工至刀具的相應尺寸，或精加工至相應尺寸，在內孔尺寸和端面尺寸留量0.2mm。

　　技術總結

　　本發明公開了一種H13模具鋼刀具的復合處理工藝，屬于熱處理領域。第一，刀具的碳硼+稀土共滲。它包括以下步驟：A、下料鍛打輾環；B、球化退火；C、按圖機械加工至相關尺寸要求；D、在真空滲碳爐內將刀具分別在680℃和820℃兩段升溫保溫，排氣完成后，加熱到950℃，開始爐中進行碳硼共滲，并同時添加0.4％的稀土元素，強滲3.5小時后，擴散1小時，爐溫繼續加熱到1030℃保溫30分鐘后淬火，在560℃回火兩次，即按標準工藝執行，表面硬度達到60HRC以上；第二；刀具的氧氮硫+稀土表面處理：刀具在滲碳淬火回火或真空淬火回火后，清洗凈化表面，進行氧氮硫+稀土共滲。目的是進一步提高H13模具鋼刀具的表面硬度和使用耐磨性和耐腐蝕性。

　　技術研發人員：邰淼;韓文進

　　受保護的技術使用者：馬鞍山市三江機械有限公司

　　技術研發日：2016.12.31

　　技術公布日：2019.05.24