專利名稱：冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高冷鍛模具韌性的方法。
背景技術(shù)：
冷鍛模較普通鍛模而言，加工精度要求很高，為保證鍛件的形狀和尺寸精度，冷鍛模型腔上的圓角半徑、懸臂高度等部位基本按照成品尺寸設(shè)計，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。在使用過程中，模具會承受劇烈的沖擊載荷，型腔表面要承受很高的拉壓應(yīng)力，開裂、崩角現(xiàn)象普遍，磨損嚴重，使用壽命低；所以，要求冷鍛模材料具有較高的強度、韌性和耐磨損性能。
大批量生產(chǎn)用冷鍛模具常采用高碳高鉻合金鋼、高速鋼或基體鋼制造。高碳高鉻鋼(如Cr12MoV)屬萊氏體鋼，其網(wǎng)狀萊氏體比高速鋼網(wǎng)狀萊氏體大得多，經(jīng)常規(guī)熱處理，可獲得高硬度、高耐磨性能，但由于晶粒粗大，且片狀馬氏體中存在許多顯微裂紋，宏觀韌性較差；易開裂，影響模具使用壽命。鎢鉬系高速鋼(如W6Mo5Cr4V2)在鍛后，也常常存在粗大網(wǎng)狀碳化物和帶狀碳化物。這種碳化物的不均勻性對冷鍛模使用壽命有極大影響。淬火加熱時，碳化物稀少區(qū)奧氏體易粗大，淬火開裂趨向大，碳化物富集區(qū)脆性大，易崩刃。這些說明常規(guī)熱處理方法不能達到冷鍛模具的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對高碳高鉻鋼、高速鋼冷鍛模的常規(guī)熱處理有硬度高，韌性差的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種提高冷鍛模具韌性的冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，其特征是包括如下步驟1)、高溫淬火冷鍛模具真空加熱，緩慢加熱至850～860℃，保溫20～60min，繼續(xù)加熱至1040～1220℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力；啟動油攪拌，增強冷卻換熱強度；淬火時間為10～20分鐘；首次回火溫度為250～550℃；2)、次高溫細晶淬火冷鍛模具真空加熱，緩慢加熱至850℃，保溫20～60min，繼續(xù)加熱至970～1160℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力；啟動油攪拌，增強冷卻換熱強度；淬火時間為10～20分鐘；回火三至四次，溫度為450～550℃，得到冷鍛模具產(chǎn)品。
所述的冷鍛模具經(jīng)鍛造(或軋制)、加工而成高碳高鉻鋼或高速鋼加熱溫度1100～1150℃，始鍛溫度1030～1060℃，采用三向鍛造變形工藝，反復鐓粗—拔長3～4次，每次鐓粗壓縮比≥50％，終鍛溫度850℃；鍛后緩慢冷卻或直接退火處理；然后加工成冷鍛模具。
所述的高溫淬火步驟中的高溫淬火溫度＝常規(guī)淬火上限溫度+(10～60)℃；次高溫細晶淬火步驟中的淬火溫度＝常規(guī)淬火平均溫度-(10～60)℃。
本發(fā)明采用冷鍛模具第一步驟為高溫淬火升溫時間和保溫時間要使碳化物完全溶解，晶界上富集的合金元素向晶內(nèi)擴散，奧氏體中碳和合金元素濃度有明顯增加。雖然合金元素濃度的增加會造成馬氏體Ms點和Mf點下降，淬火后殘余奧氏體數(shù)量增加，但鋼中的釩元素具有減少殘余奧氏體效應(yīng)。在很高的淬火溫度進行淬火，冷鍛模的強度和硬度會顯著提高；淬火時換熱強度大，冷卻速度較快，碳化物析出均勻，形成顆粒狀態(tài)，造成彌散強化效果。高溫淬火后，晶粒比較粗大，進行一次回火，消除內(nèi)應(yīng)力，為第二次細晶淬火作好準備。
第二步驟是次高溫細晶淬火高碳高鉻鋼淬火后，還存在一定數(shù)量的碳化物和殘余奧氏體，回火時有殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體的分解和碳化物的析出三個現(xiàn)象同時進行，晶粒比較粗大。采用次高溫細晶淬火，再次奧氏體化和碳化物的部分重溶、馬氏體的分解使首次淬火的晶粒得到細化，晶界尖角獲得圓化，鋼材韌性獲得較大改善。
高速鋼高溫淬火后再進行一次次高溫淬火，碳化物向M6C型高鉻碳化物轉(zhuǎn)化，硬度不減；殘余奧氏體迅速分解轉(zhuǎn)變，晶粒細化，有彌散相析出，其沖擊韌性αk值能夠提高1～3倍。
冷鍛模用高碳高鉻鋼、高速鋼原始組織通常為粗大的合金碳化物并呈網(wǎng)狀形態(tài)分布。本發(fā)明采用冷鍛模具經(jīng)鍛造(或軋制)、加工而成首先通過鍛造對其進行塑性變形，采用上限鍛造溫度和大鍛造比，將網(wǎng)狀碳化物破碎，使其呈顆粒狀均勻分布；與大塑性變形相伴隨的回復與再結(jié)晶過程，抑制了帶狀組織粗大，改善了冷鍛模的韌性，為冷鍛模高強韌性能的最終獲取做好準備。
本發(fā)明提供了一種冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，能夠使高合金鋼冷鍛模具有高強度和高耐磨損性，而且使鋼材組織得到細化，其強韌性得到顯著提高，能夠滿足冷鍛模具的使用條件，模具使用壽命也能夠穩(wěn)定在較高水平上。本發(fā)明解決了冷鍛模具因韌性不足而產(chǎn)生開裂、崩角的問題，從而提高模具使用壽命。
具體實施例方式
實施例1轎車行星齒輪冷擺輾模具采用Cr12MoV制造，常規(guī)鍛造溫度850～1030℃。冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，包括如下步驟1)、鍛造Cr12MoV加熱溫度1100～1140℃，始鍛溫度1030～1060℃，采用三向鍛造變形工藝，反復鐓粗—拔長3～4次，每次鐓粗壓縮比≥50％，終鍛溫度850℃；鍛后緩慢冷卻或直接退火處理；然后加工成冷鍛模具。碳化物不均勻度2級。
2)、高溫淬火冷鍛模具真空加熱，緩慢加熱至850℃，保溫40～50min，繼續(xù)加熱至1040～1060℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在10.00～0.10Pa。冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力。啟動油攪拌，增強冷卻換熱強度。淬火時間為10～20分鐘。淬火硬度HRC61～64。首次回火溫度為250℃。
3)、次高溫細晶淬火冷鍛模具真空加熱，緩慢加熱至850℃，保溫40～50min，繼續(xù)加熱至970～990℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在10.00～0.10Pa。冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力。啟動油攪拌。淬火時間為10～20分鐘。淬火硬度HRC60～64?；鼗鹑?，回火溫度為450～500℃，回火硬度為HRC58～61。
試樣韌性比較常規(guī)熱處理試樣Cr12MoV在1040℃淬火，200℃回火三次，沖擊韌度αk＝30(J/cm2)；本發(fā)明雙溫淬火處理試樣1040℃淬火，250℃回火一次，980℃淬火，450℃回火三次，αk＝61(J/cm2)；兩種試樣硬度均為HRC59～61。
Cr12MoV轎車行星齒輪冷擺碾模具使用壽命比較常規(guī)熱處理模具使用壽命500～1000件，報廢原因是型面齒形齒根處開裂。雙溫淬火處理模具使用壽命5000～7000件，報廢原因是型面磨損。
實施例2轎車行星齒輪冷擺輾模具用7Cr7Mo2V2Si制造。冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，包括如下步驟1)、鍛造7Cr7Mo2V2Si加熱溫度1150℃，始鍛溫度1060℃，采用三向鍛造變形工藝，反復鐓粗—拔長3～4次，每次鐓粗壓縮比≥50％，終鍛溫度≥850℃；鍛后緩冷并及時退火處理；然后加工成冷鍛模具。
2)、高溫淬火冷鍛模具真空加熱，真空緩慢加熱至860℃，保溫50～60min，繼續(xù)加熱至1130～1160℃，真空度100.0-10.0Pa，保溫油淬。入油后，立即充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力。啟動油攪拌。淬火時間20分鐘，淬火硬度HRC61～63。首次回火溫度為450℃。奧氏體晶粒度3～4級。
3)、次高溫細晶淬火真空加熱，緩慢加熱至850℃，保溫50～60min，繼續(xù)加熱至1060～1100℃，保溫，然后入油淬火；入油后，立即充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力。啟動油攪拌。淬火時間20分鐘。淬火硬度HRC61～64。回火溫度為550℃，回火三次，回火硬度為HRC59～62，奧氏體晶粒度8級。
7Cr7Mo2V2Si試樣韌性比較常規(guī)熱處理試樣1100℃淬火，530℃回火三次，αk＝78(J/cm2)；本專利雙溫淬火處理試樣1150℃淬火，450回火一次，1100℃淬火，550℃回火三次，αk＝97(J/cm2)，兩種試樣硬度HRC59-61。
7Cr7Mo2V2Si雙溫淬火冷擺碾模具使用壽命7000～10,000件，報廢原因是型面磨損。
實施例363-28/02軸承環(huán)冷輾擴粗輾芯軸采用高速鋼W6Mo5Cr4V2制造。1)、采用軋制型材棒料直接加工成冷鍛模具，原始碳化物不均勻度3級。
2)、高溫淬火工藝冷鍛模具真空加熱，預(yù)熱至850℃，保溫20min，繼續(xù)加熱至1220℃，真空度100.0～10.0Pa，保溫油淬。冷鍛模具入油后，啟動淬火油攪拌器。淬火硬度HRC61～65(平均值HRC63.8)。(殘余)奧氏體晶粒度6～8級。首次回火溫度為550℃，3)、次高溫細晶淬火緩慢加熱至850℃，保溫20min，繼續(xù)加熱至1160℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；冷鍛模具入油后，啟動淬火油攪拌器。淬火硬度HRC61～64。
回火溫度為550℃，回火四次，每次1.5h，回火硬度為HRC62～67(平均值HRC64.8)，奧氏體晶粒度10-12級，沖擊韌度αk＝76(J/cm2)。
雙溫淬火強韌化處理W6Mo5Cr4V2軸承環(huán)冷輾擴粗輾芯軸使用壽命≥10,000件，而常規(guī)熱處理的粗輾芯軸使用壽命≤3,000件。
權(quán)利要求
1.冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，其特征是包括如下步驟1)、高溫淬火冷鍛模具真空加熱至850～860℃，保溫20～60min，繼續(xù)加熱至1040～1220℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力；啟動油攪拌；淬火時間為10～20分鐘；首次回火溫度為250～550℃；2)、次高溫細晶淬火冷鍛模具真空加熱至850℃，保溫20～60min，繼續(xù)加熱至970～1160℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；在升溫過程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，使淬火油面有一個大氣壓力；啟動油攪拌；淬火時間為10～20分鐘；回火三至四次，溫度為450～550℃，得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，其特征是所述的冷鍛模具由鍛造、加工而成高碳高鉻鋼或高速鋼加熱溫度1100～1150℃，始鍛溫度1030～1060℃，采用三向鍛造變形工藝，反復鐓粗—拔長3～4次，每次鐓粗壓縮比≥50％，終鍛溫度850℃；鍛后緩慢冷卻或直接退火處理；然后加工成冷鍛模具。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高冷鍛模具韌性的方法。冷鍛模具雙溫淬火強韌化處理方法，其特征是包括如下步驟1)高溫淬火冷鍛模具在真空加熱，然后冷鍛模具入油淬火；冷鍛模具入油后，立即向冷室充入大氣，淬火時間為10～20分鐘；首次回火溫度為250～550℃；2)次高溫細晶淬火冷鍛模具真空加熱，緩慢加熱至850℃，保溫20～60min，繼續(xù)加熱至970～1160℃，保溫，然后冷鍛模具入油淬火；模具入油后，立即向冷室充入大氣，淬火時間為10～20分鐘；回火三至四次，溫度為450～550℃，得產(chǎn)品。本發(fā)明顯著地提高了冷鍛模具的韌性，提高模具使用壽命。
文檔編號C21D1/74GK1654686SQ20051001821
公開日2005年8月17日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者華林, 余際星, 趙玉民, 賈耿偉 申請人:武漢理工大學