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      一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝的制作方法

      文檔序號(hào):3414282閱讀:506來源:國(guó)知局
      專利名稱:一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及鋼的熱處理技術(shù)領(lǐng)域,具體地來說為一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝。
      背景技術(shù)
      低耐熱性熱作模具鋼主要用于鍛壓模具和錘鍛模具的生產(chǎn)。大型鍛模在服役時(shí)承受的循環(huán)打擊力達(dá)上百麗,由于與高溫金屬(800°C 1200°C )接觸,鍛模溫度可達(dá)300°C 500°C,因此,鍛模用低耐熱性熱作模具鋼除了要具有高的淬透性、高溫強(qiáng)度、沖擊韌性和抗回火穩(wěn)定性外,還要有良好的耐疲勞性能和導(dǎo)熱性,保證鍛模在急冷急熱的條件 下不致產(chǎn)生熱龜裂。近年來,隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展,模具產(chǎn)業(yè)和模具鋼生產(chǎn)企業(yè) 都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,同時(shí),針對(duì)關(guān)鍵重大裝備中高端、大型鍛件的需求,熱加工行業(yè)對(duì)熱作模具鋼的性能提出了更高的要求。低耐熱性熱作模具鋼的合金含量少、生產(chǎn)成本低,且具有很高的強(qiáng)度和良好的韌塑性,是當(dāng)前最廣泛應(yīng)用的模具鋼種類之一。在實(shí)際生產(chǎn)中,低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝通常采用淬火油冷卻處理,可避免淬火開裂,且獲得以馬氏體為主的組織狀態(tài)和較高的強(qiáng)度性能。然而,由于低耐熱性熱作模具鋼的合金元素含量低、淬透性一般,大型模具鋼的心部區(qū)域在油冷淬火時(shí)將不可避免的產(chǎn)生上貝氏體組織,模具鋼尺寸越大,上貝氏體組織所占的區(qū)域就越大。大量上貝氏體組織的形成會(huì)嚴(yán)重惡化低耐熱性熱作模具鋼的沖擊韌性,對(duì)模具的使用安全性存在威脅。

      發(fā)明內(nèi)容
      針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用淬火油作為低耐熱性熱作模具鋼淬火熱處理的冷卻介質(zhì),對(duì)于大尺寸模具鋼,存在淬火油冷卻能力不佳,易在模具鋼心部很大區(qū)域內(nèi)生成上貝氏體組織,導(dǎo)致綜合力學(xué)性能不理想等不足之處,本發(fā)明的目的在于提供一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,解決淬火油冷卻能力不足引起大量上貝氏體組織產(chǎn)生,從而劣化性能的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,低耐熱性熱作模具鋼,其化學(xué)成分按重量百分含量為,C :0. 4 O. 6, Si 0. I O. 5,Mn 0. 6 I. O,Cr 0. 9 I. 3,Mo 0. 4 O. 6,Ni 1. 4 2. O, V 0. 06 O. I,P S O. 01,S S O. 01,Fe :余量,長(zhǎng)度尺寸為 2500mm 4000mm,厚度d為700mm 1500mm ;對(duì)低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝為,首先,對(duì)低耐熱性熱作模具鋼進(jìn)行加熱升溫、保溫和充分的奧氏體化;其次,以不同的冷卻方式進(jìn)行分段淬火冷卻熱處理;最后,當(dāng)?shù)湍蜔嵝詿嶙髂>咪摰谋砻鏈囟冉档椭烈欢ǚ秶?,立即進(jìn)行回火熱處理;具體步驟如下I)加熱升溫以50°C /h 100°C /h的加熱升溫速率加熱至低耐熱性熱作模具鋼的奧氏體化溫度;
      2)保溫將加熱至奧氏體化溫度的低耐熱性熱作模具鋼,進(jìn)行保溫處理,使模具鋼內(nèi)外溫度完全一致、組織成分充分均勻化,淬火保溫時(shí)間按照t = mXd來計(jì)算,其中t表示保溫時(shí)間,m為O. 5min/mm lmin/mm, d為低耐熱性熱作模具鋼的厚度;3)淬火冷卻經(jīng)過步驟2)的低耐熱性熱作模具鋼以先空冷,水冷,再空冷,油冷的方式使低耐熱性熱作模具鋼完成淬火冷卻;4)入爐回火將淬火冷卻結(jié)束的低耐熱性熱作模具鋼轉(zhuǎn)入250°C 350°C的回火爐中進(jìn)行回火熱處理。步驟I)中,奧氏體化溫度在Ac3 900°C之間。步驟3)中,空冷時(shí)間5min lOmin,水冷時(shí)間25min 35min,再次空冷時(shí)間為5min IOmin,油冷時(shí)間150min 250min ;淬火冷卻結(jié)束時(shí)低耐熱性熱作模具鋼的表明溫 度為 300°C~ 2500C ο所述步驟4)中,回火爐預(yù)熱溫度為250°C 350°C。本發(fā)明的物理冶金學(xué)分析低耐熱性熱作模具鋼依據(jù)冷卻速率的高低,會(huì)得到上貝氏體組織、下貝氏體組織和馬氏體組織。由于馬氏體與下貝氏體之間的臨界冷卻速率以及下貝氏體與上貝氏體之間的臨界冷卻速率較高,因此,大尺寸的低耐熱性熱作模具鋼在油冷淬火時(shí),心部區(qū)域的冷卻速率將很低,不足以形成下貝氏體或馬氏體組織,而主要以上貝氏體組織為主,上貝氏體組織的大量產(chǎn)生將明顯惡化模具鋼的沖擊韌性,易產(chǎn)生脆性斷裂的危險(xiǎn),相比之下,馬氏體和下貝氏體的綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于上貝氏體組織。通過采用冷卻能力更強(qiáng)的淬火介質(zhì)(如,水),雖然可以明顯提高大尺寸低耐熱性熱作模具鋼的冷速,達(dá)到優(yōu)化組織性能的目的,但是,開裂風(fēng)險(xiǎn)性也將大大提高。金屬材料的熱處理淬火變形或開裂現(xiàn)象主要是由熱處理過程中的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力等造成。在快速冷卻(水淬)過程中,材料的熱應(yīng)力會(huì)顯著增大,伴隨著相變溫度區(qū)間(特別是馬氏體相變)的組織應(yīng)力,材料極有可能淬火開裂,特別是對(duì)于淬裂敏感性的大塊材料。常用的低耐熱性熱作模具鋼的碳當(dāng)量在O. 8%左右,具有較強(qiáng)的淬裂敏感性,應(yīng)慎重選擇以水為介質(zhì)的淬火方式。本發(fā)明基于上述兩點(diǎn)問題,將單一淬火油介質(zhì)的淬火熱處理方式改為分階段冷卻淬火。奧氏體化保溫結(jié)束時(shí),首先,將低耐熱性熱作模具鋼進(jìn)行短時(shí)的空冷,可以防止邊角區(qū)域在急速冷卻條件下的崩裂;其次,將模具鋼轉(zhuǎn)入水中冷卻,冷卻時(shí)間為25min 35min,水冷過程可以有效提升冷卻速率,使更大部分區(qū)域的冷速能高于上貝氏體相變的臨界冷速。同時(shí),25min 35min的水冷過程僅僅使IOOmm左右的區(qū)域發(fā)生馬氏體相變,大部分區(qū)域的溫度仍高于500°C,低于貝氏體相變的開始溫度,仍處于奧氏體組織狀態(tài)、未發(fā)生相變,產(chǎn)生的組織應(yīng)力較小;最后,將模具鋼經(jīng)5min IOmin的空冷,使表面回溫并釋放應(yīng)力,再轉(zhuǎn)入油中完成冷卻。在淬火油中冷卻將得到較低的應(yīng)力水平,并在前期獲得的冷速基礎(chǔ)上完成材料的組織轉(zhuǎn)變。經(jīng)過150min 250min的油冷過程,當(dāng)模具鋼的表明溫度穩(wěn)定在300°C 250°C時(shí),轉(zhuǎn)入回火爐中,防止冷至室溫時(shí)產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.本發(fā)明根據(jù)低耐熱性熱作模具鋼淬火過程中不同冷卻速率下的微觀組織演化特點(diǎn),對(duì)低耐熱性熱作模具鋼采取不同溫度不同冷卻介質(zhì)的分階段淬火工藝。在保證現(xiàn)有鋼種和生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上,成功解決了合金含量少、生產(chǎn)成本低、噸位尺寸大的低耐熱性熱作模具鋼油冷淬火時(shí),由于淬火油冷卻能力不足引起的組織性能差的問題。2.本發(fā)明根據(jù)低耐熱性熱作模具鋼連續(xù)冷卻過程中微觀組織的變化特征,通過短時(shí)空冷(5min IOmin)、水冷(25min 35min)、再空冷(5min IOmin)、油冷(150min 250min)的淬火工藝,獲得較高的冷卻速率和較低的殘余應(yīng)力,以避免低耐熱性熱作模具鋼中大量上貝氏體組織的產(chǎn)生和淬火熱處理變形開裂現(xiàn)象的出現(xiàn),達(dá)到提高綜合力學(xué)性能、延長(zhǎng)使用壽命的目的。


      圖I為本發(fā)明低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝示意圖;圖2為表面以下150mm位置的金像組織對(duì)比(a)實(shí)施例I和(b)比較例I。
      具體實(shí)施方式
      如圖I所示,本發(fā)明低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,首先對(duì)低耐熱性熱作模具鋼進(jìn)行充分的奧氏體化處理,其次進(jìn)行不同溫度不同冷卻介質(zhì)的分段淬火熱處理,最后當(dāng)溫度降低到300°C 250°C時(shí)淬火結(jié)束立即回火。低耐熱性熱作模具鋼,重量百分含量的化學(xué)成分為,C :0· 4 O. 6,Si 0. I O. 5,Mn 0. 6 I. 0,Cr 0. 9 I. 3,Mo 0. 4
      O.6,Ni 1. 4 2. O, V 0. 06 O. I,P S O. 01,S S O. 01,Fe :余量,長(zhǎng)度尺寸為 2500mm 4000mm,厚度為 700mm 1500mm。實(shí)施例I冶煉澆注的鋼錠重量為140t,經(jīng)過兩次鐓粗、拔長(zhǎng)工藝后加工成尺寸為3000mmX IOOOmmX800mm的模具鋼,經(jīng)化學(xué)分析,其具體成分如表I所示。表I*實(shí)施例I中低耐熱性熱作模具鋼的化學(xué)成分(重量百分?jǐn)?shù),% )
      權(quán)利要求
      1.一種低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,其特征在于低耐熱性熱作模具鋼,其化學(xué)成分按重量百分含量為,C :0. 4 O. 6,Si :0. I O. 5,Mn :0. 6 I. 0,Cr :0. 9 I.3,Mo 0. 4 O. 6,Ni 1. 4 2. 0,V 0. 06 O. 1,P S O. 01,S S O. 01,F(xiàn)e :余量,長(zhǎng)度尺寸為2500mm 4000mm,厚度d為700mm 1500mm ;對(duì)低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝為,首先,對(duì)低耐熱性熱作模具鋼進(jìn)行加熱升溫、保溫和充分的奧氏體化;其次,以不同的冷卻方式進(jìn)行分段淬火冷卻熱處理;最后,當(dāng)?shù)湍蜔嵝詿嶙髂>咪摰谋砻鏈囟冉档椭烈欢ǚ秶?,立即進(jìn)行回火熱處理;具體步驟如下 1)加熱升溫以50°C/h 100°C /h的加熱升溫速率加熱至低耐熱性熱作模具鋼的奧氏體化溫度; 2)保溫將加熱至奧氏體化溫度的低耐熱性熱作模具鋼,進(jìn)行保溫處理,使模具鋼內(nèi)外溫度完全一致、組織成分充分均勻化,淬火保溫時(shí)間按照t = mXd來計(jì)算,其中t表示保溫時(shí)間,m為O. 5min/mm lmin/mm, d為低耐熱性熱作模具鋼的厚度; 3)淬火冷卻經(jīng)過步驟2)的低耐熱性熱作模具鋼以先空冷,水冷,再空冷,油冷的方式使低耐熱性熱作模具鋼完成淬火冷卻; 4)入爐回火將淬火冷卻結(jié)束的低耐熱性熱作模具鋼轉(zhuǎn)入250°C 350°C的回火爐中進(jìn)行回火熱處理。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,其特征是步驟I)中,奧氏體化溫度在Ac3 900 V之間。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,其特征是所述步驟3)中,空冷時(shí)間5min IOmin,水冷時(shí)間25min 35min,再次空冷時(shí)間為5min IOmin,油冷時(shí)間150min 250min ;淬火冷卻結(jié)束時(shí)低耐熱性熱作模具鋼的表明溫度為300°C 250。。。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,其特征是所述步驟4)中,回火爐預(yù)熱溫度為250°C 350°C。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及鋼的熱處理技術(shù)領(lǐng)域,提供了涉及合金含量少、生產(chǎn)成本低、特別是噸位尺寸大的低耐熱性熱作模具鋼的淬火熱處理工藝,解決淬火油冷卻能力不足引起大量上貝氏體組織產(chǎn)生,從而劣化性能的問題;首先,對(duì)低耐熱性熱作模具鋼進(jìn)行升溫、保溫和充分的奧氏體化;其次,以不同溫度不同冷卻介質(zhì)的方式進(jìn)行分段淬火熱處理;當(dāng)?shù)湍蜔嵝詿嶙髂>咪摰谋砻鏈囟冉档椭烈欢ǚ秶螅⒓催M(jìn)行回火熱處理;本發(fā)明根據(jù)低耐熱性熱作模具鋼連續(xù)冷卻過程中微觀組織的變化特征,通過分段淬火工藝獲得較高的冷卻速率和較低的殘余應(yīng)力,以避免低耐熱性熱作模具鋼中大量上貝氏體組織的產(chǎn)生和淬火熱處理變形開裂現(xiàn)象的出現(xiàn),達(dá)到提高綜合力學(xué)性能、延長(zhǎng)使用壽命的目的。
      文檔編號(hào)C22C38/46GK102776450SQ20111011919
      公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
      發(fā)明者孫明月, 李殿中, 樊夢(mèng)婷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
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