CN101717892B

CN101717892B - 一种热作模具钢的回火工艺

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Publication number: CN101717892B
Application number: CN2009101554583A
Authority: CN
Inventors: 吕广奇; 陆文捷
Original assignee: Zhejiang Zhengda Mould Co ltd
Current assignee: Zhejiang Zhengda Mould Co ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN101717892A

Abstract

本发明涉及一种热作模具钢，按质量百分比计由下述组分组成：碳0.32％～0.42％，硅0.2％～0.5％，锰0.2％～0.5％，铬2.2％～2.7％，钼1.0％～3.4％，钨0.8％～2.2％，钒0.4％～0.6％，钴0.2％～1.5％，余量为Fe。一种上述热作模具钢的回火工艺，包括下述步骤：先在440～460℃回火1～2小时，冷却至室温；然后再在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温；最后在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温。本发明的热作模具钢具有高热强性、高韧性特点，采用本发明的回火工艺大大降低了材料的裂纹扩展速度，进一步提高了模具材料的韧性。

Description

一种热作模具钢的回火工艺

(一)技术领域

本发明涉及一种高热强性、高韧性的热作模具钢及其回火工艺。

(二)背景技术

随着汽车行业与相关行业的发展，对零配件的加工要求越来越高，很多零配件已采用无切削的模具化生产。对热作模具钢的性能要求是：具有较高的热稳定性，有较高的耐高温强度和足够的韧性，有良好的抗冷热疲劳强度，有良好的抗氧化性和耐蚀性。

热作模具在工作中承受着很大的压力和冲击载荷作用，而且冲击频率很高，模腔和高温金属接触，还要经受反复的加热和冷却，在时冷时热状态下，容易使模具的工作表面产生热疲劳裂纹，另外炽热金属被强制变形时，与模具型腔表面摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。热作模具主要用于热变形加工和压力铸造的模具。3Cr2W8V钢是一种典型的热强性高的热作模具钢，该钢由前苏联引进已有60多年历史，应用日久且极为广泛。传统的3Cr2W8V钢，它的优点是热强性好，缺点是韧性不够易开裂，导热性差，塑性、热疲劳性能均不理想，线膨胀系数高。工作中由于模具内腔形状复杂，工作条件恶劣。模具受到极大的冲击和磨擦，同时由于与被加工的高温金属长时间接触，工作温度可达400℃～600℃，另一方面还要受到喷入型腔冷却剂的急冷作用，使模具处于急冷急热状态下导致模具产生热疲劳。很容易产生很大热应力，导致模具产生龟裂甚至破裂，并且加热时易脱碳，降低模具抗磨损性能。市场急需一种高强韧性的热作模具钢来替代3Cr2W8V钢。3Cr2W8V钢已不能适应热作模具钢日益发展的要求。因此应属于淘汰钢种，必将被新的、要求更高热作模具钢所取代。当前市场上的其它热强型热作模具钢又不能完全替代 3Cr2W8V钢。能够开发出新型热强型热作模具钢来替代3Cr2W8V钢，是各科研机构与相关企业努力的方向。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够替代并性能完全优于3Cr2W8V钢的高热强性、高韧性的热作模具钢。

本发明所要解决的技术问题还在于提供一种所述热作模具钢的热处理回火工艺。

一种热作模具钢，按质量百分比计由下述组分组成：碳0.32％～0.42％，硅0.2％～0.5％，锰0.2％～0.5％，铬2.2％～2.7％，钼1.0％～3.4％，钨0.8％～2.2％，钒0.4％～0.6％，钴0.2％～1.5％，余量为Fe。

优选地，按质量百分比计由下述组分组成：碳0.32％～0.42％，硅0.2％～0.5％，锰0.2％～0.5％，铬2.2％～2.7％，钼2.3％～2.8％，钨1.2～1.7％，钒0.4％～0.6％，钴0.9％～1.2％，余量为Fe。

本发明的热作模具钢允许含有不可避免的夹杂，如S、P等。

本发明的热作模具钢具有下述技术特点：

(1)C、Si、Mn及Cr与3Cr2W8V钢的成份基本保持一致；

(2)用3％左右的Mo来替代6％左右的W，但保留1.5％左右的W，这样就可以大大减少热处理过程的奥氏体化后的未熔碳化物(3Cr2W8V的未熔碳化物为5％左右，而本发明的未熔碳化物为1.5％左右)，从而提高了热处理后的韧性；

(3)由于以Mo代替W后，减少了钢的碳化物总量，所以钢的韧性提高，但其高温强度又受到了影响，故本发明又加入1-1.5％左右的Co来提高强度；

(4)V的含量选择在0.4-0.6％，与3Cr2w8v相比，适当调高一点，其目的是提高耐磨性，但又不影响一次碳化物在锻造加热过程中的熔解。

一种上述热作模具钢的回火工艺，包括下述步骤：先在440～460℃回火 1～2小时，冷却至室温；然后再在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温；最后在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温。

本发明的回火工艺主要目标是让热处理后的材料保持一定量5％左右的残余奥氏体，从而大大降低材料的裂纹扩展速度，以进一步提高模具材料的韧性。通过采用本发明的热处理回火工艺，使淬火马氏体析出的碳化物非常细小弥散，及模具在服役过程中进一步自回火而出现二次硬化，从而达到延长使用寿命的目的。

(1)第一次用450℃左右的温度进行回火，目的是在回火时，淬火马氏体析出的碳化物非常细小弥散，同时还有部分的碳进入残奥氏体，提高残奥氏体的稳定性。

(2)第二次及第三次回火在520℃～560℃之间回火，其目的是提高基体的硬度及强度，同时又能保留部分残余奥氏体，由于是热作模具材料，在使用过程中模具的表层温度超过500℃以上，因此模具表层的材料又会得到进一步回火而出现二次硬化，从而达到延长使用寿命的目的。

本发明的热作模具钢具有高热强性、高韧性特点，采用本发明的回火工艺大大降低了材料的裂纹扩展速度，进一步提高了模具材料的韧性。

(四)具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细地描述，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1～5

按下表1所示配制本发明的热作模具钢原料，按传统工艺冶炼而得热作模具钢。

一种上述热作模具钢的回火工艺，包括下述步骤：先在450℃回火1.5小时，冷却至室温；然后再在540℃回火1～2小时，冷却至室温；最后在550℃回火1.5小时，冷却至室温。

表1 单位(Wt％)

C

Si

S

P

Mn

Cr

V

W

Mo

Co

Fe

实施例1

0.32 ～ 0.42

0.2～ 0.5

≤ 0.03

0.2～ 0.5

2.2～ 2.7

0.4～ 0.6

0.8～ 1.2

1.0～ 1.5

0.2～ 0.5

余量

实施例2

0.32 ～ 0.42

0.2～ 0.5

≤ 0.03

0.2～ 0.5

2.2～ 2.7

0.4～ 0.6

0.8～ 1.2

1.0～ 1.5

0.6～ 0.9

余量

实施例3

0.32 ～ 0.42

0.2～ 0.5

≤ 0.03

0.2～ 0.5

2.2～ 2.7

0.4～ 0.6

1.2～ 1.7

1.7～ 2.2

0.9～ 1.2

余量

实施例4

0.32 ～ 0.42

0.2～ 0.5

≤ 0.03

0.2～ 0.5

2.2～ 2.7

0.4～ 0.6

1.2～ 1.7

2.3～ 2.8

0.9～ 1.2

余量

实施例5

0.32 ～ 0.42

0.2～ 0.5

≤ 0.03

0.2～ 0.5

2.2～ 2.7

0.4～ 0.6

1.7～ 2.2

2.9～ 3.4

1.2～ 1.5

余量

实施例6冲击韧性对比实验

对实施例1～5的热作模具钢与3Cr2w8V进行不同硬度(HRC)下的平均冲击韧性对比实验，实验如果如下表2所示。

表2 试样规格7×10 单位：(J/cm²)

从冲击韧性的对比可以得出结论，本发明的各成份在不同的硬度(HRC)下都要大大超过3Cr2w8V钢。

实施例7寿命对比实验

在不同行业、不同使用环境下将实施例1～5的热作模具钢与3Cr2w8V钢模具的寿命对比实验，实验如果如下表3所示。

表3 单位：(件)

实验数据表明，本发明的热作模具钢在不同的场合寿命都远远高于3Cr2w8V钢。

Claims

1.一种热作模具钢的回火工艺，其特征在于：所述的热作模具钢按质量百分比计由下述组分组成：碳 0.32％～0.42％，硅 0.2％～0.5％，锰 0.2％～0.5％，铬2.2％～2.7％，钼 2.3％～2.8％，钨 1.2～1.7％，钒 0.4％～0.6％，钴 0.9％～1.2％，余量为Fe；所述的回火工艺包括下述步骤：先在440～460℃回火1～2小时，冷却至室温；然后再在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温；最后在520℃～560℃回火1～2小时，冷却至室温。

2.根据权利要求1所述热作模具钢的的回火工艺，其特征在于包括下述步骤：先在450℃回火1.5小时，冷却至室温；然后再在540℃回火1～2小时，冷却至室温；最后在550℃回火1.5小时，冷却至室温。