CN103103326A - 热作模具钢真空等温处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热作模具钢真空等温处理工艺，该工艺在淬火冷却阶段中充入高压纯净氮气，并且在热作模具钢材料的马氏体开始转变温度以上的温度条件下采用分段保温后继续冷却的方式对热作模具钢工件进行处理，其中高压气淬真空炉内温度的控制通过采用计算机模拟技术，控制风机转速随炉内温度场的变化规律实现自动调节，从而控制炉内温度。本发明所述工艺充分减少了热作模具钢工件表面和心部材料间的温度差和热应力，使得当热作模具钢材料从奥氏体组织状态向马氏体组织状态转变时，极大的减弱了热应力对淬火变形的影响，使模具的淬火变形能控制在最小范围内。

Description

热作模具钢真空等温处理工艺
技术领域
本发明涉及一种金属热处理工艺，尤其涉及一种热作模具钢真空等温处理工艺。
背景技术
和常规在大气状态下的热处理形式相比，真空热处理有着它独特的优点。真空热处理是将模具或零件置于低于一个大气压的***中进行加热，即当模具或零件处于负压状态下进行加热，随后又在5～20帕大气压的高纯度氮气压力下完成冷却淬火过程，使模具获得相关的组织状态和机械性能。在真空状态下，空气极为稀薄，即氧气含量极低，因而模具经它处理后表面洁净、无氧化、无脱碳，这是其它热处理方式不可比拟的。此外在真空状态下的热传导方式主要是依靠辐射进行，由于辐射传热的速度远小于在空气中进行对流传热的速度，金属材料产生的热应力较小，因而经过真空热处理后的模具变形程度大大减小，变形也比较容易控制。鉴于上述真空热处理有着常规热处理方式无法实现的效果，因而真空热处理技术在机械行业，特别在模具热处理中得到了广泛的应用。
但是对于热作模具，特别是对那些形状复杂、尺寸较大、厚薄不均的SKD61、1.2344等压铸模具而言，虽然采用真空热处理技术可尽量减小模具的变形，但对变形的控制还不是很理想，因此在热作模具钢真空热处理作业中如何进一步改善淬火所产生的模具变形是目前面临的较大问题。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种显著改善热作模具钢真空淬火过程中产生较大形变量的等温处理工艺方法。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种热作模具钢真空等温处理工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：将待热处理的热作模具钢工件送入高压气淬真空炉中，根据热作模具钢工件技术要求设定真空气淬工艺，并按照所设定工艺分段升温，待升温至所设定真空气淬工艺的最高温度后，在所述最高温度下进行保温，所述保温时间参照所设定的真空气淬工艺；
步骤(2)：步骤(1)中所述保温过程结束后，打开冷却风机，同时在1～3秒内向高压气淬真空炉内充入压力为6兆帕压力的纯净氮气，使热作模具钢工件降温冷却，并将经步骤(1)的热作模具钢工件在所述高压气淬真空炉内冷却至500～520℃时，开始调节冷却风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在500～520℃保持3～5分钟后，恢复冷却风机的转速和纯净氮气的输入量；
步骤(3)：将经步骤(2)的热作模具钢工件继续在高压气淬真空炉内冷却至300～320℃时，开始调节冷却风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在300～320℃保持2～30分钟后，恢复冷却风机的转速和纯净氮气的输入量；
步骤(4)：将经步骤(3)的热作模具钢工件继续放置在高压气淬真空炉内冷却至70℃后，关闭冷却风机和纯净氮气，将热作模具钢工件出炉，并自然冷却至室温。
所述高压气淬真空炉包括操作***、液氮输入***、压力***、冷却***和显示***。
所述热作模具钢的真空气淬工艺参数的设定根据热作模具的材料牌号、形状、尺寸大小及技术要求进行。
设有冷却风机，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，高压气淬真空炉内温度的控制通过调节冷却风机的转速实现。
所述冷却风机转速的调节方式为通过采用计算机模拟技术，控制风机转速随高压真空气淬炉内温度场的变化规律实现自动调节。
本发明中所述工艺方法依据的原理如下。
热作模具钢为具有较高金属元素含量的高合金钢，这类钢材有一个重要的特性：当热作模具钢温度高于其材料的马氏体开始转变温度时，即材料的Ms点，其材料处于奥氏体组织状态，且奥氏体组织相对比较稳定，不会发生由奥氏体组织向马氏体组织的转变过程，即此时不会发生相变过程。在步骤(2)和步骤(3)条件的温度下进行保温，随时间延长，温度值未发生变化而停留在所设定的温度范围内。在这个温度范围中，虽然继续进行热作模具钢高温奥氏体的连续冷却，却不会发生从奥氏体向马氏体的淬火组织的转变。这一温度范围通常为稍高于该材料的Ms点，在所述温度下能够使热作模具钢冷却温度达到均匀，最大限度地减少热应力，有利于改善模具的淬火变形。
本发明的有益技术效果为：本发明充分利用了热作模具钢在高于Ms点时，其奥氏体组织具有相对稳定的重要特性，采用在两种不同的温度阶段分别进行保温的方式，充分减少了热作模具钢表面和热作模具钢心部材料间的温度差和热应力，使得当热作模具钢材料从奥氏体组织状态向马氏体组织状态转变时，极大的减弱了热应力对淬火变形的影响，使模具的淬火变形能控制在最小范围内。
附图说明
图1为本发明工艺流程操作示意图。
具体实施方式
以下结合图1及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
本实施例中所选用的压铸模具钢尺寸规格为350mm×250mm×25mm；所选用的压铸模具钢材料为高碳高铬合金钢SKD61。
实施例1
一种热作模具钢真空等温处理工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：将待热处理的热作模具钢工件送入高压气淬真空炉中，根据热作模具钢工件技术要求设定真空气淬工艺，并按照所设定的真空气淬工艺经500℃和850℃两段升温预热，待升温至所设定真空气淬工艺的最高温度1020℃后，在1020℃下进行保温60分钟；
步骤(2)：步骤(1)中所述保温过程结束后，打开冷却风机，同时在1～3秒内向高压气淬真空炉内充入压力为6兆帕压力的纯净氮气，使热作模具钢工件降温冷却，当经步骤(1)的热作模具钢工件在所述高压气淬真空炉内冷却至500℃时，开始调节风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在500℃停留5分钟后，恢复风机转速和纯净氮气的输入量；
步骤(3)：将经步骤(2)的热作模具钢工件继续在高压气淬真空炉内冷却至320℃时，开始调节风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在320℃停留30分钟，恢复风机转速和纯净氮气的输入量；
步骤(4)：将经步骤(3)的热作模具钢工件继续放置在高压气淬真空炉内冷却至70℃后，关闭风机和纯净氮气，将热作模具钢工件出炉，并自然冷却至室温。
然后将热作模具钢工件在560～600℃回火3次，每次3小时，取出后在空气中冷却，全过程结束。
成品洛氏硬度检测结果为44HRC；
成品形变量为0.18mm，小于技术要求的最低形变量0.20mm。
实施例2
一种热作模具钢真空等温处理工艺，包括以下步骤：
步骤(1)：将待热处理的热作模具钢工件送入高压气淬真空炉中，根据热作模具钢工件技术要求设定真空气淬工艺，并按照所设定的真空气淬工艺经500℃和850℃两段升温预热，待升温至所设定真空气淬工艺的最高温度1020℃后，在1020℃下进行保温60分钟；
步骤(2)：步骤(1)中所述保温过程结束后，打开冷却风机，同时在1～3秒内向高压气淬真空炉内充入压力为6兆帕压力的纯净氮气，使热作模具钢工件降温冷却，当经步骤(1)的热作模具钢工件在所述高压气淬真空炉内冷却至520℃时，开始调节风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在520℃停留3分钟后，恢复风机转速和纯净氮气的输入量；
步骤(3)：将经步骤(2)的热作模具钢工件继续在高压气淬真空炉内冷却至300℃时，开始调节风机的转速和纯净氮气的输入量，使炉内的热作模具钢工件在300℃停留5分钟，恢复风机转速和纯净氮气的输入量；
步骤(4)：将经步骤(3)的热作模具钢工件继续放置在高压气淬真空炉内冷却至70℃后，关闭风机和纯净氮气，将热作模具钢工件出炉，并自然冷却至室温。
然后将热作模具钢工件在560～600℃回火3次，每次3小时，取出后在空气中冷却，全过程结束。
成品洛氏硬度检测结果为42.6HRC；
成品形变量为0.15mm，小于技术要求的最低形变量0.20mm。
上述实施例中成品洛氏硬度的检测方法按照中华人民共和国国家标准GB/T 230.1-2009进行。
本发明中的热作模具钢材料不限于高碳高铬合金钢SKD61。

Claims (5)

1.一种热作模具钢真空等温处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：将待热处理的热作模具钢工件置于高压气淬真空炉中，根据热作模具钢工件技术要求设定真空气淬工艺，并按照所设定工艺分段升温，待升温至所设定真空气淬工艺的最高温度后，在所述最高温度下进行保温，所述保温时间参照所设定的真空气淬工艺；
步骤(2)：步骤(1)中所述保温过程结束后，在1～3秒内向高压气淬真空炉内充入压力为6兆帕压力的纯净氮气，并将经步骤(1)的热作模具钢工件在所述高压气淬真空炉内冷却至500～520℃，热作模具钢工件在500～520℃的高压气淬真空炉内保持3～5分钟；
步骤(3)：将经步骤(2)的热作模具钢工件继续在高压气淬真空炉内冷却至300～320℃，热作模具钢工件在300～320℃的高压气淬真空炉内保持2～30分钟；
步骤(4)：将经步骤(3)的热作模具钢工件继续放置在高压气淬真空炉内冷却至70℃后出炉，并自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的热作模具钢真空等温处理工艺，其特征在于：所述高压气淬真空炉包括操作***、液氮输入***、压力***、冷却***和显示***。
3.根据权利要求1所述的热作模具钢真空等温处理工艺，其特征在于：所述热作模具钢的真空气淬工艺参数的设定根据热作模具的材料牌号、形状、尺寸大小及技术要求进行。
4.根据权利要求1所述的热作模具钢真空等温处理工艺，其特征在于：设有冷却风机，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，高压气淬真空炉内温度的控制通过调节冷却风机的转速实现。
5.根据权利要求1和4所述的热作模具钢真空等温处理工艺，其特征在于：所述冷却风机转速的调节方式为通过采用计算机模拟技术，控制风机转速随高压真空气淬炉内温度场的变化规律实现自动调节。
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