CN103952522A - 一种冷镦模具用硬质合金的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷镦模具用硬质合金热处理方法：（1）将烧结好的硬质合金冷镦模具放入双室真空炉的加热室，抽真空至2×10-1~4×10-1Pa；（2）加热室分两阶段升温，第一阶段5~8℃/min升至900℃、保温30~45分钟，第二阶段8~10℃/min升至温度为1100℃~1300℃、保温30~40分钟；（3）炉内充入高纯氮气作保护气，真空度0.5~0.8bar，将加热制品完全浸入冷室淬火油池内4~6分钟，然后提升、分离，冷却到60℃以下；（4）将冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度450~600℃，时间为5~6小时，随炉冷至室温出炉；本发明增加了合金中面心立方结构α-Co的含量，提高了韧性和强度，综合机械性能优良，减少了使用过程中的疲劳开裂、崩缺和早期磨损等现象，达到延长使用寿命，降低使用成本、提高使用效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金的加工处理方法，特别是涉及一种冷镦模具用硬质合金的热处理工艺。
背景技术
硬质合金冷镦模具与传统合金工具钢模具相比，其使用寿命提高十几乃至几十倍，目前，在我国标准件生产中已获得广泛应用，其需求量与日俱增。常用的冷镦模具用硬质合金材料一般为钨-钴系硬质合金，此类硬质合金的耐磨性、韧性、抗弯强度等性能在很大程度上取决于钴相在合金中的形态。对于成分相同的合金，当钴相中面心立方结构的α-Co含量较多时，钴相可较多的吸收应变能和松弛应力，较好的协调两相应变状态，合金的韧性好，抗弯强度较高；当密排六方结构的ε-Co含量较高时，钴相吸收应变能和松弛应力及协调两相应变状态的能力差，合金韧性差，抗弯强度低。目前，采用传统工艺生产的硬质合金冷镦模零件一般为含钴量20%~30%的高钴合金，硬度在HRA81~83，抗弯强度2000~2800MPa，在室温下钴相中ε-Co约占100%，无α-Co存在，虽然此类合金具有高硬度、高耐磨的优良性能，但是抗弯强度较低，韧性较差，易出现疲劳开裂、崩缺等问题导致的使用性能下降。《低钴硬质合金钎片的真空热处理方法》（CN200710049120.0）和《钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法》（CN200610020648.0）提出了利用真空热处理工艺提高钴相中α-Co含量的方法，虽然能达到提高合金综合机械性能的目的，但其都是针对低钴、中钴矿用硬质合金，其工艺方法不适用于冷镦模具用高钴硬质合金的热处理。
发明内容
本发明的目的是开发研究一种冷镦模具用硬质合金淬火热处理的工艺方法，以增加合金中面心立方结构α-Co的含量，提高合金的韧性和强度，使应用此类合金的冷镦模具产品获得优良的综合机械性能，减少使用过程中的疲劳开裂、崩缺和早期磨损等现象，达到延长使用寿命，降低使用成本、提高使用效率的目的。
为解决上述技术问题，本发明冷镦模具用硬质合金的热处理方法，依次包括以下步骤：
（1）将烧结好的硬质合金冷镦模具制品放入具有加热室与冷室的双室真空炉的加热室内，抽真空至2×10-1~4×10-1Pa；
（2）然后将加热室分两个阶段升温，第一阶段按5~8℃/min的升温速度升至900℃、保温30~45分钟，第二阶段按8~10℃/min的升温速度升至温度为1100℃~1300℃、保温30~40分钟；
（3）向真空炉内充入高纯度氮气作为保护气，控制炉内真空度范围在0.5~0.8bar，将加热制品完全浸入冷室淬火油池内，淬火处理4~6分钟，然后提升制品使其与油池分离，待其冷却到60℃以下；
（4）将上述冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度为450~600℃，回火时间为5~6小时，随炉冷却至室温出炉。
作为优化一，针对粘结相为纯钴、质量百分比为25%、晶粒度3.2μm的冷镦模具用硬质合金，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以5℃/min的升温速度升至900℃、保温35分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1210℃、保温30分钟；步骤（3）的淬火处理时间为5分钟；步骤（4）的回火温度为450℃、时间为6小时。
作为优化二，针对粘结相为纯钴、质量百分比为22%、晶粒度2.4μm的冷镦模具用硬质合金，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以同样的升温速度加热至1250℃、保温35分钟；步骤（3）的淬火处理时间为4分钟；步骤（4）的回火温度为500℃、时间为5小时。
作为优化三，针对粘结相为纯钴、质量百分比为20%、晶粒度2.0μm的冷镦模具用硬质合金，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1300℃、保温35分钟；步骤（3）的淬火处理时间为4分钟；步骤（4）的回火温度为500℃、时间为6小时。
含钴量20%~30%的硬质合金冷镦模具零件经本发明的淬火—回火热处理工艺后，制品Co相中的α-Co相可提高到40%~75%，使合金的韧性在不降低耐磨性的前提下获得提高；抗弯强度较处理前提高10%~20%；在相同使用条件下，热处理后的制品比热处理前制品的使用寿命提高15%~30%。综上所述，本发明方法可有效增加合金钴相韧性和固溶强化效果，提高硬质合金冷镦模具的综合机械性能，降低使用中出现的疲劳开裂、崩缺和早期磨损等现象，使硬质合金强度提升200N/mm2以上, 延长了冷镦模具产品的使用寿命，使其使用成本显著降低。
具体实施方式
实施例1：粘结相为纯钴、质量百分比为25%、晶粒度3.2μm的硬质合金冷镦模具制品的热处理。
将烧结好的硬质合金冷镦模具制品放入具有加热室与冷室的150型双室真空炉的加热室内，抽真空至两室真空工作压强在2×10-1~4×10-1Pa之间；然后将加热室温度以5℃/min的升温速度升至900℃、保温35分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1210℃、保温30分钟；随后，向真空炉内充入高纯度氮气作为保护气，控制炉内真空度范围在0.5~0.8bar，将加热后的制品送入冷室，完全浸入淬火油池内，淬火处理5分钟，然后提升制品使其与油池分离，待其冷却到60℃以下；将冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度为450℃，回火时间为6小时，然后随炉冷却至室温出炉。
经检测，处理后的制品抗弯强度平均为3100MPa，较处理前的平均值提高20%，硬度平均为84HRA，XRD检测结果表明（以下实施例同）Co相中的α-Co相提高到55%，使用寿命比处理前提高27%。
实施例2：粘结相为纯钴、质量百分比为22%、晶粒度2.4μm的硬质合金冷镦模具制品的热处理。
将烧结好的硬质合金冷镦模具制品放入150型双室真空炉的加热室内，抽真空至两室真空工作压强在2×10-1~4×10-1Pa之间；然后将加热室温度以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以相同的升温速度加热至1250℃、保温35分钟；随后，向真空炉内充入高纯度氮气作为保护气，控制炉内真空度范围在0.5~0.8bar，将加热后的制品送入冷室，完全浸入淬火油池内，淬火处理4分钟，然后提升制品使其与油池分离，待其冷却到60℃以下；将冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度为500℃，回火时间为5小时，然后随炉冷却至室温出炉。
经检测，处理后的制品抗弯强度平均为3000MPa，较处理前的平均值提高17%，硬度平均为85HRA，Co相中的α-Co相提高到60%，使用寿命比处理前提高20%。
实施例3：粘结相为纯钴、质量百分比为20%、晶粒度2.0μm的硬质合金冷镦模具制品的热处理。
将烧结好的硬质合金冷镦模具制品放入150型双室真空炉的加热室内，抽真空至两室真空工作压强在2×10-1~4×10-1Pa之间；然后将加热室温度以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1300℃、保温35分钟；随后，向真空炉内充入高纯度氮气作为保护气，控制炉内真空度范围在0.5~0.8bar，将加热后的制品送入冷室，完全浸入淬火油池内，淬火处理4分钟，然后提升制品使其与油池分离，待其冷却到60℃以下；将冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度为500℃，回火时间为6小时，然后随炉冷却至室温出炉。
经检测，处理后的制品抗弯强度平均为3000MPa，较处理前的平均值提高15%，硬度平均为86HRA，Co相中的α-Co相提高到65%，使用寿命比处理前提高25%。
Claims (4)
1.一种冷镦模具用硬质合金的热处理方法，依次包括以下步骤：
（1）将烧结好的硬质合金冷镦模具制品放入具有加热室与冷室的双室真空炉的加热室内，抽真空至2×10-1~4×10-1Pa；
（2）然后将加热室分两个阶段升温，第一阶段按5~8℃/min的升温速度升至900℃、保温30~45分钟，第二阶段按8~10℃/min的升温速度升至温度为1100℃~1300℃、保温30~40分钟；
（3）向真空炉内充入高纯度氮气作为保护气，控制炉内真空度范围在0.5~0.8bar，将加热制品完全浸入冷室淬火油池内，淬火处理4~6分钟，然后提升制品使其与油池分离，待其冷却到60℃以下；
（4）将上述冷却后的制品置于真空回火炉内回火处理，回火温度为450~600℃，回火时间为5~6小时，随炉冷却至室温出炉。
2.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金的热处理方法，其特征是：所述冷镦模具用硬质合金的粘结相为纯钴、质量百分比为25%、晶粒度3.2μm时，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以5℃/min的升温速度升至900℃、保温35分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1210℃、保温30分钟；步骤（3）的淬火处理时间为5分钟；步骤（4）的回火温度为450℃、时间为6小时。
3.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金的热处理方法，其特征是：所述冷镦模具用硬质合金的粘结相为纯钴、质量百分比为22%、晶粒度2.4μm时，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以同样的升温速度加热至1250℃、保温35分钟；步骤（3）的淬火处理时间为4分钟；步骤（4）的回火温度为500℃、时间为5小时。
4.根据权利要求1所述的冷镦模具用硬质合金的热处理方法，其特征是：所述冷镦模具用硬质合金的粘结相为纯钴、质量百分比为20%、晶粒度2.0μm时，其热处理步骤（2）两个阶段升温分别是先以8℃/min的升温速度升至900℃、保温40分钟，再以10℃/min的升温速度加热至1300℃、保温35分钟；步骤（3）的淬火处理时间为4分钟；步骤（4）的回火温度为500℃、时间为6小时。
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