CN104498685A - 热作模具钢锻件的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重型工业热处理技术领域，具体涉及热作模具钢锻件的热处理工艺，包括球化退火、淬火、冷却、回火。适用于5CrNiMo模具钢或H13模具钢。淬火前增加球化退火热处理，使工件预备热处理组织转变为球状珠光体+渗碳体，降低工件急冷开裂的风险；提高淬火温度，使奥氏体化更加充分；提高淬火介质的温度，通过采用40-60℃的温水作为淬火介质，在保证工件不开裂的前提下，提高了工件的性能；上述3个改进点相互结合，使工件的性能，尤其是冲击性，得到了很明显的改善，满足性能要求。
Description
技术领域
本发明属于重型工业热处理技术领域，具体涉及热作模具钢锻件的热处理工艺。
背景技术
近年来,随着重工行业的不断发展，对锻件性能的要求越来越高，例如5CrNiMo、H11、H13等热作模具钢，对硬度及机械性能的要求严格，尤其是冲击性能。
现有技术在热作模具钢锻件的热处理工艺中，也有使用退火处理的，如公开号为CN1540001A的中国专利公开了一种H13钢等温球化退火工艺，在升温到840-890℃保温2-4小时之前，先随炉升温到680℃预热1小时，500℃以下出炉空冷之前先随炉冷至710-740℃后保温3-4小时，采用此工艺处理的H13钢热作模具使用寿命提高1-2倍，但只是采用退火处理，对工件冲击性能的影响幅度有限。
现有技术中淬火使用油冷，因冷却速度慢性能达不到要求，而水冷则容易开裂，造成工件报废。有些生产企业采用含有一定比例的有机聚合物溶液作为冷却介质，来达到要求，但有机聚合物的成本高，消耗也大。
发明内容
为了解决以上现有技术中热作模具钢锻件的热处理工艺中存在的成本高、性能提升幅度有限的问题，本发明提供了一种成本低、大幅提升热作模具钢锻件各项性能的热作模具钢锻件的热处理工艺。
本发明是通过以下措施实现的：
一种热作模具钢锻件的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）球化退火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8-10h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃，保温10-15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉；
（2）淬火：经过步骤（1）球化退火的锻件在≤400℃装炉，以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2-4h，再以≤80℃/h的升温速度升温至860-880℃，保温10-12h；
（3）冷却：经过步骤（2）的锻件采用空冷2-5分钟，水冷3-8分钟，空冷1-1.5分钟，水冷3-8分钟，油冷60-100分钟的方式进行冷却，水温为40-60℃，油温为30-80℃；
（4）回火：经过步骤（3）的锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560-600℃，保温18-20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
所述热作模具钢为5CrNiMo模具钢。
所述的热处理工艺，优选步骤（1）淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃保温15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉。
所述的热处理工艺，优选步骤（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至880℃，保温10h。
所述的热处理工艺，优选步骤（3）冷却：经过步骤（2）的锻件采用空气中冷却2.5分钟，水冷3分钟，空冷1.5分钟-水冷3分钟-油冷100分钟的方式进行冷却；水温为60℃，油温50℃。
所述的热处理工艺，优选步骤（4）回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
一种热作模具钢锻件的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）球化退火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860-880℃保温8-12h，以≤30℃/h炉冷至760-780℃保温26-35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃；
（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3-6h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1020-1070℃，保温10-16h，使工件充分奥氏体化；
（3）冷却：将用行车把工件从炉子内取出，然后采用空冷2-5分钟，水冷5-10分钟，空冷1分钟，水冷5-10分钟，油冷120分的方式进行冷却；水温为40-60℃，油温为30-100℃；
（4）回火：在≤300℃下装炉，300℃保温3-6h，再以≤60℃/h的速度升至580-620℃保温20-26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次；
所述模具钢为H13模具钢。
所述的热处理工艺，优选步骤（1）球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860℃保温12h，以≤30℃/h炉冷至760℃保温35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃。
所述的热处理工艺，优选步骤（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1050℃，保温16h。
所述的热处理工艺，优选步骤（3）冷却：采用空冷2.5分钟，水冷8分钟，空冷1分钟，水冷8分钟，油冷120分的方式进行冷却，水温为40℃，油温60℃。
所述的热处理工艺，优选步骤（4）回火：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次。
5CrNiMo材质等热作模具钢的工件尺寸外径2280㎜、内径1770㎜、长2100㎜调质初期使用传统冷却剂油作为冷却介质，冲击达不到性能要求，通过实验在工艺上进行了参数更改，提高淬火加热温度及淬火介质的温度，使用了40-60℃的温水进行淬火，取得了显著效果。
本发明的有益效果：
1、淬火前增加球化退火热处理，使工件预备热处理组织转变为球状珠光体+渗碳体，降低工件急冷开裂的风险；
2、提高淬火温度，使奥氏体化更加充分；
3、提高淬火介质的温度，通过采用40-60℃的温水作为淬火介质，在保证工件不开裂的前提下，提高了工件的性能；
4、上述3个改进点相互结合，使工件的性能，尤其是冲击性，得到了很明显的改善，满足性能要求。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1：5CrNiMo模具钢热处理
提高冷却速度，增加淬硬层深，使机械性能达到客户要求，工件进行以下热处理试验：
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃保温15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至880℃，保温10h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：将水温升高至60℃，工件在860℃，保温12h结束后，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空气中冷却2.5分钟-水3分钟-空1.5分钟-水3分钟-油（油温50℃）100分的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
锻件的力学性能检验数据如表1所示，力学性能全部满足要求。
表1力学性能
对比实施例1：5CrNiMo模具钢热处理
1、淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至880℃，保温10h，使工件充分奥氏体化；
2、冷却：将水温升高至60℃，工件在880℃，保温10h结束后，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空气中冷却2.5分钟-水3分钟-空1.5分钟-水3分钟-油冷100分（油温50℃）的方式进行冷却；
3、冷却结束后及时回火，回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
表2对比实施例1的力学性能
对比实施例2：5CrNiMo模具钢热处理
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃保温15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至860℃，保温10h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：将水温升高至60℃，工件在860℃，保温10h结束后，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空气中冷却2.5分钟-水3分钟-空1.5分钟-水3分钟-油（油温50℃）100分的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
表3对比实施例2的力学性能
对比实施例3：5CrNiMo模具钢热处理
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃保温15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至880℃，保温12h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：行车把工件从炉子内取出，行驶至油槽处并将工件放入油槽，工件在油中冷却120分钟（油温50℃）的方式进行冷却；
另一种冷却：行车把工件从炉子内取出，行驶至PAG淬火液槽处并将工件放入槽中，工件在PAG淬火液中冷却100分钟（PAG温度30℃）的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
表4对比实施例3的力学性能
实施例2：H13模具钢热处理
提高冷却速度，增加淬硬层深，使机械性能要求达到客户要求，工件进行以下热处理试验：
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860℃保温12h，以≤30℃/h炉冷至760℃保温35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1050℃，保温16h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：将水温升高至40℃，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空冷2.5分钟-水8分钟-空1分钟-水8分钟-油冷（油温60℃）120分的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火执行工艺：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次，工艺过程结束。
锻件的力学性能检验数据如表5所示，力学性能全部满足要求。
表5 力学性能
对比实施例4： H13模具钢热处理
1、淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1050℃，保温12h，使工件充分奥氏体化；
2、冷却：将水温升高至40℃，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空冷2.5分钟-水8分钟-空1分钟-水8分钟-油冷（油温60℃）120分的方式进行冷却；
3、冷却结束后及时回火，回火执行工艺：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次，工艺过程结束。力学性能见表6。
表6对比实施例4的力学性能
对比实施例5：H13模具钢热处理
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860℃保温12h，以≤30℃/h炉冷至760℃保温35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1050℃，保温16h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：用行车把工件从炉子内取出，然后采用油冷180分（油温60℃）的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火执行工艺：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次，工艺过程结束。
表7 对比实施例5的力学性能
对比实施例6：H13模具钢热处理
1、淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860℃保温12h，以≤30℃/h炉冷至760℃保温35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃；
2、淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1000℃，保温16h，使工件充分奥氏体化；
3、冷却：将水温升高至40℃，用行车把工件从炉子内取出，然后采用空冷2.5分钟-水8分钟-空1分钟-水8分钟-油120分（油温60℃）的方式进行冷却；
4、冷却结束后及时回火，回火执行工艺：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次，工艺过程结束。
表8 对比实施例6的力学性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热作模具钢锻件的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）球化退火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8-10h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃，保温10-15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉；
（2）淬火：经过步骤（1）球化退火的锻件在≤400℃装炉，以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2-4h，再以≤80℃/h的升温速度升温至860-880℃，保温10-12h；
（3）冷却：经过步骤（2）的锻件采用空冷2-5分钟，水冷3-8分钟，空冷1-1.5分钟，水冷3-8分钟，油冷60-100分钟的方式进行冷却，水温为40-60℃，油温为30-80℃；
（4）回火：经过步骤（3）的锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560-600℃，保温18-20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可；
所述热作模具钢为5CrNiMo模具钢。
2.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于步骤（1）淬火前增加球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至820℃保温8h，然后以≤15℃/h炉冷至760℃保温15h，然后按≤10℃/h的速度炉冷至400℃出炉。
3.根据权利要求1或2所述的热处理工艺，其特征在于步骤（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉以≤60℃/h的速度升至650℃，保温2h，再以≤80℃/h的升温速度升温至880℃，保温10h。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热处理工艺，其特征在于步骤（3）冷却：经过步骤（2）的锻件采用空气中冷却2.5分钟，水冷3分钟，空冷1.5分钟-水冷3分钟-油冷100分钟的方式进行冷却；水温为60℃，油温50℃。
5.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于步骤（4）回火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至560℃保温20h，然后以≤30℃/h炉冷至300℃出炉既可。
6.一种热作模具钢锻件的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）球化退火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860-880℃保温8-12h，以≤30℃/h炉冷至760-780℃保温26-35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃；
（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3-6h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1020-1070℃，保温10-16h，使工件充分奥氏体化；
（3）冷却：将用行车把工件从炉子内取出，然后采用空冷2-5分钟，水冷5-10分钟，空冷1分钟，水冷5-10分钟，油冷120分的方式进行冷却；水温为40-60℃，油温为30-100℃；
（4）回火：在≤300℃下装炉，300℃保温3-6h，再以≤60℃/h的速度升至580-620℃保温20-26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次；
所述模具钢为H13模具钢。
7.根据权利要求6所述的热处理工艺，其特征在于步骤（1）球化退火工艺：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至860℃保温12h，以≤30℃/h炉冷至760℃保温35h，然后按≤30℃/h的速度炉冷至240℃。
8.根据权利要求6或7所述的热处理工艺，其特征在于步骤（2）淬火：锻件在≤400℃下装炉，以≤60℃/h的速度升至680℃保温3h，再以≤80℃/h的升温速度升温至1050℃，保温16h。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的热处理工艺，其特征在于步骤（3）冷却：采用空冷2.5分钟，水冷8分钟，空冷1分钟，水冷8分钟，油冷120分的方式进行冷却，水温为40℃，油温60℃。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的热处理工艺，其特征在于步骤（4）回火：在≤300℃下装炉，300℃保温6h，再以≤60℃/h的速度升至580℃保温26h，然后以≤30℃/h炉冷至240℃出炉，回火过程重复2次。
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