CN111020152A - 一种热作模具钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种热作模具钢的制造方法。其特征在于，包括：毛坯锻造、退火、机械粗加工、精加工成型、淬火、高温回火、钳工整修、抛光、模具装配、试模；所述的热作磨具钢为5H12、H13、8418中的一种。本发明采用水浴循环淬火处理使其粗大的层片组织转变为均匀细小的组织，且不易造成钢材断裂。充分利用了快速加热和循环处理两方面的作用，快速进行加热，生成大量奥氏体晶核，出现并得到细小的晶粒；这个过程进行的速度越快，温差越大，其得到的细化效果越好。

Description

一种热作模具钢的制造方法
技术领域
本申请涉及金属加工处理技术领域，具体而言，涉及一种热作模具钢的制造方法。
背景技术
热作模具是用来将加热的金属或液体金属制成所需产品的工装，如热锻模具、热镦模具、热挤压模具、压铸模具和高速成型模具等，
各种热作模具都是在较高温度下进行工作的，尤其是在钢的热挤压中和钢的压铸中，钢的温度在1200～1500℃范围，因此对热作模具钢最主要的性能要求是钢的耐热性，其次是韧性和抗冷热疲劳性能。热作模具所采用的各种模具用钢统称为热作模具钢。
热作模钢具经过锻造后，要进行热处理。热处理是热作模具钢制造中不可缺少的重要工序。热处理目的就是通过加热和冷却的方法，改变钢的组织，提高硬度、韧性等力学性能。对不同的热作模具采取不同的热处理工艺，以达到要求的使用性能。热处理对热作模具的质量和使用寿命都有重要的影响。
如果制作方法不好，热处理不得当，那么热作模具在使用过程中会出现塑性变形、开裂、磨钝、搓板状花纹和热磨损等现象。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明通过超细化热处理，采用水为介质进行淬火处理，采用加热和冷却交替并进行循环处理的淬火方式。经过超细化热处理后的热作模具刚带状组织不仅可满足北美NADCA#207-2003图谱标准的要求，而且基本可达到SA～SB系列八个级别要求带状组织的要求，球化组织可达到AS1～AS5五个级别的要求，超细化处理后钢的性能，如横、纵向冲击功的性能值较未进行超细化处理的性能值明显要高。
本发明的技术方案是：热作模具钢的超细化热处理方法，其特征在于包括水浴循环淬火、回火工艺。
所述热作磨具钢为5H12、H13、8418中的一种。
所述5H12的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热温度为300-450℃，预热时间≥10h；加热到1050-1100℃,400-600分级冷却。
所述5H12的回火工艺包括两次回火，第一次回火：240-350℃保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至535-580℃,保温6-10h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至240-350℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至540℃，保温10h,冷却至室温。加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
所述H13的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为550℃,850℃，预热时间≥8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为30-50℃/h加热到1020-1050℃,350-550分级冷却。
所述H13的回火工艺采用550-650高温回火,第一次回火温度为560-580℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至630℃,保温6-10h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至580-600℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至650℃，保温10h,冷却至室温。加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
所述8418的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为600℃,850℃，预热时间≥8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为30-50℃/h加热到1150℃,350-550分级冷却。
所述8418的回火工艺,第一次回火温度为700-720℃，保温0.5-1h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1030℃,保温2h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至720-740℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1050℃，保温2h,冷却至室温。加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
有益效果：1、本发明采用水浴循环淬火处理使其粗大的层片组织转变为均匀细小的组织，且不易造成钢材断裂。充分利用了快速加热和循环处理两方面的作用，快速进行加热，生成大量奥氏体晶核，出现并得到细小的晶粒；这个过程进行的速度越快，温差越大，其得到的细化效果越好。
2、两次回火工艺可以改善一次回火使产物韧性差，脆，模具易开裂的性能。
3、可以一定程度上改善原始组织的偏析(即组织不均匀现象)
4、改善原始组织的网状结构，细化碳化物颗粒，使其弥散分布。经超细化处理的碳化物可以可以控制在不大于1μm。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
5H12圆钢锻造成型后，锻件厚度300mm，通过球化退火处理，退火温度为950℃，保温时间3.5h,空冷至480-500℃，退火硬度HBS229。经过超细化处理，超细化处理过程如下：采用水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热温度为450℃，预热时间12h；加热到1100℃,400-600分级冷却。加热和冷却循环进行的次数为3次。回火工艺包括两次回火，第一次回火：350℃保温4h,以不大于50℃/h的升温速率升温至580℃,保温6h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至240℃，保温4h,以不大于50℃/h的升温速率升温至540℃，保温10h,冷却至室温。然后钳工整修、抛光、模具装配、试模。
通过金相纤维镜检测金相组织AS2级，碳化物组织均匀，碳化物颗粒0.8--1μm，为合格产品组织。纵向冲击韧性为7.8J/cm2，周向冲击韧性为7.9J/cm2。
实施例2
H13圆钢锻造成型后，锻件厚度350mm，通过球化退火处理，退火温度为855℃，保温时间2h,空冷至480℃，退火硬度HBS200。超细化处理过程如下：采用水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为550℃,850℃，预热时间8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为50℃/h加热到1020℃,350-550分级冷却。加热和冷却循环进行的次数为3次。回火工艺采用550-650高温回火,第一次回火温度为560℃，保温4h,以不大于50℃/h的升温速率升温至630℃,保温6h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至580℃，保温4h,以不大于50℃/h的升温速率升温至650℃，保温10h,冷却至室温。然后钳工整修、抛光、模具装配、试模。
通过金相纤维镜检测金相组织AS3级，碳化物组织均匀。碳化物颗粒0.8-1.0μm，为合格产品组织。纵向冲击韧性为6.4J/cm2，周向冲击韧性为7.0J/cm2。
实施例3
8418板材锻造成型后，锻件厚度350mm，通过球化退火处理，退火温度为850℃，保温时间2.5h,空冷至480℃，退火硬度HBS205。超细化处理过程如下：采用水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为600℃,850℃，预热时间8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为30℃/h加热到1150℃,350-550分级冷却。加热和冷却循环进行的次数为5次。第一次回火温度为720℃，保温0.5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1030℃,保温2h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至720℃，保温4h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1050℃，保温2h,冷却至室温。然后钳工整修、抛光、模具装配、试模。
通过金相纤维镜检测金相组织AS2级，碳化物组织均匀。碳化物颗粒0.6-0.8μm，为合格产品组织。纵向冲击韧性为7.4J/cm2，周向冲击韧性为8.5J/cm2。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。

Claims (10)

1.一种热作模具钢的制造方法，其特征在于，包括：毛坯锻造、退火、机械粗加工、精加工成型、淬火、高温回火、钳工整修、抛光、模具装配、试模；所述的热作磨具钢为5H12、H13、8418中的一种。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述5H12的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热温度为300-450℃，预热时间≥10h；加热到1050-1100℃,400-600分级冷却。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述5H12的回火工艺包括两次回火，第一次回火：240-350℃保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至535-580℃,保温6-10h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至240-350℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至540℃，保温10h,冷却至室温。
4.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述H13的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为550℃,850℃，预热时间≥8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为30-50℃/h加热到1020-1050℃,350-550分级冷却。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述H13的回火工艺采用550-650高温回火,第一次回火温度为560-580℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至630℃,保温6-10h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至580-600℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至650℃，保温10h,冷却至室温。
7.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
8.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述8418的水浴循环淬火包括预热、加热、冷却过程，其中加热和冷却可以循环进行，所述预热为分段预热，预热温度为600℃,850℃，预热时间≥8h；550℃加热速度为为不大于40℃/h,850℃预热时加热速度为30-50℃/h加热到1150℃,350-550分级冷却。
9.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于所述8418的回火工艺,第一次回火温度为700-720℃，保温0.5-1h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1030℃,保温2h,水淬至室温；第二次回火以不大于50℃/h的升温速率升温至720-740℃，保温4-5h,以不大于50℃/h的升温速率升温至1050℃，保温2h,冷却至室温。
10.根据权利要求9所述的热处理方法，其特征在于加热和冷却循环进行的次数为2-5次。
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