[发明专利]热作模具钢碳化物均匀细粒化的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及一种热作模具钢的热处理工艺。

背景技术

热作模具钢尽管有多种用途，但应用面最广和技术条件、检验方法和热处理上规定最为细致的是以铝合金压铸模具为典型。美国的典型钢号为H13钢。

北美压铸协会NADCA于2006年公布了《Special Quality Die Steel & Heat Treatment Acceptance Criteria for Die Casting Dies》，并于2008年又对上述标准作更新，该标准明确地提出了改进型模具钢的具体牌号、技术条件、检验方法和热处理方法。尽管这些改进型模具钢对钢材的质量要求已比国内现行标准提高了许多，但在钢的带状偏析上和碳化物的均匀细粒化上仍存在一定的问题。改进型热作模具钢是在美国H13钢基础上发展而来。

国内热作模具钢4Cr5MoSiV1是以美国的H13钢为依据引进的。经过近30年的发展和改进，生产和热处理水平有了相当的提高，但离上述的改进型热作模具钢存在很大差距。缩小这种差距势在必行。提高其碳化物均匀细粒化是极重要的措施。

H13钢的高温均匀化处理的球化退火在国内有相当多的研究工作。唐文军在《上海金属》上于2002年（Vol.24, no.2, p14-17）刊文“高温均匀化对H13钢强韧性的影响”，对H13钢采用扩散退火、超细化处理和软化处理手段，能消除一次碳化物，改善偏析，使二次碳化物呈球状均匀分布在铁素体基体上（如图1所示），但其未公开热处理工艺，也未公开细化碳化物的尺寸。按公开的显微组织看，在均匀细化上仍有差距。2003年邹安全等在《金属热处理》（Vol.28, no.8, p34-35）上发表“等温球化退火对H13钢组织和性能的影响”提出，H13钢的等温球化退火工艺为：(840~890) ℃×(2~4) h+炉温至(710~740) ℃×(3~4) h，500 ℃以下出炉空冷。获得的组织为球状珠光体+弥散分布的粒状碳化物，硬度为(216~220) HB。该文未公开等温球化退火后的显微组织，2003年任颂赞等编著的《钢铁金相图谱》（上海科学技术文献出版社，P198）上公布了H13钢的退火组织，见附图2。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种更加合理的热作模具钢热处理工艺，使得处理后的工件碳化物均匀细粒化更好，性能更优。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种热作模具钢碳化物均匀细粒化的热处理工艺，步骤包括：

a、第一阶段的加热温度为1180℃~1210℃，保温4 h~8 h，然后进行炉内冷却至400 ℃~500 ℃，出炉空冷；

b、第二阶段的加热温度常为880℃~910℃，保持50 h~80 h，然后冷却至400℃~500℃、并且冷却速度控制在为10℃/h~20℃/h，再行炉内冷却至室温。

所述热作模具钢碳化物均匀细粒化的热处理工艺在具有保护性气氛的热处理炉内进行。

第一阶段工件随炉装料加热至使大量钒的碳化物VC溶解的奥氏体化温度以上80 ℃~110 ℃，常为1180 ℃~1210 ℃，保温4 h ~8 h，保温时间按工件有效厚度4 h/100 mm计算，然后随炉冷却至400 ℃~500 ℃以下出炉空冷。工件有效厚度为按照实际工件达到整体均匀加热至某温度时的等效尺寸。

第二阶段工件随炉装料加热至Ac_cm以下10 ℃~40 ℃，一般为880 ℃~910 ℃，保温50 h ~80 h，保温时间按工件有效厚度40~50 h/100 mm计算，然后以控制速度冷却，按10 ℃/h ~20 ℃/h速度冷却至400 ℃~500 ℃，后再随炉冷却至室温出炉。

根据本发明的热处理工艺，热作模具钢经第一阶段处理后获得马氏体或贝氏体+奥氏体组织（见附图3），经第二阶段处理后获得均匀细粒化碳化物分布于铁素体基体上的组织（见附图4）。组织中碳化物颗粒应用SEM测量在200 nm~1200 nm范围内，测定硬度为140 HB~180 HB。

本发明经过大量的试验确定了更加合理热处理工艺参数，使得处理后的组织性能更加优化，提供了更加合理的使热作模具钢获得碳化物均匀细粒化的热处理工艺。对获得这种组织的材料再行常规淬火工艺处理后可显著提高模具的性能和使用寿命。应用这种工艺可使模具使用于≤700 ℃条件下工作和作为≤700 ℃较长服役周期（如＜50 h）的高强度结构零件。

附图说明