[发明专利]一种提高冷作模具钢硬度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具钢的加工方法，特别是冷作模具钢的加工方法。

背景技术

冷作模具钢制作的模具，特别是刃口在工作时会受到强烈的摩擦和挤压，这就要求冷作模具钢应具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的韧性。然而冷作模具钢淬火后组织内保留较多的残余奥氏体，使得该类钢晶粒粗大，这将会严重降低该模具钢的使用性能，特别是硬度值。通常人们采用热处理和添加合金元素来消除钢中的残余奥氏体和细化晶粒，虽取得良好的效果，但该模具钢的使用性能仍需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单，可获得较高硬度值并且质量稳定的一种提高冷作模具钢硬度的方法。本发明主要是通过高压处理结合深冷处理和回火处理来实现的。本发明方法的具体步骤如下：

1.高压处理：先将冷作模具钢置于压力机上进行加压处理，压力为2～4GPa，加热温度为820～850℃，保温时间为20～30min，断电保压自然冷却至室温，其冷却压头的循环水流量为0.6～1.2L/min。

2.深冷处理：将高压处理后的冷作模具钢样品浸入液氮（-196℃）中停留120～180 min。

3.回火处理：将深冷处理后的冷作模具钢置于加热炉内进行回火处理，加热温度为150～200℃，保温时间为60～120min，出炉空冷至室温。

本发明先对冷作模具钢样品进行高压热处理，可获得马氏体和残余奥氏体组织，同时组织内部产生高密度的位错等缺陷，这些将为冷作模具钢在随后的热处理过程中合金碳化物的析出提供更多的位置。同时，高压处理又能细化组织及增大其致密性。随后对高压热处理后的冷作模具钢进行冷处理处理，可以促使钢中残余奥氏体进一步向马氏体转变。最后再对深冷处理后的冷作模具钢样品进行回火处理，目的是消除由高压处理和深冷处理所产生的内应力等不良效果，同时有细小弥散的碳化物析出，以保证冷作模具钢具有较高的硬度及其它性能如韧性等。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明工艺方法简单、操作方便、质量稳定，可有效提高冷作模具钢的硬度值。

具体实施方式：

实施例1

实验材料为冷作模具钢，其化学成分的质量分数wt%为，C 0.87%，Mn 1.02%，Cr 0.72%，W 0.78%，0.34%Si。将尺寸为Φ10×12mm的冷作模具钢试样置于CS-ΙΙB型六面顶压机上。采用压力为2GPa，加热温度为820℃，保温时间为30min，然后断电保压冷却至室温，其冷却压头的循环水流量为1.0L/min。随后将经高压处理后的冷作模具钢样品浸入液氮中（-196℃）中停留120 min。最后将深冷处理后的冷作模具钢样品在KLX-12B箱式电阻炉中进行回火处理，其加热温度为200℃，保温时间60min，冷却方式为空冷。其硬度结果见表1。

实施例2

实验材料的成分与工艺过程与实施例1相同，本实施例中采用压力为4GPa，加热温度为850℃，保温时间为20min，断电保压冷却至室温，其冷却压头的循环水流量为0.6L/min。。随后将经高压处理后的冷作模具钢样品浸入液氮（-196℃）中停留180 min。最后的回火处理工艺为，加热温度为150℃，保温时间120min，冷却方式为空冷。其硬度结果见表1。

实施例3

实验工艺过程与实施例1相同，材料化学成分的质量分数wt%为，C 1.02%，Mn 0.84%，Cr 1.14%，W 1.32%，0.30%Si。本实施例中采用的高压处理与实施例1相同。随后将经高压处理后的冷作模具钢样品浸入液氮（-196℃）中停留150 min。最后的回火处理工艺为，加热温度为150℃，保温时间60min，冷却方式为空冷。其硬度结果见表1。

表1 不同状态下冷作模具钢硬度的测试结果

注：上表中常规热处理工艺为：加热830℃保温30min油冷后，再经180℃保温2min的回火处理。

上述实验结果表明：冷作模具钢经本发明方法处理后的硬度明显高于同材质的常规热处理工艺（淬火+回火）处理的冷作模具钢的硬度。这说明冷作模具钢经本发明方法处理后具有较高的硬度值。