[发明专利]一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺

说明书

本发明涉及金属材料热处理技术领域，提供了一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺，将高碳高合金钢加热至半固态温度区间，保温至预定时间，在压力试验机上完成半固态成形，得到半固态成形制件；将所述半固态成形制件控温冷却；将处理后的半固态成形制件进行后续热处理。本发明通过将高碳高合金钢加热至半固态温度区间后，利用合金元素在固相和液相中不同的聚集方式，从新的角度调控合金钢的显微组织；缩短高碳高合金钢的工艺流程，改善热处理工艺，通过调控材料的组织结构，获得所需要的材料使用性能。

技术领域

本发明涉及金属材料热处理技术领域，特别涉及一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺。

背景技术

热处理对改善金属材料内部组织结构，达到材料所需的使用性能，具有至关重要的作用。高碳高合金钢属于莱氏体钢范畴，在轴承、工模具等零部件领域用途广泛。与工程结构用钢大多以钢厂大批量钢材交货不同，用于机械制造等领域的钢铁材料(如轴承、工具等)一般需要生产企业从钢坯开始进行铸造或锻压成形、机械加工、热处理等复杂的生产工序后才能制备得到最终零部件产品，其生产流程较长。此类钢铁材料在凝固冷却过程中形成的共晶碳化物、网状碳化物在后续加工过程的遗传性和不均匀性等问题，往往需要复杂的热处理工艺或特殊处理方法(循环热处理等)，控制要求十分苛刻。

因此，开发并优化先进的钢铁材料成形加工工艺技术，提高钢铁材料产品的附加值，是先进制造业发展升级的重要保证。

发明内容

本发明的目的之一就是克服现有技术的不足，提供了一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺。

半固态成形是指通过控制合金熔体的凝固过程，得到非枝晶的固液混合浆料(半固态浆料)，并利用这种固液混合浆料进行成形的加工工艺。作为一种先进的材料成形工艺，半固态成形对于提高和改善金属材料性能具有十分重要的作用。半固态成形及热处理过程涉及加热、保温、变形、冷却等过程，这些热力学和动力学作用对材料的组织转变有重要影响。高碳高合金钢半固态温度区间较宽，固液相线温度相对较低，适于进行半固态成形加工。钢铁材料在加热至半固态温度区间(约1300℃)时，其固液相中的合金元素分布与传统热处理工艺奥氏体化(通常约900℃)有显著区别，如图2(a)-(d)所示。显微组织特殊的演变规律为性能调控提供了基础。通过调控半固态冷却方式以及与后续的热处理过程(退火、淬火+回火等)，获得特定需要的半固态固液相显微组织，进而从全新视角实现钢铁材料性能改善。

本发明的技术方案如下：

一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺，如图1所示，包括如下步骤：

S1、将高碳高合金钢加热至半固态温度区间，保温至预定时间，在压力试验机上完成半固态成形，得到半固态成形制件；

S2、将所述半固态成形制件控温冷却；

S3、将经S2处理后的半固态成形制件进行后续热处理。

进一步的，，所述高碳高合金钢为含碳量0.6wt％，合金元素10wt％的钢种。

进一步的，所述高碳高合金钢为M2高速钢或9Cr18不锈钢。

进一步的，步骤S1中，所述高碳高合金钢的半固态温度区间为1200℃～1300℃，保温时间根据加热件有效厚度试验确定。

进一步的，步骤S2中，所述控温冷却包括：水冷至室温；或将半固态制件转移至已预设温度的热处理炉中，进行等温处理，保温达到预定时间后，冷却至室温。

进一步的，步骤S3中，所述后续热处理为退火或淬火+回火。