[发明专利]一种工模具钢热处理方法

说明书

本发明公开了一种工模具钢热处理方法，包括如下步骤：将工模具钢加热到1150～1200℃保温后急冷至室温，进行一次碳化物固溶；将一次固溶所得工模具钢在850～950℃的高温段和600～700℃的中温段循环加热和冷却；将循环热处理后的工模具钢加热至950～1050℃、保温后急冷到室温，进行二次碳化物固溶；将二次固溶工模具钢加热到250～350℃保温后空冷，使奥氏体稳定化；将稳定化处理后的工模具钢加热到525～575℃回火处理。本发明的热处理方通过上述多个关联步骤共同作用，最终同时实现了工模具钢高硬度和良好的韧性，满足了高端工模具产品的硬度‑韧性匹配要求。

技术领域

本发明涉及一种工模具钢热处理方法，具体涉及一种能够细化工模具钢组织、提高工模具钢硬度和韧性配合的工模具钢热处理方法。

背景技术

工模具钢(高速钢和模具钢)因具有高硬度、高耐磨性等优点，主要用于制造复杂切削工具、精密模具等，是高端装备制造业的重要基础材料。随着工模具大型化和精密化，对工模具材料硬度和韧性提出了日益严格的要求。通过高碳高合金的成分设计，工模具钢中形成大量合金碳化物，提高工模具钢的硬度。然而，硬质碳化物导致承载过程中裂纹容易萌生、扩展，对材料韧性产生不利影响。如何提高工模具钢硬度和韧性配合，是制备高性能工模具钢的技术难题之一。

研究者采用精炼工艺，净化钢液，减少钢液中氧含量，降低脆性的非金属夹杂物含量，提升工模具钢韧性。淬回火是工模具钢常用的热处理工艺：淬火过程中，碳化物大量溶解进入奥氏体，获得高饱和度高硬度马氏体；回火时，与基体共格的纳米级碳化物大量脱溶，产生二次硬化现象，材料硬度再次提升。为缓解工模具钢的淬火脆性，淬火后通常需要进行2～3次回火。上述淬回火工艺能够提升工模具钢硬度。然而，由于淬火温度过高(通常1100℃以上)，马氏体晶粒粗化明显，导致工模具钢韧性劣化。对于严苛环境下服役的工具和模具，如较大冲击载荷条件下，上述处理后的材料硬度和韧性匹配仍然难以满足要求。

发明内容

发明目的：针对现有热处理工艺处理后的工模具钢韧性不足、硬度-韧性匹配不佳的问题，本发明提供一种工模具钢热处理方法。

技术方案：本发明所述的一种工模具钢热处理方法，包括如下步骤：

1)一次碳化物固溶：将工模具钢加热到1150～1200℃保温后急冷至室温；

2)循环热处理：将步骤1)所得工模具钢在850～950℃的高温段和600～700℃的中温段循环加热和冷却；

3)二次碳化物固溶：将循环热处理后的工模具钢加热至950～1050℃保温后急冷到室温；

4)稳定化处理：将步骤3)所得工模具钢加热到250～350℃保温后空冷，使奥氏体稳定化；

5)回火：将稳定化处理后的工模具钢加热到525～575℃回火处理。

步骤1)中，一次碳化物固溶的保温时间优选为20～40min。

优选的，步骤2)中，每次热处理时，先加热到850～950℃保温15～30min后急冷到室温，而后加热到600～700℃保温15～30min后急冷至室温。进一步的，循环热处理的次数不少于3次。

步骤3)中，二次碳化物固溶的保温时间优选为30～60min。

步骤4)中，奥氏体稳定化处理的保温时间优选为2～15min。

步骤5)中，较优的，回火处理的次数为2～3次，每次1.5～2h。

发明原理：本发明通过各步骤之间相互关联、共同作用实现了细化工模具钢组织、提高工模具钢硬度与韧塑性匹配的效果，各步骤的作用具体如下：