[发明专利]一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺

说明书

本发明涉及金属材料热处理领域，具体为一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺。该方法具体步骤如下：厚度范围400～600mm的718H模块经870±10℃保温16h～24h的淬火处理，利用水空交替淬火工艺原则执行淬火冷却；通过有限元模拟，确定了模块最佳淬火工艺参数，即860℃空冷400～600s至A1点，“水淬100～300s+空冷100～300s”循环，直至表面最终温度低于Ms点且心部冷速高于珠光体相变临界冷速(0.05℃/s)。根据本发明研制的厚大断面718H模块经水空交替淬火处理后，可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，满足残余应力小于抗拉强度的要求，降低模块开裂的可能性。

技术领域

本发明涉及金属材料热处理领域，具体为一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺。

背景技术

工业生产中，厚大断面718H塑料模具钢常使用油淬的方法进行冷却，在一定厚度范围可满足截面硬度均匀性的要求。但由于油淬严重污染环境，迫切需要一种新的淬火方式代替油淬以达到均匀化组织的效果。而常用的连续水淬工艺会造成718H模具钢发生应力开裂，风冷或喷水冷却又因冷却强度不足使模具钢心部易于出现显微硬度值较低的珠光体组织，影响材料截面硬度均匀性。对于厚大模块，在实际淬火冷却过程中会出现较多的问题。淬火温度QT通常设定在奥氏体化温度以上30℃～50℃，当模块表面温度淬火冷却至Ms点及以下温度时，心部温度仍可能处于珠光体相变区域。若此时将模块进行缓冷处理，心部可能会生成低硬度的珠光体组织。若模块表面温度淬火冷却至Ms点及以下温度时仍以较快冷速冷却，模块表面可能会由于相变应力过大而发生开裂。因此，模块淬火过程中应力分布问题也是考虑的重点。淬火应力主要包括因温度引起的热应力和因相变而引起的组织应力。若淬火后模块表面为拉应力时，则模块开裂的可能性大大增加。现阶段单一液体的淬火冷却曲线相对固定，优化空间较小。为获得理想的冷却曲线，需开发新型的模块淬火工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，降低模块开裂的可能性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)厚度范围400～600mm的718H预硬性塑料模具钢模块经870±10℃保温16h～24h的淬火处理，利用水空交替淬火工艺原则执行淬火冷却；

(2)通过有限元模拟，确定不同模块最佳淬火工艺参数。

所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(1)中，厚大断面718H预硬性塑料模具钢的模块是经电炉冶炼、二次精炼、高温扩散退火及两次镦粗、三向锻造而成。

所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，有限元模拟利用Abaqus软件，利用实验获取材料热物性参数，包括剪切模量、弹性模量及泊松比、比热容及热导率、热膨胀系数及实测应力应变曲线；在淬火冷却过程中，材料内部非稳态热传递过程用傅立叶热传导方程进行描述；由于温度及微观组织的变化导致材料受力过程发生改变，应力改变行为主要包括弹性变形和塑性变形。

所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，利用反传热法测量并计算718H预硬性塑料模具钢水和空气的表面换热系数。

所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，根据不同淬火热处理温度场及应力场模拟结果及分析结果，确定的模块淬火工艺参数，即860℃空冷400～600s至A1点，“水淬100～300s+空冷100～300s”循环，直至表面最终温度低于Ms点且心部冷速高于珠光体相变临界冷速；然后，空冷至室温。