專利名稱：熱作模具鋼碳化物均勻細粒化的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱處理工藝，尤其涉及一種熱作模具鋼的熱處理工藝。
背景技術：
熱作模具鋼盡管有多種用途，但應用面最廣和技術條件、檢驗方法和熱處理上規定最為細致的是以鋁合金壓鑄模具為典型。美國的典型鋼號為H13鋼。北美壓鑄協會NADCA 于 2006 年公布了《Special Quality Die Steel & Heat Treatment Acceptance Criteria for Die Casting Dies》，并于 2008年又對上述標準作更新，該標準明確地提出了改進型模具鋼的具體牌號、技術條件、檢驗方法和熱處理方法。盡管這些改進型模具鋼對鋼材的質量要求已比國內現行標準提高了許多，但在鋼的帶狀偏析上和碳化物的均勻細?；先源嬖谝欢ǖ膯栴}。改進型熱作模具鋼是在美國H13鋼基礎上發展而來。國內熱作模具鋼4Cr5MoSiVl是以美國的H13鋼為依據引進的。經過近30年的發展和改進，生產和熱處理水平有了相當的提高，但離上述的改進型熱作模具鋼存在很大差距。縮小這種差距勢在必行。提高其碳化物均勻細?；菢O重要的措施。H13鋼的高溫均勻化處理的球化退火在國內有相當多的研究工作。唐文軍在《上海金屬》上于2002年(Vol. 24，no. 2，pl4_17)刊文“高溫均勻化對H13鋼強韌性的影響”， 對H13鋼采用擴散退火、超細化處理和軟化處理手段，能消除一次碳化物，改善偏析，使二次碳化物呈球狀均勻分布在鐵素體基體上(如圖1所示)，但其未公開熱處理工藝，也未公開細化碳化物的尺寸。按公開的顯微組織看，在均勻細化上仍有差距。2003年鄒安全等在《金屬熱處理》(Vol. 28，no. 8, p34_35)上發表“等溫球化退火對H13鋼組織和性能的影響”提出，H13鋼的等溫球化退火工藝為(840 890) V X (2^4) h+爐溫至(710 740) 0C X (3、)h，500 ！以下出爐空冷。獲得的組織為球狀珠光體+彌散分布的粒狀碳化物， 硬度為Ο16 220) HB。該文未公開等溫球化退火后的顯微組織，2003年任頌贊等編著的 《鋼鐵金相圖譜》(上?？茖W技術文獻出版社，P198)上公布了 H13鋼的退火組織，見附圖2。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是要提供一種更加合理的熱作模具鋼熱處理工藝，使得處理后的工件碳化物均勻細?；?，性能更優。為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下
一種熱作模具鋼碳化物均勻細粒化的熱處理工藝，步驟包括
a、第一階段的加熱溫度為1180°C 1210°C，保溫4h、h，然后進行爐內冷卻至400 0C ^500 °C，出爐空冷；
b、第二階段的加熱溫度常為880°C 910°C，保持501Γ80 h，然后冷卻至400°C 500°C、 并且冷卻速度控制在為10°C /h^20°C /h，再行爐內冷卻至室溫。所述熱作模具鋼碳化物均勻細?；臒崽幚砉に囋诰哂斜Ｗo性氣氛的熱處理爐內進行。第一階段工件隨爐裝料加熱至使大量釩的碳化物VC溶解的奧氏體化溫度以上80 0C ^llO °C，常為1180 °C 1210 °C，保溫4 h 8 h，保溫時間按工件有效厚度4 h/100 mm 計算，然后隨爐冷卻至400 0C ^500 ！以下出爐空冷。工件有效厚度為按照實際工件達到整體均勻加熱至某溫度時的等效尺寸。第二階段工件隨爐裝料加熱至Acem以下10 °C 40 °C，一般為880 °C 910 °C，保溫50 h 80 h，保溫時間按工件有效厚度4(T50 h/100 mm計算，然后以控制速度冷卻，按 10 0C /h 20 °C/h速度冷卻至400 0C ^500 °C，后再隨爐冷卻至室溫出爐。根據本發明的熱處理工藝，熱作模具鋼經第一階段處理后獲得馬氏體或貝氏體+ 奧氏體組織(見附圖3)，經第二階段處理后獲得均勻細粒化碳化物分布于鐵素體基體上的組織(見附圖4)。組織中碳化物顆粒應用SEM測量在200 nnTl200 nm范圍內，測定硬度為 140 HB 180 HB。本發明經過大量的試驗確定了更加合理熱處理工藝參數，使得處理后的組織性能更加優化，提供了更加合理的使熱作模具鋼獲得碳化物均勻細?；臒崽幚砉に?。對獲得這種組織的材料再行常規淬火工藝處理后可顯著提高模具的性能和使用壽命。應用這種工藝可使模具使用于< 700 °C條件下工作和作為< 700 °C較長服役周期(如<50 h)的高強度結構零件。


為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1是現有技術中二次碳化物呈球狀均勻分布在鐵素體基體上的金相組織示意圖。圖2是《鋼鐵金相圖譜》中公布的H13鋼的退火組織金相組織示意圖。圖3是實施例1第一階段熱處理后獲得的金相組織示意圖。圖4是實施例1第二階段熱處理后獲得的金相組織示意圖。
具體實施例方式以下選取 100 mmX 100 mmX500 mm工件、200 mmX200 mmX500 mm和 150 mmX150 mmX 400 mm工件為例進行具體的碳化物均勻細粒化實施例
實施例1. 100 mmX 100 mmX500匪Dievar鋼，室溫裝爐升溫至850 °C保溫1 h后直接升至1180 °C保溫4 h后隨爐冷卻至500 ！出爐空冷至室溫。隨后裝爐加熱至600 °〇保溫1 h后升至880 °C保溫50 h后按20 °C/h速度冷卻至500 °C后隨爐冷卻至室溫出爐。其中經第一階段處理后獲得馬氏體或貝氏體+奧氏體組織的金相組織圖見圖3， 經第二階段處理后獲得均勻細?；蓟锓植加阼F素體基體上的金相組織圖見圖4，組織中碳化物顆粒應用SEM測量在200 nnTl200 nm范圍內，測得的硬度值相應為153、151、152 HB。實施例2. 200 mmX200 mmX500 mm Dievar 鋼，室溫裝爐升溫至 600 ！和 850
！分別保溫1.5 h后升溫至1210 °C保溫8 h后，隨爐冷卻至450 °C出爐空冷至室溫。其后裝爐升溫至600 °C保溫1. 5 h后升溫至900 °C保溫80 h后按10 V /h速度冷卻至400°C后隨爐冷卻至室溫出爐。熱處理后獲得組織中碳化物顆粒應用SEM測量在200 nnTl200 nm范圍內，測得的硬度值相應為168、172、160 HB0實施例3. 150 mmX150 mmX 400 mm Hotvar鋼室溫裝爐后升溫至600 ！和850 ！分別保溫1.5 h后升溫至1200 °C保溫6 h后，隨爐冷卻至400 ！出爐空冷至室溫，其后裝爐升溫至600 °C保溫1.5 h后繼續升溫至910 °C保溫70 h后按15 °C/h速度冷卻至 450 ！后隨爐冷至室溫出爐。熱處理后獲得組織中碳化物顆粒應用SEM測量在200 nnTl200 nm范圍內，測得的硬度值相應為143、138、140 HB0
權利要求
1.一種熱作模具鋼碳化物均勻細?；臒崽幚砉に嚕涮卣髟谟诓襟E包括a、第一階段的加熱溫度為1180°C 1210°C，保溫4h、h，然后進行爐內冷卻至400 0C ^500 °C，出爐空冷；b、第二階段的加熱溫度常為880°C 910°C，保持501Γ80 h，然后冷卻至400°C 500°C、 并且冷卻速度控制在為10°C /h^20°C /h，再行爐內冷卻至室溫。
2.根據權利要求1所述的熱作模具鋼碳化物均勻細粒化的熱處理工藝，其特征在于 所述熱作模具鋼碳化物均勻細?；臒崽幚砉に囋诰哂斜Ｗo性氣氛的熱處理爐內進行。
全文摘要
本發明公開了一種熱作模具鋼碳化物均勻細?；臒崽幚砉に?，步驟包括第一階段的加熱溫度為1180℃~1210℃，保溫4h~8h，然后進行爐內冷卻至400℃~500℃，出爐空冷；第二階段的加熱溫度常為880℃~910℃，保持50h~80h，然后冷卻至400℃~500℃、并且冷卻速度控制在為10℃/h~20℃/h，再行爐內冷卻至室溫。根據本發明的熱處理工藝，獲得的組織中碳化物顆粒應用SEM測量在200nm~1200nm范圍內，測定硬度為140HB~180HB。顯著提高模具的性能和使用壽命。
文檔編號C21D11/00GK102329947SQ20111026555
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者盧軍, 葉儉, 朱祖昌, 李響妹, 楊威, 沈正元, 王 琦, 蔡紅 申請人:上海市機械制造工藝研究所有限公司