中合金铬系热作模具钢热处理方法.pdf

中合金铬系热作模具钢热处理方法
    本发明涉及冶金行业合金钢的热处理方法，尤其是指热作模具钢的热处理方法。

    模具钢一般可分为热作模具钢和冷作模具钢二大类。中合金铬系热作模具钢是常见的一种热作模具钢，具有较好的耐热性、抗热疲劳性和抵抗液态铝合金冲蚀性能，但硬度较高，机加工困难，因此，成品模具钢必须进行退火处理，下降其硬度。徐进等四人编著的《特殊钢丛书-模具钢》(冶金工业出版社1998年10月出版，ISBN7-5024-2172-6)第240～242页叙述的《中合金铬系热作模具钢退火处理方法》是一种普遍使用的常规退火处理工艺：首先将热作模具钢放入可控气氛退火炉中，加热至860℃～900℃后退火保温，保温时间为25mm/h；其次以小于或等于25℃/h的冷速冷至500℃；最后空冷至室温。经常规退火处理后的中合金铬系热作模具钢，虽然硬度可下降到207～229HB满足机加工的要求，但存在明显不足：显微组织较大，横向和纵向的冲击韧性差异较大，尤其是横向心部的冲击韧性值极差。

    本发明的目的在于提供一种中合金铬系热作模具钢细化组织的退火处理方法，它在保持热作模具钢退火硬度207～229HB的同时，可细化模具钢的显微组织，使模具钢的横向、纵向和心部、表面之间的冲击韧性值方向性差异显著降低并有所提高，提高了成品模具钢的使用寿命高。

    本发明叙述的一种中合金铬系热作横具钢热处理方法，其特征在于：第一将热作模具钢材料放入退火炉中，加热至奥氏体化高温(1000℃～1050℃)后退火保温，保温时间为30～40mm/h(mm是材料厚度)，使材料的组织完全奥氏体化；第二快速冷却至300℃～370℃保温，保温时间为20～30mm/h，使材料的组织得到马氏体或下贝氏体；第三进行等温球化热处理，以100℃/h的升温速度将材料加热至略高于AC1温度(850℃～890℃)后保温25～35mm/h，然后以小于或等于30℃/h的冷速冷却至Ar1温度附近(690℃～740℃)保温10～15mm/h，再以小于或等于40℃/h的缓慢冷速冷却至350℃出退火炉，使材料的组织转变为珠光体和碳化物平衡态组织；最后空冷至室温，达到细化材料显微组织的目地。

    和现有技术相比，本发明具有下列优点：

    1)热处理后的成品模具钢材料显微组织明显

      细化、均匀。

    2)成品模具钢各部位的冲击韧性值大大提

      高、方向性差异缩小。

    3)成品模具钢的使用寿命高。

    实施例：

    某钢铁公司实施本发明对热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)材料进行退火热处理：第一将H13钢材料放入退火炉中，加热至高温1000℃～1050℃后退火保温，保温时间为30mm/h；第二快速冷却至330℃～370℃保温，保温时间为20mm/h；第三以100℃/h的升温速度将材料加热至860℃～890℃后保温25mm/h，然后以小于或等于30℃/h的冷速冷却至720℃～740℃保温10～15mm/h，再以小于或等于40℃/h的缓慢冷速冷却至350℃出退火炉；最后空冷至室温。经本发明方法处理后的H13钢材料，其横向表面、横向心部、纵向表面、纵向心部的冲击韧性值分别达到420、320、430、390(J/cm2)，大大高于常规退火处理工艺后的冲击韧性值，尤其是横向心部的冲击韧性值提高5～6倍；另外，依据北美压铸协会压力铸造模具用高级H13钢的验收标准NADCA#207评定的显微组织达到B3级，比常规退火处理工艺获得的B5级高出二个等级。

    表1、表2分别是中合金铬系热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)实施本发明(A方法)和常规退火处理工艺(B方法)后的冲击韧性试验数据(回火态)和显微组织试验数据(北美压铸协会压力铸造模具用高级H13钢的验收标准NADCA#207评定)。

                             表1    冲击韧性值(J/cm2)部位  工艺  1  2  3  4  5  平均横向表面  A方法  415  425  411  429  420  420  B方法  265  230  246  254  255  250横向心部  A方法  316  318  322  321  323  320  B方法  66  62  62  57  53  60纵向表面  A方法  425  428  429  431  437  430  B方法  375  377  380  383  385  380纵向心部  A方法  381  389  395  391  394  390  B方法  312  315  321  320  332  320

                             表2    显微组织工艺    1    2    3    4    5    平均A方法    B2    B3    B5    B3    B3    B3B方法    B5    B5    B5    B5    B5    B5